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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Empfangen von digitalen Kommunikationssignalen auf einer wenigstens zwei Leitungen umfassenden Kommunikationsleitung, bei dem ein Signalpegel zwischen den wenigstens zwei Leitungen der Kommunikationsleitung ausgewertet wird, indem der Signalpegel mit wenigstens einem vorgegebenen Vergleichswert verglichen wird und abhängig von dem Vergleich ein digitaler Wert des Kommunikationssignals ermittelt wird. Darüber hinaus umfasst die Erfindung ein Empfangsgerät zum Empfangen von digitalen Kommunikationssignalen auf einer wenigstens zwei Leitungen umfassenden Kommunikationsleitung, an die das Empfangsgerät anschließbar ist, mit einer mit der Kommunikationsleitung elektrisch koppelbaren Erfassungseinheit zum Erfassen eines Signalpegels zwischen den wenigstens zwei Leitungen der Kommunikationsleitung, einer Vergleichseinheit zum Vergleichen des erfassten Signalpegels mit wenigstens einem vorgebbaren Vergleichswert, und einer Auswerteeinheit zum Ermitteln eines digitalen Werts der Kommunikationssignals abhängig von dem Vergleich.
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Gattungsgemäße Verfahren und Empfangsgeräte finden insbesondere Einsatz bei der Gebäudeautomation sowie auch bei der analogen Schaltungstechnik, beispielsweise beim Ermitteln eines Schaltzustands eines elektromechanischen Schaltgeräts, wie beispielsweise eines manuell betätigbaren elektromechanischen Schalters, eines manuell betätigbaren elektromechanischen Tasters und/oder dergleichen. Gattungsgemäße Verfahren beziehungsweise Empfangsgeräte dienen insbesondere bei der Nutzung von BUS-Systemen der Kommunikation jeweiliger, an das BUS-System angeschlossenen Einheiten, beispielsweise BUS-Geräte, damit diese im bestimmungsgemäßen Betrieb Daten austauschen können. Zugleich kann über die Kommunikationsleitung häufig elektrische Energie übertragen werden.
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Derartige elektrische Installationen, insbesondere im Bereich der Gebäudetechnik beziehungsweise der Gebäudeautomation, werden in der Regel unter Nutzung eines Feld-BUSes realisiert, beispielsweise gemäß einem KNX-Standard oder dergleichen. Der KNX-Standard ist ein Feld-BUS, der insbesondere zur Gebäudeautomation dient. Dieser Standard ist ein Nachfolger der Feld-BUSse europäischer Installationsbus (EIB) Bati-BUS sowie auch European Home Systems (EHS). Hinsichtlich der Technologie ist der KNX-Standard eine Weiterentwicklung des EIB-Standards, insbesondere durch Erweiterung und Konfigurationsmechanismen sowie Übertragungsmedien, die ursprünglich bereits auch für den Bati-BUS und den EHS entwickelt worden waren.
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Bei Bus-Systemen zur Automation, beispielsweise zur Gebäudeautomation, insbesondere basierend auf dem KNX-Standard, kann es bei Eingängen eines BUS-Geräts des Bus-Systems, an denen die Kommunikationsleitungen angeschlossen sind, zu Problemen kommen, die insbesondere digital übertragenen Daten, die die Kommunikationsdaten darstellen, betreffen. Um die Kommunikationsdaten zuverlässig ermitteln zu können, ist es notwendig, dass aus den an den Eingängen erfassten Signalen die Kommunikationsdaten wiederhergestellt werden können.
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Dies kann jedoch gestört sein. Beispielsweise kann es durch kapazitive und/oder induktive Kopplung zwischen den häufig unmittelbar benachbarten Leitungen zu Störpegeln kommen, die dem eigentlichen Kommunikationssignal überlagert sind. Das BUS-Gerät ist deshalb in der Regel dazu ausgebildet, das Kommunikationssignal mit einem vorgegebenen Vergleichswert zu vergleichen und ein Kommunikationssignal erst dann als ein gültiges Kommunikationssignal zu ermitteln, wenn das Kommunikationssignal einen größeren Wert als der Vergleichswert aufweist. In der Regel ist der Vergleichswert daher möglichst gering gewählt und fest eingestellt. Dabei kann es sich als problematisch erweisen, wenn - abhängig von einer jeweiligen Installation beziehungsweise Anwendung - ein Störpegel auf den Leitungen der Kommunikationsleitung im Bereich des Vergleichswerts oder sogar größer ist.
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Bei vielen BUS-Geräten ist der Vergleichswert in einem Bereich von etwa 9 V gewählt. Dabei kann das Kommunikationssignal - je nach Anwendung - zum Beispiel zwischen 0 V und 10 V bis etwa 230 V variieren. Das heißt, ein Störsicherheitsabstand, der eine Differenz zwischen dem Vergleichswert und einem Störpegel ist, ist nicht nur nicht konstant, sondern er ist auch vergleichsweise gering. Ein Störpegel ist nicht definiert und darüber hinaus zeitlich veränderlich. Demnach ist das Ergebnis, nämlich der Störsicherheitsabstand, ebenso veränderlich.
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In der Praxis hat es sich gezeigt, dass bei den vorgenannten BUS-Geräten eine elektrische Spannung, die größer als etwa 9 V ist, als logische 1 ermittelt wird und das Empfangsgerät beziehungsweise seine Auswerteeinheit dies als Eingangssignal „High“ ermittelt. Aufgrund der vorgenannten Störpegel kann der so ermittelte Wert des digitalen Kommunikationssignals jedoch auch fehlerhaft sein. Dies kann sich dahingehend auswirken, dass angeschlossene Geräte nahezu wahllos ein- und/oder ausgeschaltet werden, wodurch sich Störungen im bestimmungsgemäßen Betrieb ergeben können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein Empfangsgerät, insbesondere für den Einsatz bei BUS-Systemen, hinsichtlich der Zuverlässigkeit im bestimmungsgemäßen Betrieb, besonders in Bezug auf eine Störfestigkeit, zu verbessern.
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Als Lösung werden mit der Erfindung ein Verfahren und ein Empfangsgerät gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
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In Bezug auf ein gattungsgemäßes Verfahren wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass ein Störpegel der Kommunikationsleitung erfasst und der wenigstens eine Vergleichswert abhängig vom erfassten Störpegel eingestellt wird.
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In Bezug auf ein gattungsgemäßes Empfangsgerät wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass dieses eine Störpegelerfassungseinheit zum Erfassen eines Störpegels der Kommunikationsleitung, und eine Einstelleinheit zum Einstellen des wenigstens einen Vergleichswerts abhängig vom erfassten Störpegel aufweist.
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Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Gedanken, dass der Vergleichswert - im Unterschied zum Stand der Technik - einstellbar ist, sodass er - abhängig von einem erfassten Störpegel - eingestellt werden kann, um die Zuverlässigkeit der Funktion des Empfangsgeräts und damit auch des BUS-Geräts zu verbessern. Je nach spezifischer Anwendung kann daher vorgesehen sein, dass der Vergleichswert individuell am Empfangsgerät beziehungsweise BUS-Gerät eingestellt werden kann. Dadurch kann auch auf individuelle Störpegel reagiert werden, sodass nicht nur die Funktion des einzelnen BUS-Geräts verbessert sondern auch die Funktionalität des gesamten BUS-Systems, beispielsweise der Gebäudeinstallation oder dergleichen, verbessert werden kann.
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Das Empfangsgerät ist vorzugsweise ein Teil des BUS-Geräts und dient unter anderem dazu, die digitalen Kommunikationssignale auf den Leitungen einer jeweiligen Kommunikationsleitung, an die das Empfangsgerät angeschlossen ist, erkennen und bereitstellen zu können. Das Empfangsgerät erfasst daher beispielsweise eine elektrische Spannung als Kommunikationssignal zwischen den wenigstens zwei Leitungen der Kommunikationsleitung um daraus die digitalen Kommunikationssignale ermitteln zu können. Je nach Bedarf kann anstelle oder ergänzend zur elektrischen Spannung natürlich auch ein elektrischer Strom oder eine andere geeignete elektrische Größe erfasst werden, die dazu dient, das Kommunikationssignal über die Leitungen der Kommunikationsleitung übertragen zu können.
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Aus dem Signalpegel, der durch die elektrische Spannung, dem elektrischen Strom und/oder der anderen elektrischen Größe gebildet sein kann, kann dann durch Vergleichen mit dem wenigstens einen Vergleichswert und anschließendem Auswerten das digitale Kommunikationssignal ermittelt werden, welches über die Leitungen der Kommunikationsleitung an das Empfangsgerät übermittelt worden ist.
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Dadurch, dass der Vergleichswert eingestellt werden kann, ist es also möglich, die Vergleichseinheit des Empfangsgeräts an individuelle Betriebsbedingungen für einen jeweiligen Aufstellungsort anpassen zu können. Die Einstellung des Vergleichswerts, die vorzugsweise einen Störpegel zwischen den Leitungen der Kommunikationsleitung berücksichtigt, kann darüber hinaus auch abhängig von Pegeln des digitalen Kommunikationssignals sein, die das Kommunikationssignal einnehmen kann.
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Das digitale Kommunikationssignal ist ein Kommunikationssignal, welches feste vorgegebene Signalwerte annehmen kann. Besonders vorteilhaft kann das digitale Kommunikationssignal ein binäres digitales Kommunikationssignal sein, welches lediglich zwei unterschiedliche digitale Signalwerte beziehungsweise Signalpegel annehmen kann.
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Das Einstellen wird vorzugsweise manuell ausgeführt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Einstellen automatisiert durchgeführt wird. Darüber hinaus ist das Einstellen vorzugsweise im Rahmen einer Inbetriebnahme des Empfangsgeräts vorgesehen. Es kann jedoch in alternativen Ausgestaltungen auch vorgesehen sein, dass das Einstellen während des bestimmungsgemäßen Betriebs erfolgt, beispielsweise zu einem oder mehreren vorgegebenen Zeitpunkten, Ereignissen und/oder dergleichen. Ein Ereignis kann zum Beispiel eine Fehlermeldung bei den übertragenen Kommunikationsdaten sein. Zum Zweck der Fehlererkennung kann zum Beispiel für die Kommunikationsdaten beziehungsweise den Datenstrom beziehungsweise die digitalen Kommunikationssignale eine Kodierung verwendet werden, die das Erkennen von Kodierungsfehlern erlaubt.
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Dem Grunde nach kann vorgesehen sein, dass lediglich ein einziger Vergleichswert vorgesehen wird, insbesondere wenn die digitalen Kommunikationssignale binäre digitale Kommunikationssignale sind. In alternativen Ausgestaltungen können jedoch auch digitale Kommunikationssignale zum Einsatz kommen, die mehr als zwei Signalwerte annehmen können, beispielsweise ternäre digitale Kommunikationssignale oder dergleichen. In diesem Fall können mehrere entsprechende Vergleichswerte vorgesehen sein, die voneinander unterschiedlich sind und die an die jeweiligen Signalwerte des digitalen Kommunikationssignals angepasst gewählt sind. Das Einstellen des wenigstens einen Vergleichswerts umfasst dann vorzugsweise das Einstellen von zumindest einigen der mehreren Vergleichswerte, besonders bevorzugt sämtlicher der Vergleichswerte. Entsprechend kann dann auch vorgesehen sein, dass der erfasste Signalpegel im Rahmen des Vergleichs mit sämtlichen der Vergleichswerte vergleichen wird.
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Dem Grunde nach ist der Gedanke der Erfindung natürlich nicht darauf beschränkt, dass die Kommunikationsleitung genau zwei Leitungen aufweist, zwischen denen der Signalpegel erfasst wird. Die Kommunikationsleitung kann natürlich auch mehr als zwei Leitungen aufweisen, beispielsweise drei Leitungen, vier Leitungen oder noch mehr Leitungen, wobei in diesem Fall dann vorzugsweise zwischen ausgewählten Paaren der Leitungen die jeweiligen Signalpegel erfasst werden, die dann dem Vergleich mit dem wenigstens einen Vergleichswert zugeführt werden können. Dies kann beispielsweise bei Kommunikationsleitungen der Fall sein, die für eine zumindest teilweise parallele Datenübertragung vorgesehen sind.
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Darüber hinaus kann der wenigstens eine Vergleichswert zum Beispiel auch dynamisch angepasst werden, wenn sich dies als zweckmäßig erweist, zum Beispiel auch während des bestimmungsgemäßen Betriebs. Der Vergleichswert braucht auch nicht ein konstanter Wert zu sein, sondern er kann auch von eine vorgebbaren Größe wie beispielsweise einer Frequenz und/oder einem Frequenzbereich, insbesondere des Kommunikationssignals, abhängig sein oder dergleichen.
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Die Vergleichsfunktion kann daher insbesondere dazu führen, dass einem jeweiligen erfassten Signalwert beziehungsweise Signalpegel ein entsprechender digitaler Wert des digitalen Kommunikationssignals zugeordnet wird. Die Zuordnung des digitalen Werts kann unter Berücksichtigung einer Zuordnungstabelle erfolgen, in der die möglichen digitalen Werte vorgegeben sein können. Besonders einfach ist dies, wenn, wie bei einem binären digitalen Kommunikationssignal, lediglich zwei unterschiedliche digitale Signalwerte zur Verfügung stehen. Die Vergleichseinheit kann durch eine Hardwareschaltung, die zum Beispiel einen Komparator umfasst, gebildet sein. Ferner kann die Vergleichseinheit auch eine programmgesteuerte Rechnereinheit umfassen, mittels der der Vergleich durchgeführt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird der Störpegel erfasst. Das Erfassen des Störpegels erfolgt vorzugsweise bei einer Übertragungspause des digitalen Kommunikationssignals. Darüber hinaus kann das Erfassen des Störpegels natürlich auch bei einer Inbetriebnahme oder sogar während der Übertragung der digitalen Kommunikationssignale erfolgen, indem der Signalpegel, der erfasst worden ist, mittels geeigneter Methoden, die vorzugsweise auch mathematische Methoden umfassen können, ausgewertet wird. Beispielsweise kann das Auswerten auch die Vergleichsfunktion umfassen.
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Der Störpegel kann beispielsweise einmalig bei einer Installation des Empfangsgeräts durchgeführt werden. Darüber hinaus besteht natürlich die Möglichkeit, den Störpegel zu vorgebbaren Zeitpunkten und/oder auch kontinuierlich zu überwachen und abhängig vom jeweils ermittelten Störpegel den wenigstens einen Vergleichswert einzustellen. Letzteres erlaubt es, auf Veränderungen der Installation, die Einfluss auf den Störpegel haben können, reagieren zu können und auf diese Weise die zuverlässige Funktion im bestimmungsgemäßen Betrieb bereitstellen zu können.
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Die Wahl des wenigstens einen Vergleichswerts kann abhängig von einem bestimmten Wert eines jeweiligen erfassten Störpegels sein, dem ein jeweiliger diskreter Vergleichswert aus einer Gruppe vorgegebener Vergleichswerte zugeordnet sein kann. Darüber hinaus kann natürlich auch vorgesehen sein, dass das Ermitteln des wenigstens einen Vergleichswerts abhängig vom Störpegel dadurch erfolgt, dass der wenigstens eine Vergleichswert gemäß einer vorgegebenen mathematischen Funktion abhängig vom erfassten Störpegel ermittelt wird. Auch Kombinationen hiervon können vorgesehen sein.
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Insgesamt ermöglicht es die Erfindung somit, in hochflexibler Weise gattungsgemäße Verfahren und Empfangsgeräte derart weiterzubilden, dass die Zuverlässigkeit im bestimmungsgemäßen Betrieb verbessert werden kann. Dadurch kann eine Installation basierend auf einem BUS-System unter Nutzung von BUS-Geräten vereinfacht beziehungsweise verbessert werden, weil eine erhöhte Zuverlässigkeit bei der bestimmungsgemäßen Funktion erreicht werden kann. Aufwändige Entstörmaßnahmen sowie Fehlersuchen können reduziert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das Erfassen des Störpegels und das Einstellen des Vergleichswerts zu vorgegebenen Zeitpunkten, Zeiträumen und/oder Ereignissen erfolgen. Die Zeitpunkte können zum Beispiel fest vorgegebene Zeitpunkte sein, die zeitlich voneinander im Wesentlichen gleich beabstandet sind. Darüber hinaus kann das Erfassen des Störpegels auch in vorgebbaren Zeiträumen erfolgen, beispielsweise in einem Zeitraum, in dem keine digitalen Kommunikationssignale übermittelt werden. Darüber hinaus kann der Zeitraum auch ein Wartungszeitraum des Empfangsgeräts oder des BUS-Geräts sein. Der Zeitraum kann auch ein Zeitraum für die Wartung des gesamten BUS-Systems sein. Ein vorgebbares Ereignis kann zum Beispiel das Ermitteln eines Fehlers bei der Übertragung der digitalen Kommunikationssignale sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Ereignis das Überschreiten einer vorgebbaren Fehlerrate bei der Übertragung der digitalen Kommunikationssignale ist. Das vorgebbare Ereignis kann ferner eine Inbetriebnahme, eine erneute Inbetriebnahme, eine Inbetriebnahme nach einer Wartung und/oder dergleichen sein.
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Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das digitale Kommunikationssignal in Bezug auf einen Fehler ausgewertet wird und der wenigstens eine Vergleichswert ergänzend abhängig von diesem Auswerten eingestellt wird. Dies erlaubt es, den wenigstens einen Vergleichswert abhängig von der Qualität der Übertragung der digitalen Kommunikationssignale einzustellen. Beispielsweise kann diese Weiterbildung auch wiederholt ausgeführt werden, um zum Beispiel erfassen zu können, ob das Einstellen des wenigstens einen Vergleichswerts zu einer Reduzierung einer Fehlerrate bei der Übertragung der digitalen Kommunikationssignale geführt hat. Hat sich keine Reduktion in Bezug auf die Fehlerrate ergeben, braucht der wenigstens eine Vergleichswert nicht verändert beziehungsweise neu eingestellt zu werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Funktion des Einstellens des wenigstens einen Vergleichswerts zu überwachen.
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Vorzugsweise wird der Störpegel während einer Kommunikationspause erfasst. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Störpegel mit wenig Aufwand genau erfassen zu können. Dies erlaubt es, mit wenig Aufwand den Störpegel zu ermitteln. Zu diesem Zweck kann zum Beispiel ein Effektivwert des Signalpegels ermittelt werden, der dem Störpegel entspricht. Die Kommunikationspause kann zu diesem Zweck zum Beispiel durch Auswerten des übertragenen digitalen Kommunikationssignals ermittelt werden. Beispielsweise kann die Kommunikationspause in dem digitalen Kommunikationssignal enthalten sein, sodass empfangsgerätseitig eine Information zur Verfügung steht, zu welchen Zeitpunkten beziehungsweise Zeiträumen keine Kommunikation stattfindet. Darüber hinaus können natürlich auch protokollspezifische Eigenschaften eines Übertragungsprotokolls für die digitalen Kommunikationssignale genutzt werden, um Kommunikationspausen ermitteln zu können. So können Kommunikationspausen zum Beispiel unter Berücksichtigung eines jeweiligen Kommunikationsstandards, wie zum Beispiel dem KNX-Standard, ermittelt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Störpegel über einen vorgegebenen Zeitraum erfasst und mittels statistischer Methoden ausgewertet wird und der wenigstens eine Vergleichswert abhängig von dem Auswerten ermittelt wird. Bei dieser Weiterbildung wird berücksichtigt, dass das Erfassen des Störpegels mit einer zunehmenden zeitlichen Erfassungsdauer verbessert werden kann. Dies erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn der Störpegel von stochastischen Eigenschaften abhängig ist. Dadurch kann der Störpegel genauer erfasst werden und eine verbesserte Einstellung des wenigstens einen Vergleichswerts erreicht werden. Die statistische Methode kann zum Beispiel eine Mittelwertbildung, eine Effektivwertbildung, eine Varianz, eine Standardabweichung und/oder dergleichen umfassen.
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Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der wenigstens eine Vergleichswert abhängig vom Störpegel durch Multiplikation mit einem Faktor ermittelt wird. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Vergleichswert besonders einfach abhängig vom erfassten Störpegel ermittelt werden. Diese Weiterbildung erweist sich insbesondere auch in Bezug auf eine Reaktionsschnelligkeit als besonders vorteilhaft, weil das Ermitteln des Störpegels nahezu unmittelbar zum Einstellen des Vergleichswerts führen kann.
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Vorzugsweise ist der wenigstens ein Vergleichswert größer als 50%, vorzugsweise größer als 65% des maximalen Signalpegels. Dadurch, dass der wenigstens eine Vergleichswert auf den vorgenannten Wertebereich begrenzt werden kann, kann die Zuverlässigkeit der Kommunikation besonders schnell verbessert werden. Dabei kann Berücksichtigt werden, dass ein Wertebereich für den wenigstens einen Vergleichswert - wie zuvor genannt - dazu führen kann, dass bereits bei einer Ersteinstellung signifikante beziehungsweise relevante Störpegel bereits die bestimmungsgemäße Übertragung der digitalen Kommunikationssignale nicht zu stören braucht. Zu diesem Zweck kann das Kommunikationssignal beziehungsweise der erfasste Signalpegel ausgewertet werden, um zum Beispiel die Signalwerte, die das digitale Kommunikationssignal annehmen kann, ermitteln zu können. Diese Werte können jedoch auch in alternativen Ausgestaltungen vorgegeben sein. Aus den möglichen digitalen Signalwerten des digitalen Kommunikationssignals kann dann der wenigstens eine Vergleichswert ermittelt werden.
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Ferner kann zum Ermitteln des wenigstens einen Vergleichswerts ein Wert aus einer Gruppe vordefinierter, voneinander unterschiedlicher Werte ausgewählt werden. Dadurch kann das Ermitteln des wenigstens einen Vergleichswerts vereinfacht werden, weil lediglich eine Auswahl aus der Gruppe getroffen zu werden braucht.
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Weiterhin kann die Gruppe der Werte abhängig von Betriebsbedingungen der Kommunikationsleitung vorgegeben werden. Dies kann zum Beispiel berücksichtigen, welche Spannungs- beziehungsweise Strom- beziehungsweise Signalwerte beziehungsweise Signalpegel zwischen den Leitungen der Kommunikationsleitung im bestimmungsgemäßen Betrieb auftreten können. Die Gruppe kann ferner auf eine Anzahl von Signalwerten begrenzt werden, die sich für die jeweilige Anwendung eignen. Dadurch kann der Aufwand für das Auswählen und Einstellen des wenigstens einen Vergleichswerts reduziert werden.
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Die für das erfindungsgemäße Empfangsgerät angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten natürlich gleichermaßen auch für die erfindungsgemäßen Verfahren und umgekehrt. Insbesondere können natürlich für Vorrichtungsmerkmale auch Verfahrensmerkmale und umgekehrt formuliert sein.
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Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Diagrammdarstellung von Begriffen der Signaltechnik zur Begriffsklärung;
- 2 eine schematische Diagrammdarstellung eines Spannungs-Zeit-Diagramms für das Empfangen eines digitalen Kommunikationssignals eines ersten Signalpegels;
- 3 eine schematische Diagrammdarstellung wie 2 für ein digitales Kommunikationssignal gemäß einem zweiten Signalpegel;
- 4 eine schematische Diagrammdarstellung wie 2 für ein Störsignal;
- 5 eine schematische Diagrammdarstellung wie 3, jedoch mit einem einstellbaren Vergleichswert;
- 6 eine schematische Diagrammdarstellung wie 4 mit dem Störsignal gemäß 4;
- 7 eine schematische Blockschaltbilddarstellung eines Empfangsgeräts eines BUS-Geräts, welches an eine Kommunikationsleitung mit zwei Leitungen angeschlossen ist;
- 8 eine schematische Blockschaltbilddarstellung wie 7, bei der ein Energiefluss dargestellt ist; und
- 9 eine schematische Diagrammdarstellung wie 7, bei der eine Kommunikation dargestellt ist.
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Die folgenden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Die in den Ausführungsbeispielen angegebenen Merkmale und Merkmalskombinationen können auch einzeln und unabhängig voneinander die Erfindung weiterbilden. Daher umfasst die Offenbarung auch Merkmalskombinationen von Ausführungsformen bei denen aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele lediglich einzelne Merkmale umfasst sind.
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7 zeigt in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung ein Empfangsgerät 10 zum Empfangen eines digitalen Kommunikationssignals 46 (2). Das Empfangsgerät 10 ist Bestandteil eines BUS-Geräts 56, welches seinerseits Bestandteil eines nicht weiter dargestellten Bus-Systems einer Gebäudeautomation ist, die in der vorliegenden Ausgestaltung den KMX-Standard nutzt. Das Empfangsgerät 10 ist an eine zwei Leitungen 14, 16 umfassende Kommunikationsleitung 12 angeschlossen, über die im vorliegenden Fall eine Gleichspannung von etwa 29 V zur Verfügung gestellt wird, um das BUS-Gerät 56 mit elektrischer Energie zu versorgen. Zugleich dienen die Leitungen 14, 16 zur Übertragung des digitalen Kommunikationssignals 46. Die Kommunikationsleitung 12 ist mit ihren Leitungen 14, 16 an das Empfangsgerät 10 angeschlossen.
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Das Empfangsgerät 10 umfasst eine mit der Kommunikationsleitung 12, insbesondere deren Leitungen 14, 16, elektrisch gekoppelte Erfassungseinheit 18, die dem Erfassen eines Signalpegels 48 (2) zwischen den zwei Leitungen 14, 16 der Kommunikationsleitung 12 dient. Darüber hinaus umfasst das Empfangsgerät 10 eine Vergleichseinheit 26, die ausgebildet ist, den erfassten Signalpegel 48 mit in der vorliegenden Ausführungsform genau einem Störschwellenpegel 36 (2) zu vergleichen.
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Ferner umfasst das Empfangsgerät 10 eine Auswerteeinheit 28, die den erfassten Signalpegel 48 mit dem Störschwellenpegel 36 vergleicht. Eine Auswerteeinheit 28 des Empfangsgeräts 10 ermittelt einen digitalen Signalwert des Kommunikationssignals 46 abhängig von dem Vergleich.
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In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das digitale Kommunikationssignal 46 lediglich zwei Signalwerte annehmen kann, weshalb es sich hierbei um ein binäres digitales Kommunikationssignal handelt. In alternativen Ausgestaltungen kann das digitale Kommunikationssignal natürlich auch mehr als zwei Signalwerte einnehmen.
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Das BUS-Gerät 56 umfasst neben dem Empfangsgerät 10 eine Energieversorgungseinheit 54, die dazu dient, über die Kommunikationsleitung 12 zugeführte elektrische Energie aufzunehmen und für weitere Zwecke zur Verfügung zu stellen. Unter anderem dient die aufgenommene Energie dazu, das BUS-Gerät 56, insbesondere das Empfangsgerät 10, für seinen bestimmungsgemäßen Betrieb mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Darüber hinaus umfasst das BUS-Gerät 56 einen galvanisch trennenden Energiewandler 20 sowie einen Opto-Koppler 22, mittels denen eine galvanische Trennung zu einem Anschlussbereich 58 realisiert ist. Der galvanisch trennende Energiewandler 20 und der Opto-Koppler 22, der eine galvanisch getrennte Datenübertragung ermöglicht, dienen dazu, einerseits eine Verarbeitungseinheit 60 mit elektrischer Energie zu versorgen und andererseits die Verarbeitungseinheit 60 kommunikationstechnisch mit dem Empfangsgerät 10 zu koppeln.
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Die Verarbeitungseinheit 60 ist ferner an extern zum BUS-Gerät 56 vorgesehene Geräte angeschlossen. Diese liefern und/oder erhalten entsprechende Kommunikationssignale, die von der Verarbeitungseinheit 60 entsprechend verarbeitet und über den Opto-Koppler 22 zur Versendung über die Kommunikationsleitung 12 bereitgestellt werden.
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Der Opto-Koppler 22 ist vorliegend lediglich schematisch zur Darstellung der galvanisch getrennten Datenübertragung in den 7 bis 9 dargestellt. Die galvanisch getrennte Datenübertragung ist in der vorliegenden Ausgestaltung jedoch bidirektional, sodass auch das Empfangsgerät 10 über diese galvanisch getrennte Datenübertragung 22 Daten entsprechend der digitalen Kommunikationssignale auf der Kommunikationsleitung 12, die durch das Empfangsgerät 10 empfangen worden sind, an die Verarbeitungseinheit 60 übermitteln kann. Der Opto-Koppler 22 steht hier also symbolisch für die galvanisch getrennte Kopplung in Bezug aus die Kommunikation.
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Aus 8 ist ersichtlich, wie der Energiekoppler 54 sowie der Energiewandler 20 zur Energieversorgung des BUS-Geräts 56 dienen. Mit Pfeilen 62 ist der Energiefluss dargestellt.
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Der Energiewandler 20 sowie der Opto-Koppler 22 stellen vorliegend eine galvanische Trennung 24 für das BUS-Gerät 56 bereit, die in den 7 bis 9 mit einer strichpunktierten Linie dargestellt ist.
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9 zeigt mit Pfeilen 64 die kommunikationstechnische Kopplung der Einheiten des BUS-Geräts 56. Zu erkennen ist, dass das Empfangsgerät 10 kommunikationstechnisch mit den Leitungen 14, 16 der Kommunikationsleitung 12 elektrisch gekoppelt ist. Ferner ist ersichtlich, dass das Empfangsgerät 10 mit dem Opto-Koppler 22 und dieser wiederum mit der Verarbeitungseinheit 60 kommunikationstechnisch gekoppelt ist. Dadurch kann eine kommunikationstechnische Kopplung zwischen der Kommunikationsleitung 12 und der Verarbeitungseinheit 60 hergestellt werden.
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Zu beachten ist, dass die Kommunikationsleitung 12 vorliegend nicht nur der Realisierung einer kommunikationstechnischen Kopplung dient, sondern zugleich auch der Energieversorgung des BUS-Geräts 56. Daher ist der Energiekoppler 54 derart ausgestaltet, dass diesem über die Kommunikationsleitung 12 zwar elektrische Energie zugeführt werden kann, jedoch die Kommunikationssignale, die über die Leitungen 14, 16 der Kommunikationsleitung 12 übertragen werden, im Wesentlichen nicht beeinflusst werden.
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Auch wenn die Funktion des BUS-Geräts 56 im an die Kommunikationsleitung 12 angeschlossenen Zustand im Wesentlichen realisierbar ist, so zeigen sich bei realen Anwendungen Probleme, die im Folgenden weiter erläutert werden. Zunächst wird jedoch anhand von 1 eine Begriffsdefinition vorgenommen.
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1 zeigt eine schematische Diagrammdarstellung eines Signalpegel-Frequenz-Diagramms. Die Abszisse ist der Frequenz f und die Ordinate der Spannung in dB zugeordnet. Mit dem Bezugszeichen 38 ist ein Störpegel gekennzeichnet, der in der vorliegenden Ausgestaltung im Wesentlichen frequenzunabhängig ist, weshalb der Graph 38 parallel zur Abszisse ist. Das gleiche gilt auch für einen Graphen 36, der den Störschwellenpegel darstellt.
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Ebenso ist vorliegend mit einem Graphen 34 ein Nutzpegel dargestellt, der in dieser Darstellung einem vollen Nutzsignal (100 %) entspricht. Mit einem Graphen 40 ist ein Störsicherheitsabstand dargestellt, der einer Differenz zwischen den Graphen 36 und 38 entspricht. Mit einem weiteren Graphen 42 ist ein Störabstand dargestellt, der einer Differenz zwischen den Graphen 34 und 36 entspricht. Der Störabstand entspricht somit einer Differenz zwischen dem Nutzpegel gemäß dem Graphen 34 und dem Störschwellenpegel gemäß dem Graphen 36. Der Störsicherheitsabstand gemäß dem Graphen 40 entspricht einer Differenz zwischen dem Störschwellenpegel 36 und dem Störpegel 38. Solange also der Störpegel gemäß dem Graphen 38 kleiner als der Störschwellenpegel gemäß dem Graphen 36 ist, ist der Störabstand 42 vorhanden, der in der Regel so gewählt ist, das bei Nutzung des Nutzpegels gemäß dem Graphen 34 eine zuverlässige und im Wesentlichen ungestörte Kommunikation erreicht werden kann. Der Störabstand 42 sowie auch der Störsicherheitsabstand 40 werden je nach Anwendung in geeigneter Weise gewählt.
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Bei Binäreingängen gemäß dem KNX-Standard kann es zu Problemen in Bezug auf die Kommunikation kommen. Diese Probleme können durch eine kapazitive Kopplung zwischen den Leitungen 14, 16 verursacht sein. Infolgedessen kann ein Störpegel auf den Leitungen 14, 16 vorliegen, welcher dem eigentlichen Nutzsignal, hier das digitale Kommunikationssignal 46, überlagert ist. Problematisch wird es, wenn der Störabstand gemäß dem Graphen 42 zu klein ist oder gegebenenfalls sogar nicht mehr vorhanden ist. Störungen in der Kommunikation können die Folge sein.
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Eine häufige Ausgestaltung sieht vor, dass Binäreingänge einen festen Schwellenwert haben, der häufig etwa 9 V beträgt. Dies ist anhand der 2 bis 4 dargestellt. Zugleich kann das Kommunikationssignal 46 jedoch in einem Bereich von etwa null bis etwa 10 V oder sogar bis etwa 230 V sein. Daraus ergibt sich, dass der Störsicherheitsabstand gemäß dem Graphen 40 immer gering ist.
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Ab etwa 9 V Spannungspegel des erfassten Signalpegels an einem jeweiligen Binäreingang wird dies als logische „1“ bewertet und auf dem KNX-Bus ein entsprechendes Datentelegram gesendet, dass der entsprechende Binäreingang „High“ ist.
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Aufgrund der unerwünschten Überkopplung kann diese Bewertung jedoch auch fehlerhaft sein, woraufhin dann eine Gegenstelle, beispielsweise ein Kunde, unbegründet durch derartige Datentelegramme auf dem KNX-Bus und/oder im Falle eines angeschlossenen Gerätes durch wahlloses Ein- und Ausschalten der Geräte gestört wird.
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2 zeigt die vorgenannte Situation für den Fall eines Schwellenpegels von etwa 9 V und einem Kommunikationssignal 46, was einen Signalpegel als Nutzsignal zwischen null V und etwa 10 V aufweist. Der Schwellenpegel sollte dabei möglichst so gering sein, dass die minimale Spannung des Nutzsignals beziehungsweise Signalpegels 48 korrekt ausgewertet werden kann. Der Schwellenpegel ist in 2 mit dem Graphen 36 dargestellt. Mit 48 ist der Signalpegel an der Ordinate des Diagramms dargestellt, welches vorliegend durch eine Spannung U gebildet ist.
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3 zeigt die entsprechende Situation für ein Nutzsignal, welches einen Wertebereich von null V bis etwa 230 V aufweist. In diesem Fall ist der Störabstand gemäß dem Graphen 42 in 1 groß gegenüber der Situation gemäß 2. Zugleich ist jedoch zu bedenken, dass bei einem derartig großen Nutzsignal auch der Störpegel größer sein kann. Dies ist anhand der folgenden 4 dargestellt.
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Aus 4, welche ebenfalls eine schematische Diagrammdarstellung wie die 2 und 3 darstellt, ist ersichtlich, dass das dort mit dem Graphen 50 dargestellte Störsignal an drei Stellen, die mit Pfeilen 52 gekennzeichnet sind, Störungen verursachen kann. Das Störsignal ist hier also größer als der Schwellenwert gemäß dem Graphen 36. Infolgedessen kann es zu Fehlauslösungen und damit auch zu falschen Datentelegrammen auf dem KNX-BUS kommen.
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Die Problematik kann gemäß folgenden Darstellungen reduziert, wenn nicht sogar vollständig vermieden werden. Es ist nämlich vorgesehen, dass der Störschwellenpegel 36 durch einen einstellbaren Vergleichswert 44 ersetzt wird. Dies wirkt sich auch auf die Vergleichsfunktion aus. Aus der schematischen Diagrammdarstellung gemäß 5, die auf der schematischen Diagrammdarstellung gemäß 3 basiert, ist dies ersichtlich.
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Zu diesem Zweck umfasst das Empfangsgerät 10 eine Störpegelerfassungseinheit 30 und eine mit der Störpegelerfassungseinheit 30 kommunikationstechnisch gekoppelte Einstelleinheit 32. Die Einheiten 30, 32 brauchen nicht vom Empfangsgerät 10 selbst umfasst zu sein, sondern sie können auch separat durch das BUS-Gerät 56 umfasst sein. Mittels der Störpegelerfassungseinheit 30 des Empfangsgeräts 10 kann ein Störpegel 38 zwischen den Leitungen 14, 16 in Kommunikationspausen erfasst werden. Die Einstelleinheit 32 des Empfangsgeräts 10 stellt den Vergleichswert 44 sodann abhängig von dem mittels der Störpegelerfassungseinheit 30 erfassten Störpegel 38 ein. In der vorliegenden Ausgestaltung wird für das Einstellen auch berücksichtigt, welche Signalwerte das Kommunikationssignal annehmen kann. Dies kann jedoch bei alternativen Ausgestaltungen auch variieren.
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Der Vergleichswert 44 hat vorliegend einen Wert von etwa 180 V. Je nach Ausgestaltung kann dieser Wert jedoch auch variieren. Dem Grunde nach könnte er jedoch auch beispielsweise etwa 150 V betragen oder weniger. Vorteilhaft ist hier der Vergleichswert jedoch größer als etwa 50% des maximalen Signalpegels 48.
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6 zeigt in einer weiteren schematischen Diagrammdarstellung wie 5 die Situation für das Störsignal 50 gemäß 4. Zu erkennen ist, dass ein großer Störsicherheitsabstand 40 erreicht werden kann, wobei zugleich auch der Störabstand 42 groß ist. Dadurch kann für das Nutzsignal 46 gemäß 5 durch entsprechende Einstellung des Vergleichswerts 44 die Funktion hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Kommunikation erheblich verbessert werden.
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Das Einstellen des Vergleichswerts 44 kann beispielsweise mittels eines Coprozessor erfolgen, der als Signalpegel 48 eine Spannung an den Leitungen 14, 16 erfasst. Die Spannung wird vorliegend zum Beispiel mittels eines Analog-DigitalWandlers erfasst. Der Coprozessor ermittelt sodann einen quadratischen Mittelwert, die eine Information über die Beanspruchung des Empfangsgeräts 10 hinsichtlich der elektrischen Spannung der Kommunikationsleitung 12 erlaubt. Liegt beispielsweise der maximale Signalpegel 48 bei etwa 230 V, welches einem Nutzpegel von 100% entspricht, um ein High-Pegel am Empfangsgerät 10 zu bilden, so ist ein Störschwellenpegel von etwa 9 V unnötig klein vorgegeben und er könnte beispielsweise besser auf einen Wert von etwa 150 V angehoben werden, wodurch Fehlauslösungen reduziert werden können. In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Vergleichswert 44 vorliegend sogar etwa 180 V beträgt. Dadurch kann ein größerer Störsicherheitsabstand 40 erreicht werden.
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Durch die Kenntnis über den zu erwartenden maximalen Signalpegel kann der Vergleichswert 44 durch beispielsweise einen Nutzer parametriert werden. Darüber hinaus kann auch ein Firmware-Update vorgesehen werden, welches den Vergleichswert 44 entsprechend anpasst. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, den Vergleichswert 44 automatisch abhängig vom maximalen Signalpegel 48 anzupassen. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass die Vergleichswert 44 an einen erfassten Signalpegel 38 angepasst werden kann.
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Die 7 bis 9 zeigen eine beispielhafte Umsetzung dieser Möglichkeiten. Das Empfangsgerät 10 ist vorliegend durch den Coprozessor gebildet. Zugleich ist die Verarbeitungseinheit 60 vorliegend durch einen Hauptprozessor gebildet. Der Hauptprozessor sendet an den Coprozessor für jeden Kommunikationskanal einen vorgegebenen Vergleichswert 44. Der Coprozessor misst in der vorliegenden Ausgestaltung vorzugsweise ununterbrochen, die elektrische Spannung an den Leitungen 14, 16. Kommt es zu einer Auslösung, so wird dies dem Hauptprozessor, welcher aufgrund der erforderlichen elektrischen Isolation von der Netzspannung und dem isolierten KNX-Bus getrennt ist, mitgeteilt. Der Coprozessor wird über den KNX-BUS, das heißt, über die Kommunikationsleitung 12 und über eine Hauptplatine mit elektrischer Energie versorgt. Die Kommunikation erfolgt in der vorliegenden Ausgestaltung bidirektional zwischen den Prozessoren über UART (universal asynchronous receiver transmitter).
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Als Nebenprodukt kann das BUS-Gerät 56 zu dem Ergebnis seine erfasste elektrische Spannung über den KNX-Bus senden, wodurch für die Gegenseite beziehungsweise den Kunden eine Art „Spannungsmessgerät“ zur Verfügung gestellt werden kann. Weiterhin kann hierdurch die Funktionalität einer Spannungsausfalldetektion, einer Spannungsqualitätsanalyse und/oder eines Leitungsbruchdetektors integriert werden.
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Die Erfindung ist natürlich nicht nur auf die Anwendung bei BUS-Systemen beschränkt, die auf dem KNX-Standard basieren, sondern sie kann auch bei beliebigen anderen BUS-Systemen eingesetzt werden, die beispielsweise für die Gebäudeautomatisierung genutzt werden, wie Messsysteme mit großen Pegelunterschieden und/oder dergleichen. Mit der Erfindung können auch dauerhaft anliegende Störpegel herausgefiltert werden und/oder es kann viel besser als ein Tiefpassfilter funktionieren.
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Die Erfindung kann im Allgemeinen bei Anwendung einer Rechnereinheit, beispielsweise nach Art eines Prozessors, zumindest teilweise auch durch ein Rechnerprogramm realisiert sein, wodurch die Erfindung auf einfache Weise auch bei bereits bestehenden Systemen nachträglich integriert werden kann.
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Die vorgenannten Ausführungsbeispiele dienen ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- BUS-Gerät
- 12
- Kommunikationsleitung
- 14
- Leitung
- 16
- Leitung
- 18
- Erfassungseinheit
- 20
- Energiewandler
- 22
- galvanisch getrennte Datenübertragung
- 24
- galvanische Trennung
- 26
- Vergleichseinheit
- 28
- Auswerteeinheit
- 30
- Störpegelerfassungseinheit
- 32
- Einstelleinheit
- 34
- Nutzpegel
- 36
- Störschwellenpegel
- 38
- Störpegel
- 40
- Störsicherheitsabstand
- 42
- Störabstand
- 44
- Vergleichswert
- 46
- Kommunikationssignal
- 48
- Signalpegel
- 50
- Störsignal
- 52
- Störung
- 54
- Energiekoppler
- 56
- BUS-Gerät
- 58
- Anschlussbereich
- 60
- Verarbeitungseinheit
- 62
- Pfeil
- 64
- Pfeil
