DE102020205671A1

DE102020205671A1 - Konfiguration eines Bussystems

Info

Publication number: DE102020205671A1
Application number: DE102020205671.4A
Authority: DE
Inventors: Rainer Bahr
Original assignee: Geze GmbH
Current assignee: Geze GmbH
Priority date: 2020-05-05
Filing date: 2020-05-05
Publication date: 2021-11-11

Abstract

Ein Verfahren zur automatischen Konfiguration eines Bussystems mit mehreren an eine Busleitung angeschlossenen Busteilnehmern, umfasst die folgenden Schritte:- Messen von Leitungslängen zu Leitungsenden der Busleitung durch die Busteilnehmer;- Verwenden der gemessenen Leitungslängen zum Festlegen von zwei Busteilnehmern als Abschlussteilnehmer, welche an Leitungsenden der Busleitung angeordnet und durch die Busleitung über eine Verbindungsstrecke mit einer maximalen Leitungslänge verbunden sind;- selbsttätiges Anschalten von Busabschlusseinrichtungen an die Busleitung in den Abschlussteilnehmern mittels Steuereinheiten der Abschlussteilnehmer.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Konfiguration eines Bussystems, ein Bussystem und einen Busteilnehmer für ein Bussystem.
Bussysteme werden in der Automatisierungstechnik zur Datenübertragung zwischen einzelnen, verteilt angeordneten Busteilnehmern eingesetzt, um technische Anlagen zu steuern und zu überwachen. Bei den Busteilnehmern kann es sich beispielsweise um Sensoren zum Erfassen eines Zustands der technischen Anlage oder um Aktoren zur Beeinflussung des Zustands der technischen Anlage handeln. Üblicherweise sind die einzelnen Busteilnehmer verteilt in der Anlage angeordnet und über das Bussystem miteinander verbunden. Im Rahmen der Gebäudeautomation werden Bussysteme beispielsweise zur Steuerung von automatischen Wandverschlüssen, etwa Türen, Fenstern oder dergleichen, genutzt, welche als Aktoren Antriebe, elektronische Schlösser oder dergleichen aufweisen und als Sensoren Bewegungsmelder, Schalter oder Taster, Kartenleser oder dergleichen.
Vorgaben zum Aufbau und zur Datenübertragung in Bussystemen für die Automatisierungstechnik sind in verschiedenen Normen spezifiziert. Beispiele für derartige Bussysteme sind CAN-Bus, LON-Bus, KNX-Bus oder PROFIBUS.
Üblicherweise werden zur Datenübertragung im Bussystem Busleitungen, etwa verdrillte Kupferleitungen, genutzt, an denen die einzelnen Busteilnehmer angeschlossen sind. Zur reibungslosen Kommunikation ist es dann notwendig, die Busleitung impedanzangepasst abzuschließen, um Verzerrungen der auf der Busleitung übertragenen Kommunikationssignale zu vermeiden. Hierzu werden üblicherweise an vorgegebenen Positionen der Busleitung, beispielsweise an deren Enden, Terminierungen angebracht, welche die Busleitung mit einer vorgegebenen Impedanz abschließen. Eine genaue Positionierung und Dimensionierung der Terminierungen wird üblicherweise vom Anwender bzw. Installateur des Bussystems festgelegt und erfordert in der Regel eine genaue Kenntnis der Bustopologie und damit eine vertiefte Systemkenntnis. Insofern ist es Anwendern, die über keinerlei vertiefte Kenntnisse über die Funktionsweise des verwendeten Bussystems verfügen, nur unter großen Schwierigkeiten und mit erheblichem Aufwand möglich, das Bussystem korrekt zu terminieren und in Betrieb zu nehmen.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur automatischen Konfiguration eines Bussystems, ein Bussystem und einen Busteilnehmer für ein Bussystem derart anzugeben, dass das das betreffende Bussystem besondere einfach in Betrieb genommen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur automatischen Konfiguration eines Bussystems, ein Bussystem und einen Busteilnehmer für ein Bussystem gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weiterbildungen sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Verfahren zur automatischen Konfiguration eines Bussystems mit mehreren an eine Busleitung angeschlossenen Busteilnehmern, umfasst die folgenden Schritte:

- Messen von Leitungslängen zu Leitungsenden der Busleitung durch die Busteilnehmer;
- Verwenden der gemessenen Leitungslängen zum Festlegen von zwei Busteilnehmern als Abschlussteilnehmer, welche an Leitungsenden der Busleitung angeordnet und durch die Busleitung über eine Verbindungsstrecke mit einer maximalen Leitungslänge verbunden sind;
- selbsttätiges Anschalten von Busabschlusseinrichtungen an die Busleitung in den Abschlussteilnehmern mittels Steuereinheiten der Abschlussteilnehmer.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine besonders einfache Inbetriebnahme eines Bussystems dadurch ermöglicht werden kann, dass Abschlussteilnehmer, an denen Abschlusseinrichtungen zur Terminierung der Busleitung angeordnet werden müssen, durch die Busteilnehmer des Bussystems eigenständig und automatisiert ermittelt werden und das Anschalten der Busabschlusseinrichtungen an die Busleitung anschließend selbsttätig durch die Abschlussteilnehmer ausgeführt wird. So ist für die Inbetriebnahme eines derartigen Bussystems keine Kenntnis des Anwenders über die genaue Bustopologie erforderlich und es werden vor der Konfiguration des Bussystems hinzugefügte oder entfernte Busteilnehmer automatisch berücksichtigt. Ferner ist es nicht notwendig, dass die Abschlussteilnehmer zum Setzen der Busabschlusseinrichtungen physisch zugänglich sind, was den Installationsaufwand zusätzlich verringert. Schließlich können Fehlfunktionen des Bussystems aufgrund fehlender oder falsch platzierter Busabschlusseinrichtungen durch eine automatische Konfiguration auf einfache Art und Weise ausgeschlossen werden.
Das anspruchsgemäße Verfahren kann zur Konfiguration von Bussystemen unterschiedlicher Topologie verwendet werden. Beispielsweise kann das Bussystem eine Linientopologie aufweisen, bei der die Busleitung lediglich zwei Leitungsenden aufweist und alle Busteilnehmer zwischen zwei an den Leitungsenden angeordneten Endteilnehmern an die Busleitung angeschlossen sind. In diesem Fall sind die Busabschlusseinrichtungen jeweils in den Endteilnehmern an die Busleitung anzuschalten. Das Bussystem kann jedoch auch eine Topologie mit Stichleitungen aufweisen, so dass die Busleitung mehr als zwei Leitungsenden aufweist. In diesem Fall werden jeweils nur zwei der Leitungsenden, nämlich die beiden am weitesten voneinander entfernt angeordneten Leitungsenden, mit einer Busabschlusseinrichtung abgeschlossen.
Im Rahmen des anspruchsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise jeder Busteilnehmer die Leitungslängen zu allen Leitungsenden der Busleitung messen. Nach dem Messen der Leitungslängen durch die einzelnen Busteilnehmer können die Abschlussteilnehmer durch einen Vergleich der durch die einzelnen Busteilnehmer gemessenen Leitungslängen bestimmt werden. Dabei kann überprüft werden, welche beiden Busteilnehmer jeweils die größte Leitungslänge zu einem Leitungsende gemessen haben. Diese beiden Busteilnehmer bilden dann die Abschlussteilnehmer. Haben mehr als zwei Busteilnehmer die gleiche maximale Leitungslänge gemessen, so können die beiden Abschlussteilnehmer aus diesen Busteilnehmern ausgewählt werden, falls aufgrund der Spezifikation des Bussystems lediglich genau zwei Busteilnehmer als Abschlussteilnehmer fungieren können. Nach dem Festlegen der Endteilnehmer und dem selbsttätigen Anschalten der Busabschlusseinrichtungen an die Busleitung kann das anspruchsgemäße Verfahren außerdem eine Initialisierung des Bussystems für den Normalbetrieb und/oder ein Aufnehmen des Normalbetriebs des Bussystems umfassen.
Um den Vergleich der Leitungslängen zu ermöglichen, können die Busteilnehmer die von ihnen jeweils gemessenen Leitungslängen über die Busleitung übertragen. Hierzu können die Busteilnehmer jeweils in einem Sonderbetriebsmodus über die Busleitung kommunizieren, wobei der Sonderbetriebsmodus ohne an die Busleitung angeschaltete Busabschlusseinrichtungen durchgeführt wird. Ein derartiger Sonderbetriebsmodus kann beispielsweise mit einer im Vergleich zu einem Normalbetriebsmodus reduzierten Datenrate durchgeführt werden.
Die Abschlussteilnehmer werden durch eine Abschlussbestimmungseinrichtung des Bussystems festgelegt. Die Abschlussbestimmungseinrichtung kann in einem einzelnen Busteilnehmer ausgebildet sein und umfasst dann ein einzelnes Abschlussbestimmungsmodul, welches in dem betreffenden Busteilnehmer angeordnet ist. Die Abschlussbestimmungseinrichtung kann jedoch auch in mehreren oder allen Busteilnehmern ausgebildet sein und jeweils ein in den betreffenden Busteilnehmern ausgebildetes Abschlussbestimmungsmodul umfassen.
Insofern können die Abschlussteilnehmer durch einen einzelnen Busteilnehmer festgelegt werden, welcher als ein Koordinierungsteilnehmer zur Konfiguration des Bussystems fungiert. Die einzelnen Busteilnehmer können beispielsweise die von ihnen gemessenen Leitungslängen jeweils zumindest oder ausschließlich an den Koordinierungsteilnehmer übertragen. Die einzelnen Busteilnehmer können beispielsweise die von ihnen jeweils gemessenen Leitungslängen auch an alle übrigen Busteilnehmer übertragen. Die Abschlussteilnehmer können dann eigenständig mittels in den einzelnen Busteilnehmern jeweils angeordneter Abschlussbestimmungsmodule festgelegt werden, wobei jeder jeweilige Busteilnehmer eigenständig festlegt, ob er als Abschlussteilnehmer fungiert oder nicht.
Die einzelnen Busteilnehmer können die Leitungslängen zu den Leitungsenden der Busleitung durch Kommunikation untereinander, beispielsweise mittels des Austauschs sogenannter ranging messages, messen. Dabei können die Sende- und Empfangszeitpunkte der zwischen den Busteilnehmern ausgetauschten ranging messages gemessen werden und anschließend die Laufzeit und damit die Leitungslänge zwischen den Busteilnehmern aus den Sende- und Empfangszeitpunkten berechnet werden. Alternativ können die einzelnen Busteilnehmer die Leitungslänge zu den Leitungsenden der Busleitung auch jeweils eigenständig und ohne Kommunikation mit anderen Busteilnehmern messen. Beispielsweise können die Busteilnehmer die Leitungslängen zu den Leitungsenden mittels Laufzeitmessungen von durch die einzelnen Busteilnehmer auf der Busleitung ausgesendeten und an den Leitungsenden reflektierten Messsignalen bestimmen.
Die Busleitung kann aus einem mehradrigen Kabel, beispielsweise aus einem zweiadrigen Kabel, bestehen. Die über die Busleitung übertragenen Datensignale können als differenzielle Pegel, beispielsweise als differenzielle Spannungspegel, zwischen den einzelnen Adern der Busleitung codiert sein. Über die Busabschlussvorrichtung können zwei oder mehr Adern der Busleitung impedanzangepasst miteinander verbunden werden. Bei den Busabschlusseinrichtungen zur Terminierung der Busleitung kann es sich beispielsweise um Abschlusswiderstände mit vorgegebener Impedanz, d.h. vorgegebenem Gleichstrom- und/oder Wechselstromwiderstand, handeln. Eine korrekte Dimensionierung und Positionierung der Busabschlusseinrichtungen stellt unter anderem sicher, dass an den Leitungsenden der Busleitung keine Reflexionen der übertragenen Datensignale stattfinden, welche sich an den einzelnen Busteilnehmern überlagern und so ein Auslesen der über die Busleitung übertragenen Datensignale verhindern könnten.
Für den Normalbetrieb des anspruchsgemäßen Bussystems ist es erforderlich, dass die Busleitung jeweils an den beiden am weitesten voneinander entfernten Leitungsenden mit einer Busabschlusseinrichtung abgeschlossen ist. Beispielsweise kann es für den Normalbetrieb erforderlich sein, dass exakt zwei Busabschlusseinrichtungen an den am weitesten voneinander entfernten Leitungsenden an die Busleitung angeschaltet werden. Das Bussystem kann beispielsweise ein CAN-Bus sein. Die Busabschlusseinrichtungen können beispielsweise jeweils Abschlusswiderstände mit einem Widerstandswert von 120 Ω sein.
Das Bussystem kann beispielsweise ein Bussystem für die Gebäudeautomation sein, welches verteilt in einem Gebäude angeordnete Busteilnehmer miteinander verbindet. Beispielsweise kann das Bussystem zur Steuerung von Wandverschlusssystemen, etwa von Türsystemen, Fenstersystemen oder dergleichen, ausgebildet sein. Die einzelnen Busteilnehmer können dann beispielsweise Aktoren sein, welche die Bewegung eines Wandverschlusses, etwa einer Tür, eines Fensters oder dergleichen, oder von Teilen eines Wandverschlusses bewirken, oder Sensoren, welche Steuerbefehle zur Bewegung des Wandverschlusses erfassen. Bei den Aktoren kann es sich beispielsweise um Antriebe oder Motorschlösser, bei den Sensoren um Taster, Bewegungsmelder, Lichtschranken oder dergleichen handeln.
Das Bussystem kann beispielsweise als ein sogenannter Türbus ausgebildet sein und alle im Umfeld einer automatisch bewegten Türe angeordneten Sensor- und Aktoreinheiten als Busteilnehmer umfassen. Ferner kann ein derartiger Türbus als einen weiteren Busteilnehmer einen Kommunikationsteilnehmer umfassen, über welchen mit an weiteren Türen angeordneten Türbussystemen kommuniziert werden kann. Zur Kommunikation über die einzelnen Türbusse einerseits und zur Kommunikation zwischen den Türbussystemen andererseits können jeweils unterschiedliche Busprotokolle verwendet werden.
Die einzelnen Busteilnehmer können die Leitungslängen zu den Leitungsenden der Busleitung jeweils mittels einer Messeinrichtung messen, die zur Messung der Leitungsenden mit der Busleitung verbunden ist. Die einzelnen Busteilnehmer können zur Kommunikation über die Busleitung jeweils mittels einer Busanschaltung mit der Busleitung verbunden sein, wobei die Busanschaltungen Transceiver für die Kommunikation über die Busleitung bilden. Die Busanschaltungen erzeugen und messen die für die Kommunikation über die Busleitung benötigten Signalpegel (physical layer).
Die Messeinrichtungen können getrennt von den Busanschaltungen ausgeführt sein. Zum Festlegen der Abschlussteilnehmer kann der betreffende Busteilnehmer ein Abschlussbestimmungsmodul umfassen, welches beispielsweise als ein Softwaremodul in einer Steuereinheit des betreffenden Busteilnehmers implementiert sein kann. Die Steuereinheit kann beispielsweise als eine programmierbare Logikeinheit, etwa als Mikrocontroller, FPGA, ASIC oder Mikroprozessor ausgebildet sein.
Das anspruchsgemäße Verfahren zur automatischen Konfiguration des Bussystems kann beispielsweise bei jedem Einschalten des Bussystems durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Verfahren bei einem neuerlichen Einschalten durchgeführt werden, nachdem das Bussystem zuvor abgeschaltet wurde und die Topologie des Bussystems verändert wurde, beispielsweise indem Busteilnehmer hinzugefügt oder entfernt wurden.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens messen die einzelnen Busteilnehmer die Leitungslängen zu den Leitungsenden jeweils mittels einer Laufzeitmessung eines durch den jeweiligen Busteilnehmer auf der Busleitung ausgesendeten Messsignals. Bei einer derartigen Laufzeitmessung ist keine Kommunikation der einzelnen Busteilnehmer untereinander über die Busleitung notwendig, so dass das Messen der Leitungslängen besonders einfach durchgeführt werden kann.
Das Messsignal kann beispielsweise einen oder mehrere Pulse, etwa Rechteckpulse, umfassen und die einzelnen Busteilnehmer können die Empfangszeitpunkte einzelner Flanken der an den Leitungsenden reflektierten Pulse bestimmen, um daraus die Laufzeit des Messsignals zu den einzelnen Leitungsenden zu berechnen. Das Messsignal kann auch einen nach einem vorgegebenen Muster zeitlich variierenden Signalparameter aufweisen und die Laufzeit des Messsignals vom betreffenden Busteilnehmer zum Leitungsende und zurück kann dann aus den beim Senden und Empfangen jeweils vorliegenden Parameterwerten des Signalparameters berechnet werden.
Beispielsweise kann das Messignal ein frequenzmoduliertes Dauerstrichsignal (frequency modulated continuous wave, FMCW) sein und der Signalparameter die Frequenz des Messsignals sein. Die Frequenz des Messsignals kann dann zyklisch mit einem vorgegebenen Frequenzverlauf, etwa mit einem linearen Frequenzverlauf, variiert werden. Das empfangene Messsignal kann dann mit einem in dem Busteilnehmer erzeugten Referenzsignal verglichen werden und aus dem Unterschied zwischen dem Referenzsignal und dem Messsignal kann anhand des bekannten zeitlichen Modulationsverlaufs die Laufzeit des Messsignals zum Leitungsende und zurück berechnet werden. Der Vergleich zwischen dem reflektierten Messsignal und dem Referenzsignal kann beispielsweise erfolgen, indem die beiden Signale gemischt werden, um aus einer Differenzfrequenz zwischen den beiden Signalen die Leitungslänge zu bestimmen.
Um die Messsignale der einzelnen Busteilnehmer beim Empfang voneinander trennen zu können, können die einzelnen Messsignale jeweils einen eindeutigen Separationsparameter aufweisen. Ein derartiger Separationsparameter kann beispielsweise eine Frequenz oder eine eindeutige in dem Messsignal codierte Kennung sein. Eine derartige Kennung kann beispielsweise mittels gängiger Modulationsverfahren, etwa einer Amplituden- oder Phasenmodulation, in dem Messsignal codiert sein. Alternativ können die Messsignale der einzelnen Busteilnehmer zur Vermeidung von Überlagerungen auch zeitversetzt ausgesendet werden.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Leitungslängen zu den Leitungsenden jeweils aus Laufzeiten von an den einzelnen Leitungsenden reflektierten Signalkomponenten des Messsignals bestimmt. Damit wird zur Bestimmung der Leitungslängen zu allen Leitungsenden nur ein einzelnes Messsignal benötigt und die Leitungslängen zu allen Leitungsenden der Busleitung können besonders schnell bestimmt werden.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens kommunizieren alle Busteilnehmer zum Festlegen der Abschlussteilnehmer die von ihnen gemessenen Leitungslängen über die Busleitung. Dadurch kann sichergestellt werden, dass in zumindest einem der Busteilnehmer alle gemessenen Leitungslängen vorliegen und zumindest der betreffende Busteilnehmer durch einen Vergleich aller gemessenen Leitungslängen diejenigen Busteilnehmer bestimmen kann, welche die Busleitung über eine Verbindungsstrecke mit maximaler Leitungslänge miteinander verbindet.
Die einzelnen Busteilnehmer können die von ihnen gemessenen Leitungslängen an einen vorbestimmten Busteilnehmer, beispielsweise an einen Koordinierungsteilnehmer, welcher die Abschlussteilnehmer festlegt, über die Busleitung kommunizieren. Die Busteilnehmer können die von ihnen gemessenen Leitungslängen jedoch auch an alle anderen Busteilnehmer über die Busleitung kommunizieren, beispielsweise mittels sogenannter Rundspruchnachrichten (broadcast messages). In diesem Fall liegen in allen Busteilnehmer alle gemessenen Leitungslängen vor, so dass jeder Busteilnehmer eigenständig bestimmen kann, ob er als Abschlussteilnehmer fungiert oder nicht.
Die Busteilnehmer können beispielsweise während des Festlegens der Abschlussteilnehmer in einem Sonderbetriebsmodus untereinander kommunizieren, wobei der Sonderbetriebsmodus ohne die an die Busleitung angeschlossenen Busabschlusseinrichtungen durchführbar ist. Beispielsweise kann in dem Sonderbetriebsmodus mit einer geringeren Datenrate kommuniziert werden als in einem Normalbetriebsmodus. Daher können die Busteilnehmer während des Festlegens der Abschlussteilnehmer unabhängig davon miteinander kommunizieren, ob die Busabschlusseinrichtungen an die Busleitung angeschlossen sind oder nicht.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens kommunizieren die Busteilnehmer während des Festlegens der Abschlussteilnehmer in dem Sonderbetriebsmodus untereinander, wobei der Sonderbetriebsmodus ohne die an die Busleitung angeschlossenen Busabschlusseinrichtungen durchgeführt wird. Dies ermöglicht es, die gemessenen Leitungslängen noch vor dem Anschalten der Busabschlusseinrichtungen über die Busleitung zu kommunizieren.
Alternativ kann der Sonderbetriebsmodus auch mit an die Busleitung angeschlossenen Busabschlusseinrichtungen durchgeführt werden, wobei es auch möglich ist, dass lediglich ein Teil der Busabschlusseinrichtungen aller an die Busleitung angeschlossener Teilnehmer mit der Busleitung verbunden ist.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens wird eine Kommunikation über die Busleitung im Sonderbetriebsmodus mit einer geringeren Datenrate durchgeführt als in einem Normalbetriebsmodus mit angeschlossenen Busabschlusseinrichtungen. Dadurch kann verhindert werden, dass Reflexionen der für die Kommunikation verwendeten Datensignale an den Leitungsenden der Busleitung, wie sie ohne korrekt positionierte Busabschlusseinrichtungen auftreten können, die Kommunikation über die Busleitung stören. Alternativ oder zusätzlich kann die Kommunikation über die Busleitung im Sonderbetriebsmodus auch mit höheren Signalpegeln als im Normalbetriebsmodus durchgeführt werden. Handelt es sich bei dem Bussystem um einen CAN-Bus, so kann im Sonderbetriebsmodus beispielsweise in der Betriebsart Lowspeed-CAN mit einem differentiellen Signalpegel von 7 V und im Normalbetriebsmodus in der Betriebsart Highspeed-CAN mit einem differentiellen Signalpegel von 2 V kommuniziert werden.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Abschlussteilnehmer von einem Koordinierungsteilnehmer festgelegt, wobei der Koordinierungsteilnehmer das Anschalten der Busabschlusseinrichtungen in den Abschlussteilnehmern durch ein Aussenden mindestens einer Abschlussinformation über die Busleitung veranlasst. Indem die Abschlussteilnehmer zentral in dem Koordinierungsteilnehmer festgelegt werden, ist es beispielsweise auf einfache Art und Weise möglich, auch in den Fällen eindeutig zwei Abschlussteilnehmer auszuwählen, in denen mehr als zwei Leitungsenden der Busleitung über eine Verbindungsstrecke mit maximaler Leitungslänge verbunden sind.
Der Koordinierungsteilnehmer kann bei einem Master-Slave-Bussystem durch einen vorgegebenen Busmaster gebildet werden, welcher im Normalbetrieb die Kommunikation im Bussystem steuert. In diesem Fall kann beispielsweise nur der Koordinierungsteilnehmer ein Abschlussbestimmungsmodul der Abschlussbestimmungseinrichtung zur Festlegung der Abschlussteilnehmer aufweisen.
Der Koordinierungsteilnehmer kann auch zu Beginn des anspruchsgemäßen Verfahrens unter den Busteilnehmern automatisiert bestimmt werden, beispielsweise durch anfängliche Kommunikation der Busteilnehmer untereinander. Diese anfängliche Kommunikation kann beispielsweise ebenfalls in dem Sonderbetriebsmodus durchgeführt werden. Der Koordinierungsteilnehmer kann beispielsweise anhand von eindeutigen Kennungen, die die einzelnen Busteilnehmer über die Busleitung übertragen, ermittelt werden. Bei einem CAN-Bus kann eine derartige Kennung beispielsweise eine sogenannte device-ID des Teilnehmers oder ein identifier einer Busnachricht sein, die der Busteilnehmer zur Bestimmung des Koordinierungsteilnehmers versendet. Der Koordinierungsteilnehmer kann beispielsweise durch denjenigen Busteilnehmer gebildet werden, der die Kennung mit dem größten oder kleinsten Wert übermittelt. Wird der Koordinierungsteilnehmer zu Beginn des anspruchsgemäßen Verfahrens unter den Busteilnehmern automatisiert bestimmt, so verfügen alle Busteilnehmer über ein Abschlussbestimmungsmodul der Abschlussbestimmungsvorrichtung und zum Festlegen der Abschlussteilnehmer wird das Abschlussbestimmungsmodul des Koordinierungsteilnehmer verwendet.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens legen die einzelnen Busteilnehmer ihre Rolle als Abschlussteilnehmer eigenständig fest, beispielsweise anhand eines Vergleichs von selbst gemessenen Leitungslängen mit durch die übrigen Busteilnehmer gemessenen Leitungslängen. Dies ermöglicht es, die Abschlussteilnehmer auf besonders einfache und flexible Art und Weise zu bestimmen, ohne zuvor einen Koordinierungsteilnehmer festlegen zu müssen. Die Busteilnehmer entscheiden also jeweils eigenständig, ob sie selbst als Abschlussteilnehmer fungieren oder nicht.
Zum Festlegen ihrer Rolle als Abschlussteilnehmer enthalten alle Busteilnehmer ein Abschlussbestimmungsmodul der Abschlussbestimmungseinrichtung. Die Abschlussbestimmungseinrichtung legt die beiden Abschlussteilnehmer dann dadurch fest, dass die einzelnen in den Busteilnehmern angeordneten Abschlussbestimmungsmodule der Abschlussbestimmungseinrichtung festlegen, ob der betreffende Busteilnehmer als Abschlussteilnehmer fungiert oder nicht, und sichergestellt wird, dass lediglich zwei Abschlussbestimmungsmodule ihren jeweiligen Busteilnehmer als Abschlussteilnehmer festlegen.
Um es den einzelnen Busteilnehmern jeweils zu ermöglichen, ihre Rolle als Abschlussteilnehmer festzulegen, können im Rahmen des Verfahrens jeweils alle Busteilnehmer die von ihnen gemessenen Leitungslängen an alle anderen Busteilnehmer über die Busleitung kommunizieren, beispielsweise im Sonderbetriebsmodus und/oder mittels Rundspruchnachrichten. Die einzelnen Busteilnehmer können dann mittels ihres Abschlussbestimmungsmoduls überprüfen, ob eine von ihnen zu einem Leitungsende der Busleitung gemessene Leitungslänge der maximalen Leitungslänge aller gemessenen Leitungslängen entspricht und/oder ob ein anderer Busteilnehmer die maximale Leitungslänge gemessen hat. Die Busteilnehmer, welche selbst die maximale Leitungslänge gemessen haben, können dann festlegen, dass sie als Abschlussteilnehmer fungieren.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens legen die einzelnen Busteilnehmer ihre Rolle als Abschlussteilnehmer anhand eines Priorisierungsparameters fest, falls mehr als eine Verbindungsstrecke mit maximaler Leitungslänge gemessen wurde. Dabei kann jedem Busteilnehmer ein eindeutiger Parameterwert des Priorisierungsparameters zugeordnet sein und es können diejenigen Busteilnehmer als Abschlussteilnehmer festgelegt werden, die die maximale Leitungslänge gemessen haben und deren Werte des Priorisierungsparameters ein vorgegebenes Kriterium erfüllen, beispielsweise deren Priorisierungsparameter einen extremalen Wert aufweisen, beispielsweise den höchsten oder niedrigsten Wert.
Dies ermöglicht es, auch in Bussystemen, bei denen mehr als eine Verbindungsstrecke die maximale Leitungslänge aufweist, lediglich genau zwei Busteilnehmer als Abschlussteilnehmer auszuwählen und festzulegen. Der Priorisierungsparameter kann beispielsweise die im Zusammenhang mit der Auswahl des Konfigurationsteilnehmers beschriebene Kennung sein. Alternativ kann der Priorisierungsparameter auch eine Zeitspanne sein, mit der jeweils Zeitgeber der einzelnen Busteilnehmer initialisiert werden und es können diejenigen Busteilnehmer als Abschlussteilnehmer festgelegt werden, deren Zeitgeber zuerst ablaufen. Die einzelnen Busteilnehmer können den Ablauf Ihres Zeitgebers jeweils mittels einer im Sonderbetriebsmodus auf der Busleitung übertragenen Nachricht den anderen Busteilnehmern mitteilen.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist das Bussystem ein serieller Datenbus, beispielsweise ein CAN-Bus. Serielle Datenbusse weisen eine besondere einfache Verkabelung auf und können daher besonders einfach und kostengünstig installiert werden. Handelt es sich um einen CAN-Bus, können die Busabschlusseinheiten als Widerstände mit einem Widerstandswert von 120 Ω ausgeführt sein.
Eine Weiterbildung des Verfahrens umfasst:

- Messen der Impedanz der Busleitung in jedem Busteilnehmer vor dem Messen der Leitungslängen,
- Vergleichen der gemessenen Impedanz mit einer vorgegebenen Impedanz in jedem Busteilnehmer,

Durch das Messen der Impedanz der Busleitung kann vor dem Messen der Leitungslängen sichergestellt werden, dass keine Abschlusseinrichtungen an die Busleitung angeschlossen sind und daher die Leitungslängen zu den Leitungsenden der Busleitung durch die einzelnen Busteilnehmer mittels einer Reflexionsmessung zuverlässig und eindeutig bestimmt werden können. Die vorgegebene Impedanz kann beispielsweise der Impedanz der lediglich einseitig abgeschlossenen Busleitung entsprechen, bei einem CAN-Bus beispielsweise einer Impedanz von 120 Ω. Der Schwellenwert kann beispielsweise mindestens 5%, mindestens 10% oder mindestens 20% der vorgegebenen Impedanz betragen.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens führen die einzelnen Busteilnehmer das Messen der Leitungslängen durch, während Busanschaltungen der Busteilnehmer hochohmig geschaltet sind. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein zur Bestimmung der Leitungslängen verwendetes Messsignal an den einzelnen Leitungsenden zuverlässig reflektiert wird und die Leitungslängen aus den Reflexionen korrekt bestimmt werden können.
Das Hochohmigschalten der Busanschaltungen kann auch ein vollständiges Trennen der Busanschaltungen von der Busleitung umfassen. Nach dem Messen der Leitungslängen kann das Verfahren ein erneutes Niederohmigschalten der Busanschaltungen bzw. ein Verbinden der Busanschaltungen der einzelnen Busteilnehmer mit der Busleitung umfassen. Zusätzlich sind auch die Busabschlusseinrichtungen der einzelnen Busteilnehmer von der Busleitung getrennt, während die einzelnen Busteilnehmer das Messen der Leitungslängen durchführen.
Ein anspruchsgemäßes Bussystem umfasst mehrere an eine Busleitung angeschlossene Busteilnehmer, sowie eine Abschlussbestimmungseinrichtung. Die einzelnen Busteilnehmer weisen jeweils Busabschlusseinrichtungen zum impedanzangepassten Abschluss der Busleitung auf. Ferner weisen die einzelnen Busteilnehmer Messeinrichtungen auf, die dazu ausgebildet sind, die Leitungslängen zu Leitungsenden der Busleitung zu messen. Außerdem ist die Abschlussbestimmungseinrichtung dazu ausgebildet ist, unter Verwendung der gemessenen Leitungslängen zwei Busteilnehmer als Abschlussteilnehmer festzulegen, welche an Leitungsenden der Busleitung angeordnet sind und durch die Busleitung über eine Verbindungsstrecke mit einer maximalen Leitungslänge verbunden sind. Ferner weisen die einzelnen Busteilnehmer jeweils Steuereinheiten auf, die dazu ausgebildet sind, die Busabschlusseinrichtungen des jeweiligen Busteilnehmers selbsttätig an die Busleitung anzuschalten, falls der betreffende Busteilnehmer als ein Abschlussteilnehmer festgelegt wurde.
Das Bussystem ist dazu ausgebildet, mittels des anspruchsgemäßen Verfahrens konfiguriert zu werden. Insofern beziehen sich alle Vorteile und Weiterbildungen, welche im Zusammenhang mit dem anspruchsgemäß Verfahren offenbart werden, auch auf das anspruchsgemäße Bussystem und umgekehrt. Bei dem anspruchsgemäßen Bussystem können alle Busteilnehmer ein Abschlussbestimmungsmodul der Abschlussbestimmungseinrichtung aufweisen oder lediglich ein einzelner als Koordinierungsteilnehmer fungierender Busteilnehmer.
Ein anspruchsgemäßer Busteilnehmer für ein Bussystem umfasst eine Messeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, Leitungslängen zu allen Leitungsenden der Busleitung zu messen, eine Busabschlusseinrichtung zum impedanzangepassten Abschluss der Busleitung, und eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, die Busabschlusseinrichtung selbsttätig an die Busleitung anzuschalten, falls der Busteilnehmer als ein Abschlussteilnehmer festgelegt wurde.
Der anspruchsgemäße Busteilnehmer ist dazu ausgebildet, im anspruchsgemäßen Bussystem verwendet zu werden. Insofern beziehen sich alle Vorteile und Weiterbildungen, welche im Zusammenhang mit dem anspruchsgemäßen Bussystem offenbart werden, auch auf den anspruchsgemäßen Busteilnehmer und umgekehrt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Dabei zeigen in jeweils schematischer Darstellung:

1 eine erste Ausführungsform eines Bussystems mit mehreren Busteilnehmern;
2 einen Busteilnehmer des Bussystems;
3 ein Verfahren zur automatischen Konfiguration des Bussystems;
4 das Bussystem gemäß der ersten Ausführungsform mit einem Messsignal;
5 das Bussystem gemäß der ersten Ausführungsform mit zwei angeschalteten Busabschlusseinheiten;
6 eine zweite Ausführungsform des Bussystems;
7 das Bussystem gemäß der zweiten Ausführungsform mit zwei angeschalteten Busabschlusseinheiten;
8 eine dritte Ausführungsform des Bussystems; und
9 die dritte Ausführungsform des Bussystems mit zwei angeschalteten Busabschlusseinheiten.

1 zeigt ein Bussystem 1 gemäß einer ersten anspruchsgemäßen Ausführungsform mit mehreren an eine Busleitung 10 angeschlossenen Busteilnehmern 100. Das Bussystem 1 ist als ein CAN-Bus ausgebildet, und die Busleitung 10 umfasst zwei nicht dargestellte Leiter, auf welchen Kommunikationssignale übertragen werden, die als differentielle Spannungspegel zwischen den beiden Leitern ausgebildet sind.
Das Bussystem 1 ist in Linientopologie ausgeführt, wobei an einem Ende 12 der Busleitung ein erster Busteilnehmer 161 und nachfolgend entlang der Busleitung 10 der Reihe nach ein zweiter Busteilnehmer 162, ein dritter Busteilnehmer 163, ein vierter Busteilnehmer 164 angeschlossen sind. An einem weiteren Ende 12 der Busleitung 10 ist ein fünfter Busteilnehmer 165 angeschlossen. Zwischen dem ersten und zweiten Busteilnehmer 161, 162 befindet sich ein erstes Leitungssegment 21 der Busleitung 10, zwischen dem zweiten und dritten Busteilnehmer 162, 163 ein zweites Leitungssegment 22, zwischen dem dritten und vierten Busteilnehmer 163, 164 ein drittes Leitungssegment 23 und zwischen dem vierten und fünften Busteilnehmer 164, 165 ein viertes Leitungssegment 24.
Die Busteilnehmer 100 sind dazu ausgebildet, ein Verfahren zur automatischen Konfiguration des Bussystems 1 durchzuführen. Hierzu weisen die Busteilnehmer 100 den in 2 schematisch und ausschnittsweise dargestellten Aufbau auf. Die Busteilnehmer 100 umfassen eine Steuereinheit 130, welche als programmierbare Logikeinheit ausgebildet ist und über eine Busanschaltung 140 mit den beiden Leitungen 11 der Busleitung 10 verbunden ist. Die Busanschaltung 140 ist als integrierte Schaltung ausgeführt und implementiert die OSI-Schichten 1 des für die Kommunikation über die Busleitung 10 verwendeten CAN-Bus-Protokoll, also das physical layer. Insbesondere bildet die Busanschaltung 140 einen Transceiver, der die für die Kommunikation zwischen den Busteilnehmern 100 verwendeten Spannungspegel erzeugt und misst. Alle weiteren Schichten des CAN-Bus-Protokolls sind in der Steuereinheit 130 als Softwaremodule implementiert.
Die Busteilnehmer 100 verfügen jeweils über eine Busabschlusseinrichtung 120 mit einem mittels einer Schalteinrichtung 122 zwischen die beiden Leiter 11 der Busleitung 10 schaltbaren Abschlusswiderstand 124. Das Anschalten der Busabschlusseinrichtung 120 an die Busleitung 10 wird von der Steuereinheit 130 durch Steuerung des Schaltzustandes der Schalteinrichtung 122 gesteuert. Ferner weisen die Busteilnehmer 100 jeweils eine Messeinrichtung 110 auf, welche vor der Busanschaltung 140 an die Busleitung 10 angeschlossen und dazu ausgebildet ist, die Leitungslängen zwischen dem jeweiligen Busteilnehmer 100 und den Leitungsenden 12 der Busleitung 10 zu messen. Die Messeinrichtungen 110 werden jeweils von der Steuereinheit 130 des jeweiligen Busteilnehmers 100 gesteuert.
Die Busteilnehmer 100 weisen auch jeweils eine Impedanzbestimmungseinrichtung 115 auf, welche ebenfalls mit den beiden Leitern 11 der Busleitung 10 verbunden ist. Die Impedanzbestimmungseinrichtung 115 ist dazu ausgebildet, die Impedanz der Busleitung 10 zu messen und der Steuereinheit 130 einen entsprechenden Impedanzmesswert zur Verfügung zu stellen.
In den Steuereinheiten 130 der Busteilnehmer 100 ist jeweils ein Abschlussbestimmungsmodul 150 als ein Softwaremodul hinterlegt, welches dazu ausgebildet ist, aufgrund der mittels der Messeinrichtung 110 gemessen Leitungslängen, der durch die übrigen Busteilnehmer 100 gemessenen und über die Busleitung 10 kommunizierten Leitungslängen, sowie anhand eines in der Steuereinheit 130 hinterlegten Priorisierungsparameters 132 festzulegen, ob der jeweilige Busteilnehmer 100 als ein Abschlussteilnehmer an einem der Leitungsenden 12 an die Busleitung 10 angeschlossen ist und daher in dem jeweiligen Busteilnehmer 100 die Busabschlusseinrichtung 120 an die Busleitung 10 anzuschalten ist. Die Abschlussbestimmungsmodule 150 der einzelnen über die Busleitung 10 verbundenen Busteilnehmer 100 bilden zusammen eine Abschlussbestimmungseinrichtung des Bussystems 1.
In 3 ist das Verfahren 200 zur automatischen Konfiguration des Bussystems 1 dargestellt, welches durch die Abschlussbestimmungseinrichtung ausgeführt wird, um diejenigen Busteilnehmer 100 zu bestimmen, in welchen die Busabschlusseinrichtungen 120 an die Busleitung 10 angeschaltet werden. Die einzelnen Busteilnehmer 100 schalten (202) jeweils zu Beginn des Verfahrens 200 die Busanschaltungen 140 in einen hochohmigen Zustand. Anschließend messen (205) die einzelnen Busteilnehmer 100 mittels der Impedanzbestimmungseinrichtungen 115 jeweils die Impedanz der Busleitung 10 und vergleichen (207) jeweils die gemessene Impedanz mit einer vorgegebenen Impedanz, welche bei dem als CAN-Bus ausgebildeten Bussystem 1 einer Impedanz von 120 Ω entspricht. Die gemessene Impedanz überschreitet die vorgegebene Impedanz dann, wenn noch keine Busabschlusseinrichtung 120 an die Busleitung 10 angeschlossen ist und folglich die Leitungslängen zu allen Leitungsenden 12 der Busleitung 10 mittels einer Reflexionsmessung bestimmt werden können.
Falls die gemessene Impedanz die vorgegebene Impedanz überschreitet, messen (210) die einzelnen Busteilnehmer 100 jeweils die Leitungslängen bis zu den Leitungsenden 12 der Busleitung 10. Hierzu senden (212) die einzelnen Busteilnehmer 100 jeweils mittels ihrer Messeinrichtung 110 ein Messsignal auf der Busleitung 10 aus, während ihre Busanschaltung 140 im hochohmigen Zustand gehalten wird. Falls eine der von den Busteilnehmern 100 gemessenen Impedanzen die vorgegebene Impedanz nicht überschreitet, wird das Verfahren 200 abgebrochen, beispielsweise indem der betreffende Busteilnehmer 100 eine Fehlermeldung über die Busleitung 10 sendet.
Wie in 4 für den zweiten Busteilnehmer 162 dargestellt ist, wird bei einem Busteilnehmer 100, welcher zwischen den beiden Leitungsenden 12 an die Busleitung 10 angeschlossen ist, in Richtung der beiden Leitungsenden 12 der Busleitung 10 jeweils ein Signalanteil 31, 32 des Messsignals 30 übertragen. Dabei propagiert ein erster Signalanteil 31 des Messsignals 30 über das erste Leitungssegment 21 zu dem am ersten Busteilnehmer 161 gelegenen Leitungsende 12 und ein zweiter Signalanteil 32 des Messsignals 30 propagiert über das zweite, dritte und vierte Leitungssegment 22, 23, 24 zu dem am fünften Busteilnehmer 165 gelegenen Leitungsende 12. Aufgrund der unterschiedlichen Leitungslängen zu den Leitungsenden 12 wird der erste Signalanteil 31 vor dem zweiten Signalanteil 32 am jeweiligen Leitungsende 12 reflektiert und anschließend auch vor dem zweiten Signalanteil 32 am zweiten Busteilnehmer 162 empfangen.
Analog zu dem zweiten Busteilnehmer 162 empfangen auch der dritte und vierte Busteilnehmer 163, 164 jeweils zwei an den beiden Leitungsenden 12 reflektierte Signalanteile ihres Messsignals. Die beiden an den Leitungsenden 12 gelegenen Busteilnehmern 161, 165 empfangen dagegen jeweils nur eine einzelne Reflexion des von Ihnen ausgesendeten Messignals am gegenüberliegenden Leitungsende 12. Wie in 3 dargestellt ist, bestimmen (215) die Busteilnehmer 100 nach dem Empfangen 214 der reflektierten Messsignale 30 jeweils die Laufzeiten der einzelnen empfangenen Signalanteile und aus den Laufzeiten die Leitungslängen zu den beiden Leitungsenden 12.
Nach dem Messen 210 der Leitungslängen aktivieren (220) die einzelnen Busteilnehmer 100 jeweils einen Sonderbetriebsmodus, in welchem die Kommunikation auf der Busleitung 10 mittels Lowspeed-CAN-Signalen erfolgt. Anschließend kommunizieren (225) die einzelnen Busteilnehmer 100 die von ihnen jeweils gemessenen Leitungslängen mittels Rundspruchnachrichten über die Busleitung 10 an alle anderen Busteilnehmer 100, so dass in jedem Busteilnehmer 100 alle durch die Busteilnehmer 100 gemessenen Leitungslängen vorliegen.
Daraufhin erfolgt ein Festlegen 230 von zwei an den Leitungsenden 12 gelegenen Abschlussteilnehmern. Hierzu vergleichen (232) die einzelnen Busteilnehmer 100 jeweils mittels ihres Abschlussbestimmungsmoduls 150 die von ihnen gemessenen Leitungslängen mit den durch die anderen Busteilnehmer 100 gemessenen Leitungslängen. Wird bei dem Vergleich festgestellt, dass eine der selbst gemessenen Leitungslängen einer maximalen Leitungslänge entspricht, legt der betreffende Busteilnehmer 100 seine Rolle als Abschlussteilnehmer fest und schaltet (240) seine Busabschlusseinrichtung 120 an die Busleitung 10 an.
Wie in 5 dargestellt ist, ermitteln bei dem Bussystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform der erste Busteilnehmer 161 und der fünfte Busteilnehmer 165 jeweils, dass eine von Ihnen gemessene Leitungslänge der maximalen Leitungslänge entspricht. Daraufhin legen der erste und fünfte Busteilnehmer 161, 165 jeweils ihre Rolle als Abschlussteilnehmer 102 fest und schalten (240) ihre Busabschlusseinrichtung 120 an die Busleitung 10 an. Damit ist die Busleitung 10 des Bussystems 1 korrekt abgeschlossen.
Wie in 3 dargestellt ist, erfolgt nach dem Anschalten 240 der Busabschlusseinrichtungen 120 jeweils ein Verbinden 250 der Busanschaltungen 140 mit der Busleitung 10 in den einzelnen Busteilnehmern 100 und die einzelnen Busteilnehmer 100 versetzen (255) sich in einen Normalbetriebsmodus, in welchem sie mittels Highspeed-CAN-Signalen über die Busleitung 10 kommunizieren. Anschließend erfolgt eine Initialisierung 260 und ein Betrieb des Bussystems 1 im Normalbetriebsmodus.
6 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Bussystems 1 mit mehreren Busteilnehmern 100, welches mittels des in 3 gezeigten Verfahrens 200 konfiguriert wird. Soweit keine Unterschiede beschrieben oder dargestellt sind, ist die zweite Ausführungsform des Bussystems 1 ausgebildet, wie es für die in 1 dargestellte erste Ausführungsform des Bussystem 1 offenbart wird.
Das Bussystem 1 gemäß der zweiten Ausführungsform weist eine Sterntopologie auf, bei der ein erster Busteilnehmer 161 über ein erstes Leitungssegment 21 einer Busleitung 10 mit einem zweiten Busteilnehmer 162, über ein zweites Leitungssegment 22 der Busleitung 10 mit einem dritten Busteilnehmer 163, über ein drittes Leitungssegment 23 der Busleitung 10 mit einem vierten Busteilnehmer 164 und über eine viertes Leitungssegment 24 der Busleitung 10 mit einem fünften Busteilnehmer 165 verbunden ist. Dabei sind der zweite, dritte, vierte und fünfte Busteilnehmer 162, 163, 164, 165 jeweils an Leitungsenden 12 der Busleitung 10 angeordnet.
Bei der zweiten Ausführungsform des Bussystems 1 messen die an den Leitungsenden 12 angeordneten Busteilnehmer 162, 163, 164, 165 jeweils drei unterschiedliche Leitungslängen zu den übrigen drei Leitungsenden 12, und der abseits der Leitungsenden 12 angeschlossene erste Busteilnehmer 161 misst insgesamt vier Leitungslängen zu den insgesamt vier Leitungsenden 12.
Bei dem Bussystem 1 gemäß der zweiten Ausführungsform weist die über das dritte und vierte Leitungssegment 23, 24 verlaufende Verbindungsstrecke zwischen dem vierten Busteilnehmer 164 und dem fünften Busteilnehmer 165 die maximale Leitungslänge auf. Folglich ergibt der im Rahmen des in 3 dargestellten Verfahrens 200 durchgeführte Vergleich 232 der gemessenen Leitungslängen bei der zweiten Ausführungsform des Bussystems 1, dass der vierte Busteilnehmer 164 und der fünfte Busteilnehmer 165 jeweils mit den über das dritte und vierte Leitungssegment 23, 24 propagierenden Signalanteilen ihres Messsignals die maximale Leitungslänge gemessen haben. Auf Grundlage dieses Vergleichs 232 schalten dann der vierte und fünfte Busteilnehmer 164, 165 jeweils als Abschlussteilnehmer 102 ihre Busabschlusseinrichtungen 120 an die Busleitung 10 an, wie es in 7 dargestellt ist.
8 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Bussystems 1, welches mit dem in 3 dargestellten Verfahren 200 automatisch konfiguriert werden kann. Soweit keine Unterschiede beschrieben oder dargestellt sind, ist die dritte Ausführungsform des Bussystems 1 ausgebildet, wie es im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform des Bussystems 1 offenbart wird.
Bei der in 8 dargestellten dritten Ausführungsform des Bussystems 1 ist ein erster Busteilnehmer 161 über eine Busleitung 10 mit einem zweiten, dritten und vierten Busteilnehmer 162, 163, 164 verbunden. Dabei weisen ein erstes Leitungssegment 21 der Busleitung 10, welches den ersten und zweiten Busteilnehmer 161, 162 miteinander verbindet, und ein zweites Leitungssegment 22 der Busleitung 10, welches den ersten und dritten Busteilnehmer 161, 163 miteinander verbindet, jeweils die gleiche Segmentlänge auf. Über ein drittes Leitungssegment 23 der Datenleitung 10 ist der erste Busteilnehmer 161 mit dem vierten Busteilnehmer 164 verbunden. Der vierte Busteilnehmer 164 ist seinerseits über ein viertes Leitungssegment 24 der Busleitung 10 mit einem fünften Busteilnehmer 165 und über ein fünftes Leitungssegment 25 der Busleitung 10 mit einem sechsten Busteilnehmer 166 verbunden. Das vierte und fünfte Leitungssegment 24, 25 weisen jeweils die gleiche Segmentlänge auf wie das erste und zweite Leitungssegment 21, 22.
Bei der dritten Ausführungsform des Bussystems 1 sind in dem ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Busteilnehmer 161, 162, 163, 164, 165, 166 jeweils Priorisierungsparameter 132 hinterlegt, die vom ersten Busteilnehmer 161 über den zweiten, dritten, vierten und fünften Busteilnehmer 162, 163, 164, 165 bis zum sechsten Busteilnehmer 166 einen höheren Wert aufweisen.
Bei der dritten Ausführungsform des Bussystems 1 messen sowohl der zweite und dritte Busteilnehmer 162, 163, als auch der fünfte und sechste Busteilnehmer 165, 166 jeweils mit den über das erste bzw. zweite Leitungssegment 21, 22, das dritte Leitungssegment 23 und das vierte bzw. fünfte Leitungssegment 24, 25 propagierenden Signalanteilen die maximale Leitungslänge. Bei dem Bussystem 1 gemäß der Spezifikation des CAN-Bus-Protokolls dürfen lediglich zwei Busabschlusseinrichtungen 120 an die Busleitung 10 angeschlossen werden, wobei die Busleitung 10 die Busteilnehmer 100 mit angeschalteten Busabschlusseinrichtungen 120 zudem über eine Verbindungsstrecke mit maximaler Leitungslänge verbinden muss. Daher muss bei der dritten Ausführungsform des Bussystems 1 die Busabschlusseinrichtung 120 entweder des zweiten oder des dritten Busteilnehmers 162, 163, sowie die Busabschlusseinrichtung 120 entweder des fünften oder des sechsten Busteilnehmers 165, 166 an die Busleitung 10 angeschlossen werden.
Das Festlegen 230 der Abschlussteilnehmer umfasst bei dem Verfahren zur automatischen Konfiguration des in 8 dargestellten Bussystems 1 ein automatisches Auswählen der Abschlussteilnehmer aus allen Busteilnehmern 100, welche die maximale Leitungslänge gemessen haben. Hierzu senden alle Busteilnehmer 100 des Bussystems 1 den Wert ihres Priorisierungsparameters an alle anderen Busteilnehmer 100, beispielsweise zusammen mit den von ihnen gemessenen Leitungslängen. Die Busteilnehmer 162, 163, 165, 166, welche die maximale Leitungslänge gemessen haben, vergleichen ihren Wert des Priorisierungsparameters 132 mit den Werten der übrigen Busteilnehmer 162, 163, 165, 166, die ebenfalls die maximale Leitungslänge gemessen haben. Derjenige Busteilnehmer 162, 163, 165, 166, dessen Wert des Priorisierungsparameters 132 eine vorgegebene Bedingung erfüllt, beispielsweise einen minimalen Wert aufweist, schaltet anschließend seine Busabschlusseinrichtung 120 an die Busleitung 10. Dies ist bei der dritten Ausführungsform des Bussystems 1 der zweite Busteilnehmer 162, da die Werte des Priorisierungsparameters bei der dritten Ausführungsform des Bussystems 1 vom ersten bis zum sechsten Busteilnehmer 161, 166 jeweils einen ansteigenden Wert aufweisen.
Anschließend messen alle übrigen Busteilnehmer 100, also zumindest der dritte, vierte und fünfte Busteilnehmer 163, 164, 165, erneut die Leitungslängen mittels einer Laufzeitmessung. Die Busteilnehmer 100 ermitteln dann die Anzahl der Signalanteile, mit denen sie die maximale Leitungslänge gemessen haben, beispielsweise indem sie die Amplituden der empfangenen Reflexionssignale messen und mit dem Signalpegel eines einzelnen Signalanteils vergleichen.
Nach Einschalten der Busabschlusseinrichtung 120 in dem zweiten Busteilnehmer 162 werden die von den Busteilnehmern 163, 165, 166 ausgesendeten Messsignale 30 lediglich an den noch nicht abgeschlossenen Leitungsenden 12 reflektiert. Der dritte Busteilnehmer 163 misst daher weiterhin mit zwei Signalanteilen die maximale Leitungslänge, wogegen der fünfte und sechste Busteilnehmer 165, 166 nur mehr mit jeweils einem Signalanteil die maximale Leitungslänge messen.
Diejenigen Busteilnehmer 100, bei denen sich die Anzahl der Signalanteile, mit denen die maximale Leitungslänge gemessen wird, nach dem Anschalten der Busabschlusseinrichtung 120 in dem zweiten Busteilnehmer 162 nicht verringert hat, also der zweite und dritte Busteilnehmer 162, 163, halten ihre Busabschlusseinrichtung 120 weiterhin getrennt von der Busleitung 10. Dagegen wird einer der Busteilnehmer 100, bei denen sich die Anzahl der die maximale Leitungslänge messenden Signalanteile nach dem Anschalten der Busabschlusseinrichtung 120 des zweiten Busteilnehmers 162 verringert hat, also entweder der fünfte oder sechste Busteilnehmer 165, 166, als weiterer Abschlussteilnehmer zur Anschaltung seiner Busabschlusseinrichtung 120 an die Busleitung 10 ausgewählt. Dabei wird derjenige Busteilnehmer 100 ausgewählt, dessen Priorisierungsparameter wiederum den niedrigsten Wert aufweist.
Bei dem in 8 dargestellten Bussystem 1 verringert sich bei dem dritten Busteilnehmer 163 die Anzahl der die maximale Leitungslänge messenden Signalanteile nach dem Anschalten der Busabschlusseinrichtung 120 des zweiten Busteilnehmers 162 nicht, so dass der dritte Busteilnehmer 163 seine Busabschlusseinrichtung 120 weiterhin von der Busleitung 10 getrennt hält. Dagegen verringert sich bei dem fünften und sechsten Busteilnehmer 165, 166 jeweils die Anzahl der die maximale Leitungslänge messenden Signalanteile. Nachdem der Priorisierungsparameter des fünften Busteilnehmers 165 geringwertiger als der Priorisierungsparameter des sechsten Busteilnehmers 166 ist, bestimmt das Abschlussbestimmungsmodul 150 des fünften Busteilnehmers 165 den fünften Busteilnehmer 165 als weiteren Abschlussteilnehmer 102 und schaltet, wie in 9 dargestellt ist, dessen Busabschlusseinrichtung 120 ebenfalls an die Busleitung 10 an.
Bei alternativen Ausführungsformen der in den vorangegangenen Figuren dargestellten Bussysteme 1 werden die Abschlussteilnehmer 102 durch das Abschlussbestimmungsmodul 150 eines Koordinierungsteilnehmers bestimmt, wobei der Koordinierungsteilnehmer anhand der Wertigkeit des Priorisierungsparameters aus den Busteilnehmern 100 ausgewählt wird, nämlich als der Busteilnehmer 100 mit dem niedrigstwertigen Priorisierungsparameter. Zur Auswahl des Koordinierungsteilnehmers übermitteln die einzelnen Busteilnehmer 100 ihre Priorisierungsparameter im Sonderbetriebsmodus über die Busleitung 10 an alle anderen Busteilnehmer 100 und der Busteilnehmer 100 mit dem niedrigstwertigen Priorisierungsparameter übernimmt die Rolle des Koordinierungsteilnehmers.
Die Busteilnehmer 100 übermitteln dann die von ihnen gemessenen Leitungslängen jeweils zumindest an den Koordinierungsteilnehmer, und das Abschlussbestimmungsmodul 150 des Koordinierungsteilnehmers legt die beiden Abschlussteilnehmer gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren 200 fest. Zum Anschalten der Busabschlusseinrichtungen 120 übermittelt das Abschlussbestimmungsmodul 150 des Koordinierungsteilnehmers über die Busleitung 10 jeweils eine Abschlussinformation im Sonderbetriebsmodus an die beiden Abschlussteilnehmer 102, welche daraufhin ihre Busabschlusseinrichtungen 120 an die Busleitung 10 anschalten.
Der Koordinierungsteilnehmer ist zudem dazu ausgebildet, das Messen der Leitungslängen durch die einzelnen Busteilnehmer 100 zu koordinieren, indem er den einzelnen Busteilnehmern 100 jeweils Messbefehle über die Busleitung 10 übermittelt. Dabei kann insbesondere sichergestellt werden, dass zur gleichen Zeit lediglich ein einzelner Busteilnehmer 100 eine Leitungslängenmessung auf der Busleitung 10 ausführt. Der Koordinierungsteilnehmer ist außerdem dazu ausgebildet, wie im Zusammenhang mit den 8 und 9 beschrieben, das Anschalten einer einzelnen Busabschlusseinrichtung 120 durch einen der Busteilnehmer 100 und das erneute Messen der Leitungslängen durch die übrigen Busteilnehmer 100 zu koordinieren, falls einzelne Busteilnehmer 100 zunächst mit mehr als einem Signalanteil die maximale Leitungslänge messen.
Bezugszeichenliste

1: Bussystem
10: Busleitung
11: Leiter
12: Leitungsende
21: erstes Leitungssegment
22: zweite Leitungssegment
23: drittes Leitungssegment
24: viertes Leitungssegment
25: fünftes Leitungssegment
30: Messsignal
31: erster Signalanteil
32: zweiter Signalanteil
100: Busteilnehmer
102: Abschlussteilnehmer
110: Messeinrichtung
115: Impedanzbestimmungseinrichtung
120: Busabschlusseinrichtung
122: Schalteinrichtung
124: Abschlusswiderstand
130: Steuereinheit
132: Priorisierungsparameter
140: Busanschaltung
150: Abschlussbestimmungsmodul
161: erster Busteilnehmer
162: zweiter Busteilnehmer
163: dritter Busteilnehmer
164: vierter Busteilnehmer
165: fünfter Busteilnehmer
166: sechster Busteilnehmer
200: Verfahren
202: Schalten in hochohmigen Zustand
205: Messen der Impedanz
207: Vergleichen der gemessenen Impedanz mit vorgegebener Impedanz
210: Messen von Leitungslängen
212: Aussenden eines Messsignals
214: Empfangen reflektierter Messsignale
215: Bestimmen einer Laufzeit
220: Aktivieren eines Sonderbetriebsmodus
225: Kommunikation der Leitungslängen
230: Festlegen zweier Abschlussteilnehmer
232: Vergleich von Leitungslängen
240: Anschalten von Busabschlusseinrichtungen
250: Verbinden mit Datenbus
255: Versetzen in Normalbetriebsmodus
260: Initialisierung und Betrieb

Claims

Verfahren (200) zur automatischen Konfiguration eines Bussystems (1) mit mehreren an eine Busleitung (10) angeschlossenen Busteilnehmern (100), umfassend die folgenden Schritte: - Messen (210) von Leitungslängen zu Leitungsenden (12) der Busleitung (10) durch die Busteilnehmer (100); - Verwenden der gemessenen Leitungslängen zum Festlegen (230) von zwei Busteilnehmern (100) als Abschlussteilnehmer (102), welche an Leitungsenden (12) der Busleitung (10) angeordnet und durch die Busleitung (10) über eine Verbindungsstrecke mit einer maximalen Leitungslänge verbunden sind; - selbsttätiges Anschalten (240) von Busabschlusseinrichtungen (120) an die Busleitung (10) in den Abschlussteilnehmern (102) mittels Steuereinheiten (130) der Abschlussteilnehmer (102).
Verfahren (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Busteilnehmer (100) die Leitungslängen zu den Leitungsenden (12) jeweils mittels einer Laufzeitmessung eines durch den jeweiligen Busteilnehmer (100) auf der Busleitung (10) ausgesendeten Messsignals (30) messen.
Verfahren (200) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungslängen zu den Leitungsenden (12) jeweils aus Laufzeiten von an den einzelnen Leitungsenden (12) reflektierten Signalkomponenten (31, 32) des Messsignals (30) bestimmt werden.
Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Busteilnehmer (100) zum Festlegen (230) der Abschlussteilnehmer (102) die von ihnen gemessenen Leitungslängen über die Busleitung (10) kommunizieren (225).
Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Busteilnehmer (100) während des Festlegens (230) der Abschlussteilnehmer (102) in einem Sonderbetriebsmodus untereinander kommunizieren, und dass der Sonderbetriebsmodus ohne die an die Busleitung (10) angeschlossenen Busabschlusseinrichtungen (120) durchgeführt wird.
Verfahren (200) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kommunikation über die Busleitung (10) im Sonderbetriebsmodus mit einer geringeren Datenrate durchgeführt wird als in einem Normalbetriebsmodus mit angeschlossenen Busabschlusseinrichtungen (120).
Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussteilnehmer (102) von einem Koordinierungsteilnehmer festgelegt werden, und dass der Koordinierungsteilnehmer das Anschalten der Busabschlusseinrichtungen (120) in den Abschlussteilnehmern (102) durch ein Aussenden mindestens einer Abschlussinformation über die Busleitung (10) veranlasst.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Busteilnehmer (100) ihre Rolle als Abschlussteilnehmer (102) eigenständig festlegen, beispielsweise anhand eines Vergleichs von selbst gemessenen Leitungslängen mit durch die übrigen Busteilnehmer (100) gemessenen Leitungslängen.
Verfahren (200) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Busteilnehmer (100) ihre Rolle als Abschlussteilnehmer (102) anhand eines Priorisierungsparameters (132) festlegen, falls mehr als eine Verbindungsstrecke mit maximaler Leitungslänge gemessen wurde.
Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem (1) ein serieller Datenbus, beispielsweise ein CAN-Bus ist.
Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (200) umfasst: - Messen (205) der Impedanz der Busleitung (10) in jedem Busteilnehmer (100) vor dem Messen (210) der Leitungslängen, - Vergleichen (207) der gemessenen Impedanz mit einer vorgegebenen Impedanz in jedem Busteilnehmer (100); und dass das Messen (210) der Leitungslängen in den einzelnen Busteilnehmern (100) nur ausgeführt wird, wenn die jeweilige gemessene Impedanz eine vorgegebene Impedanz überschreitet, beispielsweise um einen vorgegebenen Schwellenwert.
Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Busteilnehmer (100) das Messen (210) der Leitungslängen durchführen, während Busanschaltungen (140) der Busteilnehmer (100) hochohmig geschaltet sind.
Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (200) umfasst: - Verbinden (250) von Busanschaltungen (140) der einzelnen Busteilnehmer (100) mit der Busleitung (10) nach dem Anschalten (240) der Busabschlusseinrichtungen (120), - Initialisierung und Betrieb (260) des Datenbusses.
Bussystem (1) mit mehreren an eine Busleitung (10) angeschlossenen Busteilnehmern (100) und einer Abschlussbestimmungseinrichtung, wobei die einzelnen Busteilnehmer (100) jeweils Busabschlusseinrichtungen (120) zum impedanzangepassten Abschluss der Busleitung (10) aufweisen, wobei die einzelnen Busteilnehmer (100) jeweils Messeinrichtungen (110) aufweisen, die dazu ausgebildet sind, Leitungslängen zu Leitungsenden (12) der Busleitung (10) zu messen, wobei die Abschlussbestimmungseinrichtung dazu ausgebildet ist, unter Verwendung der gemessenen Leitungslängen zwei Busteilnehmer (100) als Abschlussteilnehmer (102) festzulegen, welche an Leitungsenden (12) der Busleitung (10) angeordnet sind und durch die Busleitung (10) über eine Verbindungsstrecke mit einer maximalen Leitungslänge verbunden sind, wobei die einzelnen Busteilnehmer (100) jeweils Steuereinheiten (130) aufweisen, die dazu ausgebildet sind, die Busabschlusseinrichtung (120) des jeweiligen Busteilnehmers (102) selbsttätig an die Busleitung (10) anzuschalten, falls der betreffende Busteilnehmer (100) durch die Abschlussbestimmungseinrichtung als ein Abschlussteilnehmer (102) festgelegt wurde.
Busteilnehmer (100) für ein Bussystem (1) mit einer Messeinrichtung (110), die dazu ausgebildet ist, Leitungslängen zu allen Leitungsenden (12) der Busleitung (10) zu messen, einer Busabschlusseinrichtung (120) zum impedanzangepassten Abschluss der Busleitung (10), und einer Steuereinheit (130), die dazu ausgebildet ist, die Busabschlusseinrichtung (120) selbsttätig an die Busleitung (10) anzuschalten, falls der Busteilnehmer (100) als ein Abschlussteilnehmer (102) festgelegt wurde.