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Schaltungsanordnung zur Verkehrserfassung in einem Nae'n-
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richtennetz Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Er
sung des Verkehrs auf Kanälen eines Nachrichtennetzes trilttels Sensoren, wie im
Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben.
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In postalischen Nachrichtennetzen besteht insbesondere für festgeschaltete
vermietete Leitungen die Notwendigkeit, den Fernsprech- bzw. Datenverkehr zu erfassen
und seine Dauer zu messen.
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Die Sensoren sind zu sogenannten Einsätzen zusammengefaßt.
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In jedem Einsatz werden die Sensoren iur Verkehrserfassung zyklisch
in einem vorgegebenen Zeitraster nacheinander abgefragt, ob sie Verkehr anzeigen.
Der Sensorausgang zeigt eine binäre 1 bei Verkehr und eine binäre 0 bei Nich-tverkehr.
Der Sensoreinsatz gibt an seinem Ausgan0 die gemuitiplexten Sensorsignale als einen
seriellen Datenstrom ab.
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Für die nachfolgende Verarbeitung der von den Sensoreinsätzen gelieferten
Datenströme liegt es nahe, eine Parallelverarbeitung vqrzunehmen. Das parallele
Verarbeiten von n parallelen Datenströmen, die von n Sensoreinsätzen erzeugt werden,
führt zu einem Aufwand von n Verarbeitungseinheiten und n Speichereinheiten. Dabei
müssen in jedem Dateflstrom zyklisch ebensoviele Verkehrsin forma tionen in Gestalt
von 'Sensorsignalen .seriell übertragen werden, wie Sensoren in einer Sensoreinheit
vorhanden sind. Jede Verkehrsinformation muß unter Realzeitbedingungen aufaddiert
werden und ist z.B. über einen Fernsschreiber ausdruckbar.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, den technischen Aufwand für die Verarbeitung
der von den Sensoreinsätzen gelieferten gemultiplexten Sensorsignale zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Schaltungsanordnung mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken werden im folgenden anhand
eines konkreten Beispiels erläutert: Die Schaltungsanordnung in der vorliegenden
Form besteht aus zwei Grundsystem-Einheiten: a) Sensoren, die als Erfassungsorgane
die Verlcehrsinformation aufnehmen, b) lokaler Zwischenspeicher, der die Verkehrsinformationen
entgegennimmt, sie aufbereitet und beispielsweise über Fernschreiber oder Bediengerät
ausgibt.
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Sensoren und lokaler Zwischenspeicher können entweder direkt oder
über übertragungseinrichtungen miteinander verbunden sein.
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An einen Zwischenspeicher seien acht Sensoreinsätze angeschlossen,
wobei
jeder Sensoreinsatz mit maximal 64' Sensoren bestückt sei. Damit ist ein Zwischenspeicher
in der Lage, Verkehrsinformationen von 8 x 64 = 512 Kanälen, z. B.
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Standleitungen, zu verarbeiten.
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Damit im Fehlerfalle möglichst keine Verkehrsinfornaticn verloren
geht, ist ein Zwischenspeicher-Rirsatz mit zwei identischen, aber voneinander unabhängigen
Zwischenspei chern ausgestattet. Eine Kopplung der Zwischenspeicher ist lediglich
an folgenden Punkten vorhanden: a) Einspeisung der Verkehrsinformation, b) Einspeisung
von Tarifumschaltsignalen, c) Fernschreiberanschluß bzw. Bediengeräteanschluß.
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Die Kopplung der beiden Zwischenspeicher über den Fern schreiberanschluß
bzw. über den Bediengeräteanschluß ist notwendig, um beide Zwischenspeicher zum
selben Zeitpunkt normieren-zu können. Dies ist Voraussetzung dafür, daß die Verkehrserfassung
in beiden Zwischenspeichern synchron abläuft.
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Jeder den beiden Zwischens'peicher ist so konzipiert, daß drei Baugruppen
(z.B. Microeomputer) üb'er einen Bus -miteinander verbunden sind. Dadurch ist es
möglich, mit'hoher Flexibilität eine Arbeitsteilung vorzunehmen und die verteilten
Aufgaben parallel (gleichzeitig) zu bearbeiten.-Die Zeichnung läßt im einzelnen
folgende Zuordnung von Aufgaben und Baugruppen erkennen, wobei in der oberen Hälfte
der Zeichnung der erste und darunter der zweite (identisch-e) Zwischenspeicher dargestellt
ist.
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- Serieller Empfänger E: Diese Baugruppe empfängt auf 8 seriellen
Sensorsignalkanälen jeweils über eine übertragungseinrichtung UEB1, UEB8. die Sensorsignale
(Verkehrsdaten) von je 64 Sensoren, überprüft diese Sensorsignale auf formelle Richtigkeit
und stellt sie in einem übergabepuffer für die Weiterverarbeitung bereit.
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- Steuereinheit S: Diese Baugruppe holt die bereitgestellten Verkehrsdaten
aus dem übergabepuffer des Empfängers E ab, sammelt (addiert) die Verkehrswerte
pro Sensor, berücksichtigt dabei die Zuordnung zu den vorgegebenen Tarifzonen und
speichert sie in einem Ausgangsspeicher ab.
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Zusätzlich zu diesen Funktionen verwaltet die steuereinheit S den
Systembus PMB und steuert den Signalaustausch der Busteilnehmer-Baugruppen E, S,
A.
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- Ausgabeeinheit A: Diese Baugruppe übernimmt die Ausgabe der Verkehrsdaten
über Fernschreiber oder Bediengeräte. Weiterhin berechnet sie mit Hilfe der Signale
einer Tarifumschalteinrichtung die aktuelle Tarifzone und stellt sie in Gestalt
von Tarifsignalen der Steuereinheit S zur Verfügung. Bei Ausfall eines der beiden
Zwischenspeicher gibt die jeweilige Ausgabeeinheit A mit Hilf'e einer integrierten
Alarmsteuereinrichtung eine Alarmmeldung über eine unten beschriebene Anpaß-Baugruppe
AP ab.
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Zur Komplettierung dieser Schaltungsanordnung sind noch folgende zusätzlichen
Baugruppen vorhanden:
- Speicher-Baugruppe SB: Die Speicher-Baugruppe
stellt die Erweiterung des Ausgargs speichers dar und hat eine Speicherkapazität
von 16 kByte.
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Sie kann die Verkehrswerte von 512 Sensoren für einen Zeitraum von
etwa 6 Tagen zwischenspeichern.
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- Batterie-Baugruppe BAT: Sie ist als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme
für die Pufferung der Speicher-Baugruppe oB eingesetzt und kann diese für ca. 10
Tage mit Strom versorgen.
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- Anpaß-Baugruppe AP: Diese Baugruppe AP stellt die Interface-Schaltkreise
zur Verfügung, um den Pegel der Tarifumschaltsignale an den Pegel der Ausgabeeinheit
A anzupassen. Zusätzlich werden die acht Übertragungseinrichtungen UEB über die
Anpaß-Baugruppe AP mit Strom versorgt. Jeweils 4 Ubertragungseinrichtungen UEB werden
von einer von zwei Stromversorgungseinrichtungen in der Anpaß-Baugruppe gespeist:
jedoch werden bei Ausfall einer Stromversorgungseinrichtung die entsprechenden 4
Übertragungseinrichtungen UEB auf die andere Stromversorgungseinrichtung automatisch
umgeschaitet.
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- Spannungswandler SW: Er erzeugt aus einer Batteriespannung von 24
V/-60 V (Nennwerte) die systeminternen Spannungen. Mit Hilfe einer Überwachungseinrichtung
stellt er fest, wann Unterspannung vorliegt und passiviert in einem solchen Falle
die Baugruppen, die zweckmäßigerweise durch Microcomputer realisiert sind, 64 Sensoren
sind über einen Sensorsignalkanal mit einen Zwischenspeicher verbunden, der insgesamt
8 Sensorsignalkanäle bearbeiten kann.
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Ein Sensoreinsatz, der 64 Sensoren aufnehmen kann, multiplext die
Signalströme der 64 Sensoren zu einem gemeinsamen Signalstrom. Dieser weist eine
übertr-agungsgeschwindigkeit von 2400 bit/sec auf und ist in Blöcke von 10 x 8 bit
= 80 bit gegliedert, wobei am Anfang ein Synchronisierungsbyte und am Ende eine
Pausenbyte ausgesendet wird; Bei jedem Byte wird das Bit mit der Wertigkeit 20 zuerst
übertragen.
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Jeder Sensor tastet den Pegel eines Kanals (Standleitung) dreimal
pro 200 ms ab, das heißt, für einen Abtastzyklus werden 200/3 ms benötigt. Innerhalb
eines Abtastzyklus von 200/3 ms müssen alle Datenbits der 64 Sensoren, ein Synchronisierungsbyte
und ein Pausenbyte übertragen werden.
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Funktion: Die..folgende Funktionsbeschrei-bung soll einen überblick
über die Funktionsabläufe des Zwichnspeichers bei der Verkehrserfassung geben.
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Empfangen eines Sensorsignal-Blocks durch den Empfänger E: Ein.Sensorsignalblock
besteht aus 64 Datenbits = 8 Datenbytes, einem Synchronisierungsbyte und einem Pausenbyte.
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Die Verkehrsinformationen von 64 Sensoren werden zu einem Sensorsignal-Block
zusammengefaßt und in serieller Form zu den beiden Zwischenspeichern übertragen.
Die Baugruppe E kann 8 Sensorsignalkanäle gleichzeitig bedienen - in anderen Worten,
es können gleichzeitig 8 Sensorsignal-Blöcke empfangen werden, wobei jeder von einem
anderen Sensoreinsatz ausgesendet wird. Da der Funktionsablauf für jeden Sensorsignalkanal
identisch ist, wird im folgenden immer nur auf einen Kanal eingegangen. Pro Sensorsignalkanal
stellt die Baugruppe E einen -.mpfängerbaustein
bereit, einen
Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter (USART). Dieser wird entweder
von einem Sensoreinsatz direkt oder aber über eine Übertragungseinrichtung UEB mit
dem Bit-Takt versorgt, so daß auf diese Weise der Bitsynchronismus gewährleistet
ist.
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Um den Anfang eines Sensorsignalblocks zu finden, d.h.
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um den Bytesynchronismus herzustellen, wird der Empfangerbaustein
USART durch die Baugruppe E in den-Such-Modus (huntmode) geschaltet. In diesem Zustand
vergleicht er fortlaufend eine Folge ron 8 empfangenen Bits mit dem Synchronisierungsbyte.
Wird das Synchronisierungsbyte erkannt, beendet der Empfängerbaustein USART den
Such-Modus und geht in den Empfangs-Modus über. In diesem Modus faßt der Empfängerbaustein
USART 8 aufeinanderfolgende Bits zu einem Byte zusammen und übergibt dies als Datenbyte
der Baugruppe E. Nach dem Empfang von 8 Datenbytes beendet die Baugruppe E den Empfangs-Modus,
und schaltet den Empfängerbaustein USART während der Übertragung des Pausenbytes
wiede'r in den Such-Modus. Nach dem Empfang von 8 Datenbytes eines Sensorsignal-Blocks
und der vorütergehenden Speicherung in einem übergabepuffer gibt die Baugruppe E
ein Anforderungssignal über den Bus ab, das auf der Baugruppe S eine Arbeitsablauf-Unterbrechung
(Interrupt) auslöst.
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Verarbeitung der Signale aus dem Übergabepuffer durch die Steuereinheit
S: Als Folge des durch en Empfänger E ausgelösten Interrupts übernimmt die Steuereinheit
S in einem direkten Speicherzugriff (DMA) die 8 Datenbytes zusammen mit einem Kennbyte
und legt sie in einem Puffer ab. Aus der USART-Nummer, aus der Nummer des Bits eines
Sensorsignal-Blocks und aus der Nummer der Tarifzone wird die Adresse des jeweiligen
Zählers errechnet, der in der Steuereinheit dem jeweiligen Sensor zugeordnet ist.
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Die Zähler sind durch Speicherzellen auf der Speicher-Baugruppe SB
realisiert. Eine Speicherzelle hat die Größe von 3 Byte. Immer wenn das entsprechende
Datenbit eine "1" enthält, wird die Zähleradresse berechnet und der Speicherinhalt
um die Einheit eins inkrementiert. Der Zählerstand kann maximal den Wert 2 3 - 1
= 2 - 1 annehmen. Da eine Zähleinheit einem Zeitabschnitt von 200/3 md entspricht,
24 kann eine maximale Verkehrszeit von (224 - 1) . 200/3 ms aufsummiert werden,
entsprechend der Dauer von etwa 13 Tagen.
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Die für die Adressenrechnung benötigte Tarifzonen-Nummer wird durch
die Baugruppe A ermittelt.
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Ausgabe der Verkehrswerte mit Hilfe der Ausgabeeinheit A: Auf der
Baugruppe A befindet sich die Schnittstelle für den Anschluß eines Fernschreibers
oder eines Bediengerätes. Aus' der Korrespondenz mit dem Fernschreiber bzw. Bediengerät
ermittelt die Ausgabeeinheit A das Kriterium für einen Ausdruckvorgang. Bei dem
routinemäßigen Abfragen der Ausgabeeinheit'A durch die Steuereinheit wird dieser
das Ausdruckkriterium übermittelt. Daraufhin dupliziert sie auf der Speicher-Baugruppe
SB den für den Ausdruck relevanten, Speicherbereich. Dieser Speicherbereich enthält
alle Zählerstände, die einem Sensoreinsatz und damit 64 Sensoren zugeordnet sind.
Die duplizierten Zählerstände eines Sensoreinsatzes werden über einen direkten Speicherzugriff
von der Steuereinheit S in einen RAM-Speicher der Ausgabeeinheit A geschrieben.
Von dort übernimmt die Baugruppe A die Verkehrsdaten, bringt sie in die geeignete
Darstellungsform und sendet sie zusammen mit Zusatzinformationen in serieller Form
zum Fernschreiber oder Bediengerät. Dem Bediengerät werden die auszugebenden Zeichen
im ASCII-Code angeboten. Für die Ausgabe über den Fernschreiber werden die Zeichen
vom ASCII-Code in das Fernschreibalphabet Nr.5 umgewandelt. Mit Hilfe der Schnittstellenleitungen
der V.24/V.28-Schnittstelle identifiziert die Baugruppe A,
ob ein
Fernschreiber- oder ein Bediengerät angeschlossen ist.
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Der Fernschreiber wird über einen Adapter an die V.241/V.28-Schnittstelle
der Ausgabeeinheit A angeschlossen. Der Adapter überführt die V.24/V.28-Schnittstelle
in die Liniestromschnittstelle und die Linienstromschnittstelle in die V. 24/V.
28-Schnittstelle.
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Bestimmung der Tarifzonen mit der Ausgabeeinheit A: Auf der. Baugruppe
A ist eine Uhrenfunkt.ion installiert.
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Der Minutentakt der Tarifumschaltsignale schaltet die Uhr im Minutenrhythmus
weiter, rend mit Hilfe der Leitungen, die einem Tarif zugeordnet sind, die Uhr synchronisiert
wird. Bei jedem Weitertakten der Uhr wird die Istzeit verglichen mit vorgegebenen
Zeitmarken, welche die Grenzen der Tarifzonen darstellen. Wird eine vorgegebene
Zeitmarke erreicht, wird die zugehörige Nummer der Tarifzone von der Baugruppe A
an die Baugruppe S übermittelt und dort als die z.Zeit gültige Tarifzone gewertet.
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Alarmierung und Fehlermeldung mit Hilfe der Ausgabeeinheit A,und der
Steuereinheit S: Jeder der beiden Zwischenspeicher eines'Zwischenspeicher-Einsatzes
nach der Zeichnung weist seine eigene Alarmierung und Fehlersignalisierung auf.
Die Baugruppe A erzeugt dann eine Alarmmeldung, wenn die Versorgungsspannung ausfällt
oder wenn eine Totmannüberwachung anspricht. Die letztere ist eine Zeit-Überwachungseinrichtung,
die im ordnungsgemässen Betrieb periodisch angestoßen wird Fehlt der Anstoß, läuft
die Überwachungszeit ab, und es wird ein automatischer Resetvorgang (Neustart) ausgelöst.
Die Zahl der Resetvorgänge innerhalb einer Zeitspanne wird zusätzlich durch die
Totmannüberwachung überwacht.. Gibt sie einen
Alarm ab, heißt dies,
daß das System zu oft normiert werden muß und daß ein normaler Funktionsablauf nicht
mehr garantiert ist.