DE3782494T2

DE3782494T2 - Intelligente steuer- und sensorvorrichtungen fuer einzelleiteranschlussleitungmultiplexsystem.

Info

Publication number: DE3782494T2
Application number: DE8787117537T
Authority: DE
Inventors: Frederick O R Miesterfeld; Thomas R Wroblewski
Original assignee: Chrysler Corp
Current assignee: Old Carco LLC
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1987-11-24
Publication date: 1993-05-13
Anticipated expiration: 2007-11-25
Also published as: JPS63240451A; US4736367A; EP0277302B1; DE3782494D1; EP0277302A1; CA1331646C; JP2597864B2

Description

Die Erfindung betrifft multiplexe Anordnungen zum Ansteuern und Abfragen des Zustands von Schalteinrichtungen, die an einen Einzeldrahtbus angeschlossen sind, und insbesondere in einer bevorzugten Ausführung Systeme zum Steuern der Betriebsweise von Relaisschaltungen und zusätzlich zum Erfassen des Zustands einer Reihe von intelligenten Sensoren, die einzeln an eine Reihe von Einrichtungen zum Anzeigen, Umwandeln und Schalten angeschlossen sind, die in einem Fahrzeug verteilt angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Merkmal des Überwachens von Schaltzuständen ist ähnlich dem im US-Patent 4 677 308 (veröffentlicht am 30.6.1987, deshalb kein Stand der Technik gemäß Art. 54(2) EPC) erläuterten System.
Ein Fahrzeug-Multiplexsystem mit einem einzigen Leiterbus für Steuersignale ist im US-Patent 4 370 561 erläutert. Dabei wird eine Wellenform mit drei Zuständen in einer Multiplex-Zeiteinheit erzeugt. Mehrere Übertrager und Empfänger sind an einen Bus mit einem einzigen Leiter angeschlossen. Jeder Übertrager ist mit einem zugehörigen Empfänger paarweise vorgesehen. Soll ein Steuersignal zum Empfänger übertragen werden, so muß ein physischer Befehl dem Transmitter zugeführt werden. Der Empfänger empfängt das übertragene Signal und antwortet mit dem Anschluß von elektrischer Leistung aus einem eigenen Leistungsleiter an eine leistungsbetriebene Einheit in einer bestimmten Zeit eines Intervallkanals, der zu dem betreffenden Empfänger gehört. Ein derartiges System vermittelt eine Fernsteuerung von leistungsbetriebenen Einheiten, doch liefert es keine Information über den Betriebszustand der Übertrager, Empfänger und Einheiten.
Ein anderes Multiplexsystem mit einem einzigen Leiter ist in US-Patent 4 463 341 erläutert. Dort wird ein einzelner Leiterbus sowohl zum Übertragen von Leistung sowie von Steuerfunktionen verwendet. Mehrere Übertrager sind an den Bus angeschlossen und erhalten Leistung aus dem Bus und liefern Steuersignale an den Bus. Mehrere Empfänger sind an den Bus angeschlossen und erhalten Leistungs- und Steuersignale vom Bus. Jeder Empfänger ist abgestimmt, um auf ein bestimmtes Steuersignal von einem einzigen Übertrager anzusprechen. Nach Empfang der entsprechenden Steuersignale übertragen die Empfänger Leistung vom Bus zu verschiedenen Verbrauchern. Das System erfordert, daß jeder Übertrager ein besonderes Steuersignal auf den Bus überträgt, das von dem zugehörigen Empfänger abgetastet wird. Auch hier werden die Steuersignale ausschließlich zum Ansteuern von Schaltungen in einem Empfänger benutzt, der Schaltungen zum Zuführen von Energie zu einem Verbraucher aufweist. Keine Vorkehrungen sind getroffen, um den Zustand der Übertrager, Empfänger und Verbraucher zu überwachen. US-Patent 3 965 366 erläutert ein Multiplexsystem mit zeitlicher Unterteilung. Derartige Systeme vermischen mehrere Ströme von niedrigen Bitmengen in ein zusammengesetztes Signal für die Übertragung auf einen Datenkanal mit der Kapazität für größere Bitmengen.
Die Erfindung richtet sich auf ein neues Multiplexsystem für intelligente Steuerelemente und intelligente Sensoren. Die intelligenten Steuerelemente werden benutzt, um Verbraucher wie Motoren und Relais ferngesteuert zu betätigen. Die intelligenten Sensoren werden benutzt, um die Betriebsweise der Schalter fernzuüberwachen, d. h. ob der Schalter offen oder geschlossen ist. Ferner vermittelt das System eine Information über die Steuerelemente und Sensoren.
Das System weist ferner eine Anzeige auf, die eine visuelle Anzeige des Zustands der von den Steuerelementen gesteuerten und Sensoren überwachten Einrichtungen auf, ferner eine computergesteuerte Ansteuer- und Empfangsschaltung, einen Bus mit einem einzigen Draht und intelligente Steuerelemente und Sensoren.
Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein Übersichtsschalterbild eines Multiplexsystems mit intelligenten Steuerelementen und Sensoren,
Fig. 2 eine Wellenform eines erfindungsgemäßen Rechteckwellenimpulszuges mit abgestufter Spannung,
Fig. 3 ein Schaltbild einer computergesteuerten Ansteuer- und Empfangsschaltung gemäß der Erfindung nebst Anschluß an einen Einzeldrahtbus,
Fig. 3A eine Darstellung der Wellenformen für drei Abfragezyklen,
Fig. 4 ein Schaltbild eines an den Einzeldrahtbus der Fig. 1 angeschlossenen intelligenten Steuerelementes,
Fig. 5 ein Schaltbild eines an den Einzeldrahtbus der Fig. 1 angeschlossenen intelligenten Schaltersensors und
Fig. 6, 6A und 6B Flußdiagramme des Computerprogramms zur Steuerung des Multiplexsystems.
Von den Fig. 1 bis 5 der Zeichnung ist Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Multiplexsystems 10. Eine computergesteuerte Ansteuer- und Empfangsschaltung 11 liefert Spannungssignale in der Form des Impulszuges mit versetzten Spannungen gemaß Fig. 2 über einen Bus 12 zu mehreren Steuerelementen 14 und Sensoren 16. Die Steuerelemente dienen zum Betätigen von Verbrauchern wie Motoren 15, und die Sensoren dienen zum Überwachen von Einrichtungen wie Schaltern 17. Die Steuerelemente und intelligenten Sensoren werden wiederholt aufeinanderfolgend in multiplexer Betriebsweise mit dem Bus verbunden, empfangen Steuerspannungen von der Schaltung 11 und liefern Stromsignale zurück zur Schaltung 11. Die Stromsignale werden in Spannungssignale umgewandelt und vom Computer gelesen. Der Computer liefert dann Signale zur Anzeige 56, die den neuesten Stand der Schaltermotoren, der Sensoren und Kontrollelemente zur Anzeige bringt.
Die computergesteuerte Ansteuer- und Empfangsschaltung 11 in Fig. 3 besteht aus einem Mikrocomputer 20 (MCU) und einer Ansteuer-Empfangsschaltung 18 (DIR), die den in Fig. 2 dargestellten Impulszug 58 mit versetzten Rechteckwellenformen liefert. DIR und MCU sind in einem nicht dargestellten Instrumentenabteil eines Fahrzeugs untergebracht. Die Spannung einer 12 V-Batterie wird dem DIR 18 zugeführt, ein 5 V- Regler 22 in der Schaltung 11 liefert eine präzise Ausgangsspannung (z. B. 5 V +/- 2,5 %). Diese geregelte Gleichspannung speist auch den MCU 20 und andere Schaltungen in der Schaltung 18, die 5 V erfordern. Der Regler 22 liefert auch nach einer von außen programmierten Verzögerung eine 5 V-Gleichspannung zum Rückstellen des MCU 20 während der Leistungsphase. Das 5 V-Signal liegt auch am Rückstellanschluß des MCU 20 an und wird verzögert, so daß die Schaltung 18 voll betriebsfähig ist, bevor sie vom MCU angesteuert wird. Der Kondensator 24 sorgt für eine von außen programmierte Verzögerungsfunktion, hält die Ausgangsspannung des Reglers 22 für einen Zeitbruchteil (z. B. 20 MS) LOW und verzögert das Starten des MCU 20. Nach dem Verzögern schaltet die Rückstellung auf HIGH, und der MCU 20 startet die Ausführung des im ROM-Speicher des MCU 20 gespeicherten Programms.
Der MCU 20 ist eine single chip 8-bit-Einheit, beispielsweise Motorola ML 68701 microcomputer chip mit CPU, on-chip clock, ROM, RAM, I/O-Leitungen und Timer. Der on-chip clock wird von einem externen Oszillator 26 gesteuert, wobei der Kanal 3 Eingangs-/Ausgangsleitungen P30/31 aufweist.
Ist das System 10 eingeschaltet und nach der Einleitungsroutine der Speicher im MCU 20 und entsprechend im Hauptprogramm, werden P30 und P31 der MCU 20 HIGH programmiert. Die "1" und "3" Eingänge der Transistorschaltungen DIR 18 empfangen die HIGH-Signale. Der NPN-Transistor 28 wird so vorgespannt, daß er einschaltet, während der PNP-Transistor 32 sperrt. Die zugehörigen Schaltungen des Transistors 32 werden zu dieser Zeit nicht benutzt. Sobald der NPN-Transistor 34 eingeschaltet ist, gelangt Kollektorspannung zu einem Spannungsteil mit den Widerständen 36 und 38 zwischen dem Kollektor des Transistors 34 und Masse. Etwa zwei Drittel der Kollektorspannung wird am Anschluß "T" abgenommen und liegt am nicht-invertierenden Eingang einer Spannungsfolgeschaltung 44. Diese aktiviert den Bus 12. Mit Bezug auf die Wellenform der Fig. 2 bildet diese Tätigkeit auch die führende Flanke im ersten positiven Halbzyklus P des Impulszugs zum Abfragen der intelligenten Einrichtung A. Die Führungsflanke des Wellenzuges von der Schaltung 44 am Bus 12 springt von 0 auf 9 V bzw. zum Pegel M.
Um zu veranlassen, daß der negative Halbzyklus N des Impulszuges auf 7 V abfällt, wird P30 der MCU 20 in Fig. 3 HIGH programmiert und P31 LOW programmiert. Die "1" und "2" Eingänge der Transistorschaltungen empfangen HIGH, und der "3" Eingang empfängt LOW. Da der PNP-Transistor 30 gesperrt ist, haben seine zugehörigen Schaltungen keine Wirkung auf die Spannung am Anschluß "P". Die "1" und "3" Eingangsschaltungen beeinflussen die Spannung am Anschluß "D".
Die "1" Eingangsschaltungen liefern wie zuvor 9 V am Anschluß P. Da jedoch bei eingeschaltetem Transistor 32 und eingeschaltetem NPN-Transistor 42, der Wiederstand 46 parallel mit dem Widerstand 38 zwischen dem Anschluß "T" und Masse liegt, wird die Spannung am Anschluß "T" wie gezeigt weiter geteilt und fällt auf etwa 7 V. Somit fällt die Vorderkante des negativen Halbzyklus der Spannung für die Einrichtung A in Fig. 2 von 9 V auf 7 V bzw. auf den Pegel "S".
Die Spannung an der Vorderkante im nächsten Halbzyklus P, d. h. der Zyklus für die intelligente Einrichtung "B" steigt von 7 V auf 9 V und wird durch Programmieren eines HIGH- Signals auf P30 und P31 der Figur veranlaßt. Die "1" Eingangsschaltung arbeitet wie bereits erwähnt, um 9 V zu erzeugen.
Um die Spannungsänderung von 9 V auf 5 V für den "N" Halbzyklus für die intelligente Einrichtung B im Impulszug der Fig. 2 zu bewirken, wird P30 der MCU 20 in Fig. 3 LOW programmiert, aber P31 wird HIGH programmiert. Die "1" Eingangsschaltungen werden nun von dem HIGH-Signal auf P31 aktiviert und von der Diodenreaktion der Sperrdioden 48 und 50. Während der PNP-Transistor 30 von dem LOW-Signal auf dem "2" Eingang eingeschaltet wird, wird auch der NPN-Transistor 40 eingeschaltet, um den Widerstand 52 parallel zum Widerstand 38 zu schalten, wodurch die Spannung von 9 V auf 5 V am Anschluß "T" sinkt bzw. auf den Pegel C. Somit kann über die den drei Eingängen "1", "2" und "3" zugehörigen Schaltungen der MCU 20 Spannungssignale auf den Bus 12 geben, die Leistung liefern sowie Spannungssignale für die intelligenten Steuerelemente und Schaltersensoren, die an den Bus 12 angeschlossen sind. Der Ausgang der Spannungsfolgeschaltung 44 ist mit dem Bus 12 über einen Widerstand 52 verbunden. Der Widerstand 52 ist an einen Differentialverstärker 54 angeschlossen, der als Strom-/ Spannungswandler von Stromsignalen dienst, die von Verbrauchern am Bus 12 herrühren. Die konvertierten Signale liefern Informationen über den Zustand der Steuerelemente und Sensoren sowie über außergewöhnliche Busströme zurück zum MCU 20 über einen A/D-Wandler 55. Der Ausgang des Wandlers 55, nämlich ein 8 Bit-Wortsignal wird in P20 bis P27 der MCU 20 eingespeist.
Wie bereits erwähnt, ist der Bus 12 eine Einzeldrahtverbindung in beiden Richtungen zum Übertragen von Signalen und Leistungen zwischen der Schaltung 18 und den Einrichtungen 14 und 16. Wie gezeigt ist der Draht flexibel mit einem passenden Querschnitt und mit einem Isolierüberzug außer dort, wo die Einrichtungen angeschlossen sind. Der Bus 12 ist so flexibel, daß er in die Nähe aller Schalter, Relais, Motoren usw. verlegt werden kann.
Ein einzelnes intelligentes Steuerelement 14 ist in Fig. 4 dargestellt und liegt zwischen dem Bus 12 und beispielsweise einem Motor 15 mit einer Relaisansteuerschaltung 84. Zum Zuführen von Leistung zum Steuerelement 14 wird die Spannungsform 58 der fig. 2 auf den Bus 12 gegeben. Der Übergang der Vorderkante des positiven Halbzyklus P am Anfang der Wellenform von 0 V zum Pegel C mit beispielsweise 5 V veranlaßt die Zufuhr von Leistung zu der intelligenten Einrichtung, die jedoch nicht ausreicht, um Spannungsquellen für die Schaltungen der Steuerelemente zu erzeugen. Das Steuerelement ist im AUS-Zustand.
Steigt die führende Kante im anfänglichen Halbzyklus B der Wellenform über 5 V auf den Pegel T2 mit 6 V, so wird eine V-Quelle 60 aktiviert und speist Leistung mit 5 V in alle Schaltungen des Steuerelementes ein. Ein Rückstellgenerator 62 liefert ein Rückstellsignal zu einem 5-Bit-Zählers 66 der Adressiereinheit 64, wodurch der Zählerausgang auf LOW zurückgesetzt wird bzw. auf eine binäre Codiernummer, die die Zahl 0 repräsentiert. Das Rückstellsignal von der Rückstellschaltung 62 tritt auf, wenn die Spannung am Bus beispielsweise 5 V übersteigt. Wenn dies der Fall ist, so schaltet die Spannungsversorgung 60 für 5 V ein, und die Rückstellschaltung 62 schaltet nach einer Schaltverzögerung ab, die von der Verzögerungsschaltung in der Schaltung 62 veranlaßt ist. Der Ausgang einer UNDERTH-Schaltung 70 ist HIGH, dabei ist der Ausgang einer Takt- und OVERTH-Schaltung 72 LOW; da diese Schaltungen auf Spannungen am Bus oberhalb der Bezugsspannung T1 ansprechen.
Wenn die vordere Kante im P-Halbzyklus der Wellenform über den Pegel P2 von etwa 6 V steigt, so bleibt der Ausgang der Takt- und OVERTH-Schaltung LOW, während der Ausgang der UNDERTH-Schaltung 70 von HIGH nach LOW wechselt. Während des P-Halbzyklus der Wellenform beeinflussen diese Ausgangssignale in keiner Weise das System. Jedoch spielt der Zustand dieser Ausgangssignale eine sehr wesentliche Rolle im negativen N-Halbzyklus der Wellenform, wie nachstehend erläutert.
Übersteigt die Vorderkante im anfänglichen Halbzyklus den Pegel T1, so liegt das Signal über der Schwellwertspannung. Der Ausgang der Takt- und OVERTH-Schaltung 72 ändert sich von LOW nach HIGH, aber der Ausgang der UNDERTH-Schaltung 70 bleibt LOW. Der HIGH-Ausgang verursacht, daß ein Takt-Signal an den Takteingang des 5 Bit-Zählers 66 angelegt wird, der eine binäre Sequenz auf zählt. Wenn die Adressendetektorschaltung 68 vorprogrammiert ist, um durch eine binäre 1 vom Zähler 66 aktiviert zu werden, so erscheint ein Adressensignal vom Ausgang der Schaltung 68. Ferner wird ein 2-Bit- Zähler 76 einer Steuerschaltung 74 für EIN/AUS eine binäre Sequenz getaktet, wenn die Adresse HIGH ist. Jedoch wird zu diesem Zeitpunkt die Steuereinrichtung 14 für das Steuerelement nicht offiziell adressiert. Der Adressendetektor 68 für dieses Steuerelement muß vielmehr drei aufeinanderfolgende Adressensignale erzeugen, bis das Steuerelement ein Steuersignal zum Motor oder zur Relaisansteuerstufe liefert, die betätigt werden soll. Deshalb müssen sowohl die Ausgänge Q0 und Q1 des 2-Bit-Zählers 72 HIGH sein. Damit dies erfolgt, müssen drei Abfragezyklen mit dem Impulszug 58 durchgeführt werden, wie in Fig. 3A dargestellt. Das Adressensignal vom Detektor 68 und das UNDERTH-Signal von der Schaltung 70 liegen als niedrige Signale vom Pegelesser des Impulszuges am Untergatter 78 mit zwei Eingängen der EIN/AUS-Steuerschaltung 74 an. Der Ausgang des Gatters 78 wird auf den Takteingang des 2-Bit-Zählers 76 geführt.
Nach dem Auftreten von drei aufeinanderfolgenden Abfragezyklen mit dem UNDERTH-Signal programmiert auf HIGH (d. h. die Bus-Spannung liegt unter T2) jedesmal beim (N) Halbzyklus und wobei das intelligente Steuerelement jedesmal adressiert wird, werden die HIGH-Ausgangssignale von Q0 und Q1 des 2-Bit-Zählers 76 zum UND-Gatter 80 geführt. Der Ausgang des Gatters 80, ein CLK-1 Signal, wird dem Umschalteingang eines konventionellen Kipp-Flip-Flop 82 zugeführt. Das Flip-Flop 82 ändert seinen Zustand jedesmal, wenn es von einem positiven CLK-1 Signal umgesteuert wird. Das Programm im MCU 20 der Schaltung 11 bestimmte jedoch, wann und wie oft das Flip-Flop 82 seinen Zustand ändert.
Unter der Annahme, daß das Flip-Flop 82 eingeschaltet ist, liegt der Ausgang des Flip-Flops 82 an der Relaisansteuerstufe 84 und die Konstantstromsenke wird angeschaltet, so daß erkennbar ist, daß das Steuerelement auf Befehl eingeschaltet wurde. Andererseits, wenn das Flip-Flop 82 ausgeschaltet ist, wird die Konstantstromquelle nicht eingeschaltet im negativen Halbzyklus, so daß der AUS-Befehl vom MCU 20 erkannt wird. Die Schaltung 84 kann ein konventioneller Halbleiterschalter sein. Die Schaltung 84 schaltet ein Relais ein. Der Relaiskontakt schließt und schaltet 12 V an einen Motor 15 für den Scheibenwischer.
Liegt die Spannung im negativen Halbzyklus N nicht unter T2, wenn das Element adressiert ist, so wird der 2-Bit-Zähler 76 zurückgestellt.
Der Zähler 76 wird ferner über das UND-Gatter 78a am Ende des jeweiligen Adressierzyklus zurückgestellt, wenn Q0 und Q1 beide HIGH sind.
Der Ausgang des Flip-Flops 62 wird auch an das ODER-Gatter 88 der SINK-Schaltung 86 zusammen mit einem OVERTH-Signal aus der Takt- und OVERTH-Schaltung 72 gelegt. Der Ausgang des ODER-Gatters 88 zusammen mit dem Adressiersignal vom Detektor 68 liegt an einem NAND-Gatter 90 mit zwei Eingängen, um ein SINK-Signal zu erzeugen. Ein SINK-Signal vom Ausgang des Gatters 90 schaltet den PNP-Transistor 92 ein, der dann seinerseits einen NPN-Transistor 96 einer Konstantstromquelle 94 einschaltet, so daß am Bus ein Konstantstromsignal anliegt.
Ein eigener intelligenter Schaltersensor 16 ist gemäß Fig. 5 zwischen dem Bus 12 und einem Schalterkontakt eines zu überwachenden Schalters 17 angeschlossen. Wie für das intelligente Steuerelement beschrieben, empfängt auch der Sensor 16 Leistung, wenn die Stufenspannungsform 58 der Fig. 2 an den Bus 12 gelegt wird. Der Übergang der Vorderkante im P Halbzyklus im anfänglichen Zyklus von 0 V auf den Steuerpegel C (etwa 5 V) veranlaßt die Abgabe von Leistung zum intelligenten Sensor. In diesem Zustand jedoch ist nicht genug Leistung vorhanden, um als Spannungsquelle von den Sensorschaltungen zu dienen. Der Sensor ist ausgeschaltet.
Steigt die Vorderkante im anfänglichen P-Halbzyklus der Wellenform über 5 V auf den Pegel "S" von etwa 6 V, so wird eine 5 V-Spannungsquelle 100 aktiviert und liefert Leistung mit 5 V zu allen Schaltungen des intelligenten Sensors. Ein Rückstellgenerator 102 liefert ein Rückstellsignal für einen 5-Bit-Zähler 106 der Adresseneinheit 104, so daß alle Zählerausgänge auf LOW zurückgestellt werden oder auf eine binäre Kodiernummer zur Darstellung der Zahl 0. Das Rückstellsignal vom Rückstellgenerator 102 erscheint, wenn die Spannung am Bus beispielsweise 5 V übersteigt. Ist dies der Fall, so schaltet die 5 V-Versorgung 100 ein, der Rückstellgenerator 102 wird nach einer Zeitverzögerung abgeschaltet, die von einer Verzögerungsschaltung im Rückstellgenerator 102 erzeugt wird.
Steigt die Vorderkante im P-Halbzyklus der Wellenform über den Pegel P1 bzw. über 8 V, so schaltet der Ausgang der Takt- und OVERTH-Schaltung 110 von LOW auf HIGH, wodurch ein Takt S-Signal und ein OVERTH T1-Signal erzeugt wird. Das Takt S-Signal gelangt an den Takteingang des 5-Bit-Zählers 106 und dient zum Aufzählen des Zählers 106 während jedes Zyklus, des Impulszuges. Es sollte bemerkt werden, daß es keinen Unterschied zwischen dem für das Steuerelement benutzten Takt-C-Signal und dem für den intelligenten Sensor benutzten Takt-S-Signal gibt. Die 5-Bit-Zahler in den intelligenten Steuerelementen und Sensoren werden getaktet, wenn die Wellenform den Schwellwertpegel P1 schneidet.
Wenn die Zählung im Zähler 106 Ausgangssignale liefert, um den Detektor 108 zu adressieren, so wird der intelligente Sensor adressiert. Im adressierten Zustand wird ein Adressensignal vom Ausgang des Detektors 108 zusammen mit einem OVERTH-Signal über ein ODER-Gatter 116 zu einem UND-Gatter 114 mit zwei Eingängen geführt; ein SINK-Signal resultiert am Ausgang des UND-Gatters 114. Das SINK-Signal schaltet den PNP-Transistor 118 ein, der Strom zum Abtastelement Widerstand 124 liefert. Ferner wird ein NPN-Transistor 122 einer Konstantstromquelle 120 eingeschaltet, so daß am Bus 12 ein Konstantstromsignal ansteht.

BETRIEBSWEISE DES SYSTEMS

Im folgenden wird die Betriebsweise des Systems 10 erläutert. Es soll angenommen werden, daß der Zustand des Schalters 17 in Fig. 1 gewünscht wird und daß der Scheibenwischermotor 16 eingeschaltet werden soll. Der Schalter 17 kann mit der Fahrzeugfederung verbunden sein. Ist der Schalter 17 geschlossen, so ist die Federung in Ordnung, in offenem Zustand gibt es ein Problem mit der Federung.
Das intelligente Steuerelement 14 und der Sensor 16 sind zwischen dem Bus 12 und der Relaisansteuerung 84 bzw. dem Widerstand 124 angeschlossen. Da das System 10 parallel an die Hauptspannungsquelle des Fahrzeugs angeschlossen ist, stehen am 5-V-Spannungsregler 22 und der Schaltung 18 12 V an. Die 5-V-Spannung vom Spannungsregler 72 steht am MCU 20 an, doch wird der Rückstellanschluß während etwa 20 ms auf LOW gehalten, um die Schaltung 18 für die MCU-Steuerung fertigzumachen.
Um die Betriebsweise des MCU auf die Schaltung 18 abzustimmen, wird auf die Fig. 6 Bezug genommen, die ein Flußdiagramm des vom MCU 20 ausgeführten Programms zeigt, um das intelligente Steuerelement 14 zu steuern. Nach einer Zeitverzögerung von 20 ms (Block 130) führt MCU 20 ein kleines Startprogramm aus, das alle CPU-Speicher mit korrekten Werten versorgt und Informationen im Computerspeicher löscht, bevor Informationen von der Schaltung 18 akzeptiert werden. Dies ist die Startroutine der Speicher.
Dann folgt von seiten des MCU 20 die Startroutine für das interne Steuerelement und die intelligenten Sensorzähler im RAM-Speicher gemäß Block 132. Wie der Fachmann erkennt, arbeitet MCU 20 im MHz-Bereich, während das System 10 bei etwa 1 kHz arbeitet. So kann MCU 20 viele Funktionen ausführen, bevor das System 10 reagiert. Gemäß Block 134 schaltet MCU 20 die Bus-Spannung auf den Pegel "S", so daß die Spannung am Bus beispielsweise 7 V beträgt.
Dann liest gemäß Block 136 MCU 20 den Ruhestrom vom Bus. MCU 20 fragt P20 bis P27 ab, um zu sehen, ob Stromsignale vom Strom-/Spannungswandler Widerstand 52, Differentialverstärker 54 und A/D-Wandler 55 in Spannungssignale umgewandelt worden sind. Am Bus können verschiedene Stromsignale anstehen, beispielsweise kann der Bus unmittelbar an Masse kurzgeschlossen sein. Dann könnten intelligente Einrichtungen den Bus zu falschen Zeiten ansteuern, und der Bus würde einen sehr hohen Strom führen; oder keine intelligenten Einrichtungen könnten am Bus vorhanden sein, wenn keine Einrichtung adressiert worden ist und ein Ruhestrom auf dem Bus abgetastet worden ist. Ferner könnte eine intelligente Einrichtung adressiert sein und der Bus eingeschaltet sein.
Um sicherzustellen, daß Störspannungsspitzen oder andere Störsignale gefiltert werden, liest MCU 20 den Zustand am Bus, wobei MCU 20 jeden Halbzyklus des Spannungssignals am Bus zehnmal abtastet. Wenn beispielsweise 7 von 10 Tastwerten richtig sind oder gewünschte Werte besitzen, so wird der Lesevorgang als gültig gewertet, und der Bus führt hohe Ströme. Wenn nur 3 von 10 Tastvorgängen wahr sind, so werden diese 3 Tastungen als ungültig angesehen bzw. haben die Störsignale falsche Signale zur Folge. Sind zwischen 3 und 7 Tastwerte richtig, so mißachtet der MCU 20 diese Feststellung und wartet auf einen anderen Satz getasteter Stromwerte.
Der MCU 20 schaltet dann gemäß Block 138 die Busspannung auf den Pegel "M", bzw. 9 V, und wiederum wird gemäß Block 140 der Zustand des Busses abgetastet.
Im Block 142 bestimmt die MCU 20, ob der Bus 12 einen Kurzschluß hat. Ist dies der Fall, so liefert die MCU 20 gemäß Block 144 den Befehl, den internen "Kurzschluß"-Zähler zu imkrementieren. Im Block 146 bestimmt die MCU 20, ob dieser Zähler über einem Fehlerschwellwert liegt. Ist dies der Fall, so veranlaßt die MCU 20 im Block 148, einen internen Fehler im RAM-Speicher zu setzen. In diesem Abschnitt des RAM-Speichers gespeicherte Daten werden dann an der Anzeige 56 später angezeigt. Ist der Bus nicht kurzgeschlossen, so wird das Programm im Block 132 erneut gestartet.
Liegt der Bus nicht auf dem Pegel "M", so bestimmt die MCU 20, ob eine intelligente Einrichtung an dieser Adresse auf dem Bus anwesend ist, entsprechend Block 150. Stellt die MCU 20 fest, daß keine intelligenten Einrichtungen anwesend sind, dann wird der MCU 20 im Block 152 befohlen, die Busspannung zu der Durchschnittsruhespannung zu addieren und zu speichern. Gemäß Block 154 schaltet die MCU 20 dann die Busspannung auf den Pegel "S" und springt zu "5" im Programm. Stellt die MCU 20 fest, daß eine intelligente Einrichtung anwesend sein sollte und auch im Block 155 vorhanden ist, dann setzt sie das Anwesenheitsbit für das Element oder den Sensor in die richtige RAM-Speicherstelle gemäß Block 156.
Stellt die MCU 20 fest, daß eine intelligente Einrichtung anwesend sein sollte, die jedoch nicht vorhanden ist, dann löscht gemäß Block 1 die Einheit 20 die im RAM für diese Einrichtung vorhandenen Bytes und schaltet die Busspannung auf "S".
Dann entscheidet die MCU 20 im Block 158, ob das adressierte intelligente Element ein Steuerelement ist. Ist es kein Steuerelement, dann schaltet die MCU 20 die Busspannung auf "S" gemäß Block 157, um den Status eines intelligenten Sensors zu bestimmen. Wenn es jedoch ein Steuerelement ist, so liest die MCU 20 den Schaltzustand des Steuerelements (Block 160). Dann schreitet das Programm zum Block 162 weiter.
Die MCU 20 überprüft, ob die On/Off-Steuereinheit 74 (Block 162) umgeschaltet werden soll. Wenn nicht, dann schaltet die MCU 20 programmgemäß die Busspannung auf "S" (Block 154), so daß der Zustand des Flip-Flops 82 für das Steuerelement bestimmbar ist. Die MCU 20 beabsichtigt nicht, den bestehenden Zustand des Flip-Flops zu ändern.
Im Entscheidungsblock 164 prüft die MCU 20, ob der Bus 12 kurzgeschlossen ist. Ist dies der Fall, so geht das Programm zum Befehlsblock 154 zurück.
Ist der Bus nicht kurzgeschlossen, so bestimmt die MCU 20, ob ein intelligentes Steuerelement EIN ist oder ob ein intelligenter Sensor einen geschlossenen Schalter überwacht (Entscheidungsblock 168). Ist die intelligente Einrichtung nicht EIN bzw. der Schalter nicht geschlossen, so löscht die MCU im Block 169 das entsprechende Bit für ELEMENT EIN bzw. Sensor SW geschlossen in der entsprechenden Speicherstelle des RAM. Ist eine intelligente Einrichtung EIN oder der Schalter geschlossen, so schreitet das Programm zum Befehlsblock 170 weiter. Hier setzt die MCU 20 das richtige Steuerelement, EIN in die Speicherstelle des RAM, bzw. Sensor SW, geschlossen und implementiert dann das richtige interne Steuerelement bzw. den Sensorzähler (Block 172), so daß das nächste intelligente Element adressiert werden kann.
Dann bestimmt die MCU 20, ob alle intelligenten Einrichtungen überprüft worden sind (Entscheidungsblock 174). Ist dies der Fall, dann erneuert die MCU 20 den Schalterzustand und die Steuerelementanzeige EIN an der Anzeige 56 (Block 176). Ist dies nicht der Fall, so geht die MCU 20 zum Befehlsblock 138 zurück, wobei die Busspannung auf "M" geschaltet wird und die Abfolge startet erneut für die als nächste adressierte intelligente Einrichtung.
Kehrt man zum Entscheidungsblock 162 zurück, wenn die EIN/AUS-Steuereinheit 74 geschaltet werden soll, dann wird der MCU 20 im Block 163 befohlen, die Busspannung auf "C" zu schalten. Dann wird der Bus auf Kurzschlüsse im Block 165 überprüft. Liegt Kurzschluß vor, so geht das Programm zurück zum Block 144. Liegt kein Kurzschluß vor, so dekrementiert gemäß Block 178 die MCU 20 ihren internen Umschaltzähler und schreitet dann zum Entscheidungsblock 180. Die MCU 20 bestimmt, ob der Schalterzähler nach Null heruntergezählt hat. Wenn nicht, so geht die MCU 20 zum Entscheidungsblock 172 zurück, um auf dem Bus 12 das nächste intelligente Element zu adressieren.
Wenn der interne Umschaltzähler der MCU 20 auf Null steht, so bestimmt die MCU 20, ob der gegenwärtige Status des Steuerelements richtig ist, siehe Entscheidungsblock 182, in dem der Strom auf dem Bus abgelesen wird. Ist Übereinstimmung vorhanden zwischen dem, was die MCU 20 erwartet und welches Stromsignal die MCU 20 vom Bus 12 empfängt, dann wird im Block 184 das interne Umschaltsteuer-Flip-Flop umgeschaltet, so daß es mit dem T-Flip-Flop in der adressierten Steuerelementeinheit 14 übereinstimmt. Gemäß Block 186 setzt die MCU 20 den Umschaltsteuerelementzähler gleich dem Wert 3, so daß eine weitere Serie von drei Abfragezyklen durchgeführt werden kann, worauf das Programm zurück zum Block 154 geht, so daß der Bus wieder überprüft werden kann.
Wenn der Status des Steuerelements nicht korrekt ist, dann inkrementiert die MCU 20 gemäß Block 188 den inkorrekten Statuszähler für dieses Steuerelement.
Dann bestimmt im Entscheidungsblock 190 die MCU 20, ob der Wert des inkorrekten Statuszählers über einem Fehlerschwellwert liegt. Ist dies der Fall, dann wird der Fehler im Block 192 bezeichnet und die MCU 20 geht zum Block 172 zurück.
Liegt der Statuszählerwert nicht über diesem Fehlerschwellwert, so geht die MCU 20 zum Block 186 zurück, um den Umschaltsteuerelementzähler gleich drei zu setzen und dann wird der Bus wiederum auf Kurzschlüsse überprüft.
Die Erfindung ist in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben worden, doch können auch andere Ausführungsformen unter den Erfindungsgedanken fallen. Ferner kann die Erfindung modifiziert und verändert werden, ohne aus dem Schutzumfang der folgenden Patentansprüche herauszufallen.

Claims

1. Multiplexsystem (10) in einem Fahrzeug zum Ansteuern mehrerer einzelner Relaisstufen (84) und zum Überwachen des Zustandes mehrerer einzelner Wechselschalter (17), die in dem Fahrzeug verteilt angeordnet sind.

(a) ein bidirektionaler Einzeldrahtbus (12) zum Übertragen von Spannungssignalen in einer ersten Richtung und Stromsignalen in einer zweiten Richtung in gegebenen Formaten, wobei der Bus in dem Fahrzeug in die Nähe jeder Relaisstufe (84) und der Schalter (17) verlegt ist und die Spannungs- und Stromsignale in Multiplexformat vorliegen,

(b) mehrere intelligente Schaltersensoren (16), von denen jeder in der Nähe eines Schalters (17) angeordnet ist, wobei Mittel zum Herstellen einer ersten Verbindung zu jedem Schalter (17) und Mittel zum Herstellen einer zweiten Verbindung über den Bus (12) und einen Massepol des Fahrzeuges vorgesehen sind, jeder Schaltersensor (16) Schaltkreise (118, 120) zum Liefern von Stromsignalen aufweist, die auf den Bus (12) geführt werden, wobei jeder Sensor ein Stromsignal auf den Bus während einer vorbestimmten Zeitlücke im Abfragezyklus der Schalter führt, und die Stromsignale den Schaltzustand der der vorbestimmten Zeitlücke zugehörigen Schalter (17) und Sensoren (16) anzeigt,

(c) mehrere intelligente Steuerelemente (14), von denen jedes in der Nähe der Relaisstufen (84) angeordnet ist, wobei jedes Steuerelement (14) Mittel zum Herstellen von Verbindungen zwischen ersten und zweiten Anschlüsse der Relaisstufe (84) aufweist sowie andere Mittel zum Herstellen einer Verbindung zum Bus (12) und dem Massepol des Fahrzeuges, wobei jedes Steuerelement Schaltkreise (92, 94) zum Liefern von Stromsignalen aufweist, die dem Bus (12) zugeführt werden, jedes Steuerelement ein Stromsignal dem Bus während einer vorbestimmten Zeitlücke in einem gegebenen Abfragezyklus der Schaltersensoren (16) und des Steuerelementes (14) zuführt, wobei die Stromsignale den Zustand der Relaisstufen (84) der den vorbestimmten Zeitlücken zugeordneten Steuerelemente (14) anzeigt, jedes Steuerelement (14) außerdem Mittel (74) aufweist, um EIN und AUS Steuersignale für die Relaistufen (84) zu liefern, nachdem eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Folgen des Abfragezyklus jedes der Steuerelemente (14) ausgeführt worden ist,

(d) eine Ansteuer- und Empfangsschaltung (18) ist an eine Spannungsquelle des Fahrzeuges und ein Anschlußende des Einzeldrahtbuses (12) angeschlossen, um Leistungs- und Spannungssignale in Form eines versetzten Rechteckimpulszuges (58) mit einem bestimmten Format zu erzeugen, wobei der Impulszug durch die Ansteuer- und Empfangsschaltung (18) auf den Bus geführt wird, die Schaltersensoren (16) und die Steuerelemente (14) an den Bus (12) angeschlossen sind, um den Impulszug zu empfangen und verschiedene Spannungspegel des Impulszuges zu benutzen, um Leistung zur Betätigung der Schaltungen in den Schaltersensoren (16) und in den Steuerelementen (14) zu bekommen, wobei der Impulszug außerdem Spannungssignale liefert, die ein Abfragen jedes Schaltersensors (16) und jedes Steuerelementes (14) anzeigen, so daß jeder Sensor und jedes Steuerelement aufeinanderfolgend adressiert wird und eine individuelle bestimmte Zeit auf den Bus zugeteilt wird, wobei das Adressieren jedes Sensors (16) und jedes Steuerelements (14) und die Zuteilung der Zeit auf den Bus in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden, die den Abfragezyklus der Sensoren und der Steuerelemente bildet, wobei das Abfragen jedes Sensors und jedes Steuerelementes mit einer bestimmten Abfragezyklusgeschwindigkeit erfolgt; die Ansteuer- und Empfangsschaltung (18) weist ferner Mittel (52, 54) zum Empfangen und Umwandeln der Stromsignale auf dem Bus in Spannungssignale durch einen adressierten Sensor oder ein adressiertes Steuerelement auf, die den Zustand jedes adressierten Sensors und des zugehörigen Schalters und den Zustand jedes adressierten Steuerelementes und der zugehörigen Relaisschaltung anzeigen,

(e) eine Anzeige (56) zum Anzeigen des Zustandes jedes Schaltersensors (16) und des zugehörigen Schalters (17) sowie jedes Steuerelements (14) und der zugehörigen Relaisschaltung (84),

(f) ein Microcomputer (20) verbindet die Ansteuer- und Empfangsschaltung (18) und die Anzeige (56), um (1) Spannungs- und Taktsignale in die Ansteuer- und Empfangsschaltungen einzuschreiben, die das Erzeugen des gestuften Rechteckimpulszuges (58) sowie der dem Bus zuzuführenden unterschiedlichen Spannungspegel steuert, um (2) Spannungssignale von der Ansteuer- und Empfangsschaltung (18) einzuschreiben, die Stromsignale auf dem Bus (12) anzeigen, die von einem adressierten Sensor (16) und dem zugehörigen Schalter (17) oder dem adressierten Steuerelement (14) und der zugehörigen Relaisschaltung (84) herrühren, um (3) eine historische Abfolge der Arbeitsweise der adressierten Sensoren, der zugehörigen Schalter, der adressierten Steuerelemente und der zugehörigen Relaisschaltungen und des Buses für jeden Abfragezyklus der Sensoren und der Steuerelemente zu erzeugen, und, um (4) erneuerte unabhängige Sensor-Schalter-Steuerelement- und Relaisansteuerdaten zu übertragen, die den Zustand der Sensoren der Schalter der Steuerelemente und der Relaisschaltungen für die Anzeige für jeden Abfragezyklus anzeigen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der gestufte Rechteckwellenimpulszug (58) mindestens sechs Spannungspegel aufweist, einschließlich einem Aus- bzw. Nullvoltpegel, einem Steuerpegel "C" mit einer bestimmten Spannung über Nullvolt, einem unteren Schwellwertpegel T&sub2; mit einer bestimmten Spannung über den Pegel "C", einem Statuspegel "S" mit einer bestimmten Spannung über den Pegel "T&sub2;" und einem Überschwellwertpegel "T&sub1;" mit einer Spannung über den Pegel "S" und einem Maximalvoltpegel "M" mit einer Spannung über den Pegel "T&sub1;".

3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der nach einem Anfangszyklus des Impulszuges (58) die Spannung von Null aus zum nächsten Spannungspegel während eines positiven Halbzyklus ansteigt, wobei jeder aufeinanderfolgende Impuls den Aus-Pegel ausschließt und der letzte Zyklus eine Ausnahme ist, wobei der letzte Zyklus einen Aus-Pegel am nacheilenden Ende eines negativen Halbzyklus aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 31 bei der jeder Schaltersensor (16) und jedes Steuerelement (14) eine Spannungsversorgungsschaltung (60; 100) aufweist, die für den Unterschwellwertpegel "T&sub2;" des Impulszuges aufnahmefähig ist, der Leistung für die Schaltungen (102, 110, 124; 60, 70, 72, 94) in den Schaltersensoren (16) und den Steuerelementen (14) liefert.

5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der jeder Schaltersensor (16) einen Takt- und Überschwellwertgenerator (110), einen Rückstellgenerator (102), eine Konstantstromquelle (120) und eine Adressierschaltung (104) aufweist.

6. Anordnung nach Anspruch 4, bei der jedes Steuerelement (14) einen Unterschwellwertgenerator (70), einen Takt- und Überschwellwertgenerator (72), einen Rückstellgenerator (62), eine Konstantstromquelle (94) und eine Adressierschaltung (64) aufweist.

7. Anordnung nach Anspruch 5 und 6, wobei jeder Rückstellgenerator (62; 102) auf die Spannung von Bus (12) sowie auf die Spannung von der Spannungsversorgungsschaltung (60; 100) anspricht, der Rückstellgenerator ein Rückstellsignal einem 5-Bit-Zähler (66; 106) in der Adressenschaltung (64,; 104) zuführt, wenn die Busspannung über 5 Volt steigt, wobei das Rückstellen des 5-Bit-Zählers beim Spannungsanstieg jedes Schaltersensors (16) und jedes Steuerelements (14) während der Unterschwellwertspannung "T&sub2;" des Impulszuges zu Beginn eines neuen Abfragezyklus erfolgt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, bei der der Takt- und Überschwellwertgenerator (72; 110) ein Steuersignal dem 5-Bit-Zähler (106) und dem 5-Bit-Zähler (66) der Adressierschaltung (64; 104) zuführt, wenn die Spannung am Bus sich dem Überschwellwertpegel "T&sub1;" annähert; bei der die Taktsignale den Zähler in einer binären Reihenfolge takten, der 5-Bit-Zähler (66; 106) in jedem Schaltersensor (16) und jedem Steuerelement (14) gleichzeitig getaktet werden, wobei ein Adressendetektor (68; 108) dem 5-Bit-Zähler zugeordnet ist, wobei jeder Schaltersensor und jedes Steuerelement einen Adressendetektor (68, 108) aufweist, der vorprogrammiert ist, um eine einmalige binäre Zählung zu empfangen, und wobei durch das Vorprogrammieren jeder Adressendetektor der Reihe nach aktiviert wird, und Adressensignale liefert, die benutzt werden, um einen bestimmten Schaltersensor oder ein bestimmtes Steuerelement aus der Anzahl von Schaltersensoren und Steuerelementen zwecks Adressieren zu bezeichnen.

9. Anordnung nach Anspruch 8, bei der das Adressensignal zusammen mit einem Überschwellwertsignal oder als Schalterzustandsignal benutzt wird, um ein SINK Signal in dem adressierten Schaltersensor zu erzeugen, und bei der das SINK Signal benutzt wird, um den Konstantstromgenerator (120) im adressierten Sensor (16) zu aktivieren, um Stromsignale während eines Taktimpulses auf den Bus zu führen.

10. Anordnung nach Anspruch 8, bei der das Adressensignal zusammen mit einem Überschwellwertsignal oder einem EIN Signal benutzt wird, um ein SINK Signal (86) in dem adressierten Steuerelement zu erzeugen, und bei der das SINK Signal benutzt wird, um den Konstantstromgenerator (94) in dem adressierten Steuerelement (14) zu aktivieren, um Stromsignale während eines Taktzyklus auf den Bus zu führen.

11. Anordnung nach Anspruch 10, bei der jedes Steuerelement (14) ein EIN Signal nach drei aufeinanderfolgenden Abfragezyklen mit einem Unterschwellwertsignal von dem Unterschwellwertgenerator (70) liefert, der jedes Mal während des negativen Halbzyklus auf HIGH programmiert wird, wenn jedes Steuerelement (14) während jeweils der drei aufeinanderfolgenden Abfragezyklen adressiert wird, wobei die Steuerelemente 14 ein Stromsenksignal auf den Microcomputer (20) führen und damit der vom Microcomputer nach dem dritten Abfragezyklus ausgegebene Befehl unverzüglich erkannt wird und bei der die Konstantstromquelle (94) während des negativen Halbzyklus nicht eingeschaltet wird, um den vom Microcomputer nach dem dritten Abfragezyklus ausgegebenen AUS Befehl zu erkennen.

12. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, bei der die Ansteuer- und Empfangsschaltung (18) einen Analog/Digital Wandler (55) aufweist, um Spannungssignale zum Microcomputer (20) zu führen, die den Zustand jedes adressierten Sensors (16), jedes adressierten Steuerelementes (14) und des Buses (12) während jedes Zyklus in jedem Abfragezyklus der Sensoren und der Steuerelemente anzeigen.

13. Anordnung nach Anspruch 12, bei der eine Integrlerstufe im Microcomputer (20) vorgesehen ist, um sicherzustellen, daß das Ablesen der Zustandspannungen im wesentlichen frei von Störsignalen ist.