DE4237926C1

DE4237926C1 - Analoger Zweidrahtbus für Mikroschalter

Info

Publication number: DE4237926C1
Application number: DE4237926A
Authority: DE
Inventors: Luc Jansseune
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-11-10
Filing date: 1992-11-10
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2012-11-11

Description

Die Erfindung betrifft einen analogen Zweidrahtbus für Mikroschalter, vorzugsweise für Mikroschalter mit Magnetfeld- Sensor-IC′s.

Zur Reduzierung des Verkabelungsaufwandes bei einem System mechanischer oder berührungsfreier Schalter ist aus Markt & Technik, Nr. 39, 20. September 1991, Seiten 20 und 22, ein busfähiger Zweidraht-Magnetfeldsensor bekannt.

Berührungsfrei schaltende Näherungsschalter mit einem beispielsweise den Halleffekkt ausnutzenden Magnetfeld-Sensor, bei denen durch Annäherung eines ferromagnetischen Auslösekörpers an mindestens einen Dauermagneten die magnetische Induktion am Magnetfeld-Sensor veränderbar und zu einer Änderung des Schaltzustandes des Schalters auswertbar ist, sind seit langem bekannt und unter anderem auch im genannten Artikel erwähnt. Für Mikroschalter ist es zweckmäßig, einen Magnetfeld-Sensor-IC zu verwenden, der den Sensor zusammen mit einer Auswerteschaltung in Form eines handelsüblichen integrierten Schaltkreises enthält.

Aus dem genannten Artikel ist ein digital arbeitender Zweidrahtbus bekannt, bei dem das Gesamtsystem im wesentlichen aus einem 8-Bit-Prozessor, einer Schnittstelle, den beiden Busleitungen und den adressierbaren Sensor-IC′s besteht. Die Schnittstelle wandelt die Logiksignale des Prozessors in für die Sensor-IC′s verständliche digitale Buspegel (0,6 V und 9 V) um. Ein Taktgeneratorblock detek tiert Pegelwechsel des Busses (Versorgungsspannungswechsel) und formt diese in für die CMOS-Logik verarbeitbare Pegel und Clock-Pulse um. Busspannungen von 6,5 V (Min.) entsprechen logisch "1", während Pegel von 8,5 V (Max.) logisch "0" zugeordnet sind. Steigende Flanken der Taktpulse inkrementieren den Zählerstand eines binären 5-Bit- Synchronzählers. Eine nachgeschaltete Decodierlogik vergleicht fortlaufend den Zählerinhalt mit der individuellen werkseitig programmierten Chipadresse. Bei Übereinstimmung reagiert das Sensor-IC mit erhöhter Stromaufnahme. Es gibt nach erfolgreicher Adressierung eine 2-Bit-Information für Diagnose- und Signalstatus ab. Sobald das Sensorelement mit Konstantstrom versorgt ist, wird sein Ausgangssignal verstärkt und einem Komparator/Schmitt-Trigger zur Statusentscheidung des magnetischen Feldes zugeführt. Schnittstelle und Prozessor messen in der Low-Phase des Bustaktes den Busstrom und nutzen diese Information für die Entscheidung, ob ein Sensor aktiviert ist oder nicht.

Das beschriebene Bussystem ist, wie andere auf dem Markt befindliche Bussysteme, auf komplexe Aufgaben zugeschnitten und dementsprechend aufwendig. Ein analoges Bussystem, bei dem die Meldung der dortigen Schalterzustände ebenfalls über den auf der Busleitung fließenden Strom erfolgt, ist auch aus der DE 34 24 294 A1 bekanntgeworden. Allerdings erfolgt ein Ansprechen der dortigen Meldegeräte durch niederfrequente Spannungsimpulse und nicht durch eine analoge Ansprechspannung. Zwar ist auch eine Schnittstelle vorgesehen, jedoch arbeitet der A/D-Wandler nur in Richtung Bus-Mikroprozessor. Die mit Schaltern vergleichbaren Meldegeräte sind im übrigen nicht jeweils für sich ansprechbar, sondern so aufgebaut, daß beim Eintreffen eines niederfrequenten Spannungsimpulses das jeweils der Abfrageeinrichtung nächste Meldegerät anspricht und das nächstfolgende Gerät zum Ansprechen freigibt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, im Hinblick auf das Verbinden einer begrenzten Zahl von Mikroschaltern, beispielsweise alle Schalter in einer Autotür oder alle Schalter an der Sitzverstellung eines Autos, einen Zweidrahtbus zu schaffen, der weniger aufwendig und deshalb kostengünstiger und zudem weniger EMV-störanfällig als die bisher bekannten Systeme ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen analogen Zweidrahtbus der eingangs genannten Art mit einer Schnittstelle gelöst, die von einem Mikroprozessor ein digitales 4-Bit-Adressierungssignal für einen abzufragenden Schalter erhält und in eine an der Busleitung anliegende analoge Ansprechspannung umformt, auf die nur der jeweils abzufragende Schalter durch Ziehen eines vom Status des Schalters abhängigen Busstroms reagiert, wobei die Schnittstelle den Busstrom mißt, in eine 2-Bit-Information über den Status des abzufragenden Schalters umwandelt und diese an den Mikroprozessor abgibt.

Weiterbildungen der Erfindung, insbesondere eine vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Zweidrahtbusses, sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an und anhand von zwei Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Zweidrahtbusses,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines nach Fig. 1 verwendbaren Mikroschalters.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild zeigt einen Mikroprozessor 1 und eine Schnittstelle 2, die einerseits über zur Schnittstelle 2 führende 8-Bit-Adreßleitungen (A1 bis A8) und, andererseits, durch zum Mikroprozessor 1 führende 2-Bit-Datenleitungen (D1 und D2), miteinander verbunden sind. Drei bis zehn Mikroschalter sind über Zweidraht-Busleitungen 3 mit der Schnittstelle 2 verbunden. Im Betrieb wird durch den Mikroprozessor 1 die Adresse des abzufragenden Schalters über die Adreßleitungen A1 bis A4 an die Schnittstelle 2 angelegt. Die Schnittstelle 2 erhält das digitale 4-Bit-Adressierungssignal und wandelt es in eine entsprechende analoge Ansprechspannung (V_Bus) um. Die Schnittstelle 2 bringt die Ansprechspannung auf der Busleitung 3 an. Abhängig von der Anzahl der Schalter und der verfügbaren Speisespannung kann das Schnittstellen-Protokoll beispielsweise durch die folgende Tabelle charakterisiert werden:

Jeder der an den Bus geschalteten Schalter reagiert nur, wenn seine Ansprechspannung (V_Sch) auf der Busleitung liegt. Der jeweilige Schalter zieht einen Strom, der vom Status des jeweiligen Schalters abhängig ist und beispielsweise 10 mA bzw. 30 mA im nichtaktivierten bzw. im aktivierten Schaltzustand beträgt. Die Schnittstelle mißt den resultierenden Busstrom und stellt die Logiksignale für den Mikroprozessor 1 gemäß der folgenden Tabelle 2 ein:

Die Funktion eines in die Busleitung 3 geschalteten Mikroschalters mit Magnetfeld-Sensor IC geht aus Fig. 2 hervor. Ein Komparator 4 vergleicht, ob die an die Busleitung angelegte Ansprechspannung V_Bus im Spannungsintervall des jeweiligen Schalters liegt. Falls ja, wird die Ansprechspannung, beispielsweise 6 V, an die als Schalteinrichtung dienende Sensorschaltung gelegt. Ein abzufragender Hallensensor 5 wird dann durch eine mit der jeweiligen analogen Ansprechspannung übereinstimmende Steuerspannung, bzw. durch einen entsprechenden Konstantstrom, aktiviert. Die dann je nach Status des Magnetfeldes erzeugte Hallspannung wird von einer Schwellenwertschaltung 6 und 7 mit Hysterese-Charakteristik ausgewertet. Der Schwellenwertschaltung 6 und 7 ist ein Halbleiterschalter 9 nachgeschaltet. Der Mikroschalter, dessen Schalteinrichtung auch mechanisch betätigt sein kann, ist demnach insgesamt so ausgelegt, daß er jeweils einen Strom nach dem Schema der Tabelle 3 zieht, wenn die Ansprechspannung V_Bus am Schalter anliegt. Der dem nicht aktiven Zustand entsprechende Ruhestrom von etwa 10 mA wird im aktivierten Zustand um etwa 20 mA auf insgesamt 30 mA erhöht:

Wenn die Spannungsabfälle in der Busleitung zu groß sind oder zu stark schwanken, ist es vorteilhaft, nach dem Einschalten des Bussystems eine Testprozedur durchzuführen. Die Spannungsabfälle können dabei auf einfache Weise durch Anpassung der jeweiligen analogen Ansprechspannung abgeglichen werden. Die jeweils erforderlichen angepaßten Ansprechspannungen können mittels der nicht für die Adressierung verwendeten Adreßleitungen A5 his A8 eingestellt werden.

Durch das besonders einfache Schnittstellenprotokoll läßt sich erfindungsgemäß ein wenig aufwendiges Bussystem für Mikroschalter realisieren. Dieses ist ohne größeren Aufwand in bestehende Systeme integrierbar. Das System erlaubt eine einfache Diagnose- und Statusabfragemöglichkeit eines Satzes von 3 bis 10 Mikroschaltern, die über Zwei-Bus-Drähte mit einer Steuerung verbunden sind. Die Abstände zwischen den Schaltern und der Bus-Schnittstelle sollten vorzugsweise weniger als etwa 3 m betragen.

Claims

1. Analoger Zweidrahtbus für Mikroschalter, vorzugsweise für Mikroschalter mit Magnetfeld-Sensor IC′s,
mit einer Schnittstelle (2), die von einem Mikroprozessor (1) ein digitales 4-Bit-Adressierungssignal (A1-A4) für einen abzufragenden Schalter enthält und
in eine an der Busleitung (3) anliegende analogen Ansprechspannung umformt,
auf die nur der jeweils abzufragende Schalter durch Ziehen eines vom Status des Schalters abhängigen Busstroms reagiert,
wobei die Schnittstelle (2) den Busstrom mißt,
in eine 2-Bit- Information über den Status des abzufragenden Schalters umwandelt und
diese an den Mikroprozessor (1) abgibt.

2. Zweidrahtbus nach Anspruch 1, bei dem jeder Mikroschalter einen Komparator (4) und eine Schalteinrichtung umfaßt, wobei der Komparator (4) die Ansprechspannung, wenn diese in einem für den jeweiligen Schalter charakteristischen Spannungsintervall liegt, an die Schalteinrichtung anlegt.

3. Zweidrahtbus nach Anspruch 2, bei dem die Schalteinrichtung einen mechanisch betätigten elektrischen Schalter umfaßt.

4. Zweidrahtbus nach Anspruch 2, bei dem die Schalteinrichtung einen durch die Ansprechspannung aktivierten Magnetfeld-Sensor (5) umfaßt.

5. Zweidrahtbus nach Anspruch 4, bei dem der Magnetfeld-Sensor (5) ein Hall- Sensor ist.

6. Zweidrahtbus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Verbindung zwischen Mikroprozessor (1) und Schnittstelle (2) um vier weitere Adreßleitungen (A5-A8) ergänzt ist, so daß unerwünschte Spannungsabfälle in der analogen Busleitung (3) durch Anpassung der jeweiligen analogen Ansprechspannung mittels nicht für die Adressierung verwendeter Adreßleitungen ab gleichbar sind.

7. Verwendung des Zweidrahtbusses nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Verbindung eines Satzes von 3 bis 10 Mikroschaltern mit einer Steuerung, wobei der Abstand zwischen Schaltern und Schnittstelle (2) kleiner als 3 m ist.