DE4327537C2 - Sensorelement für ein serielles Bussystem - Google Patents
Sensorelement für ein serielles BussystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Sensorelement für ein serielles Bus
system mit Daisy-Chain-Busstruktur gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Für elektronische Systeme ist eine Vielzahl von unterschiedli
chen Bussystemen bekannt. Insbesondere im KFZ-Bereich oder bei
Maschinen wird oft eine Vielzahl gleichartiger Sensoren benö
tigt, um physikalische Kenngrößen zu ermitteln. Diese Signale
müssen dann meist mit Hilfe eines Mikroprozessors weiter verar
beitet werden. Im KFZ-Bereich kann ein derartiger Sensor z. B.
feststellen, ob ein elektrisch betätigtes Schiebedach den rich
tigen Sitz hat oder ähnliches. Um Leitungen zu sparen, sollten
die Sensoren an einem Leitungssystem parallel oder seriell ge
schaltet sein. Die Sensoren sollten dabei nur unwesentlich grö
ßer und teurer werden, außerdem sollten die einzelnen Sensoren
nicht individuell adressierbar sein, da dies einen erhöhten
Aufwand mit sich bringt.
Aus C. Färber, Bussysteme, 2. Auflage, R. Oldenbourg Verlag
München Wien 1987, Seiten 16, 17, 57, 58, 91, 92 ist ein seri
elles Bussystem bekannt, bei dem eine Steuereinheit
(Leitstation) über eine Steuerleitung einen ersten seriell an
den Bus angekoppelten Teilnehmer (Sensorelement) zur Abgabe
eines Datensignals aktiviert und nachfolgend alle weiteren
seriell angeschlossenen Teilnehmer zur Übertragung ihrer
Information aktiviert. Ein Bussystem mit einem solchen
dezentralen Zuteilungsverfahren wird allgemein auch als
Daisy-Chain-Bussystem bezeichnet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sensorelement
für ein serielles Bussystem anzugeben, das mit möglichst wenig
Kosten ausbildbar ist.
Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 gelöst. Weiterbildungen sind Kennzeichen der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von drei Figuren näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Bussystems,
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale des Bus
systems,
Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen busfä
higen Sensorelements.
In dem in Fig. 1 dargestellten Bussystem ist ein den Bus steu
ernder Mikroprozessor 1 dargestellt. Dieser ist mit einer Ver
sorgungsspannungsklemme 2 und mit Masse verbunden. Ein Wider
stand 3 ist vorgesehen, der zwischen Versorgungsspannungsklemme
2 und einer ersten Busleitung A liegt. Die zweite Busleitung B
ist mit Masse verschaltet. Ein Ausgangsport des Mikroprozessors
1 ist mit der dritten Busleitung C verschaltet. Die dritte
Busleitung C ist in mehrere Teilleitungen C₁, C₂. . .Cn aufge
teilt. Die erste Teilleitung C₁ ist mit dem Mikroprozessoraus
gangsport und mit dem Eingang eines ersten Sensors S₁ verschal
tet. Der Ausgang des Sensors S₁ ist mit der zweiten Teilleitung
C₂ verbunden. Diese ist wiederum mit dem Eingang des zweiten
Sensors S₂ verbunden. Weitere Teilleitungen C₃, C₄. . .Cn sind
vorgesehen, die jeweils zwischen die seriell hintereinander ge
schalteten Sensoren S₃, . . ., n geschaltet sind. Die Busleitung A
ist mit dem Eingang einer Auswerteschaltung 4 verbunden. Der
Ausgang der Auswerteschaltung 4 ist mit einem Eingangsport des
Mikroprozessors 1 verschaltet. Die Auswerteschaltung 4 kann im
einfachsten Fall ein Schmitt-Trigger sein.
Die Funktionsweise des Zuteilungsverfahrens einer Daisy-Chain-Busstruktur
wird nun in Verbindung mit Fig. 2, welche den
zeitlichen Verlauf der Signale auf der Busleitung A und vier
Teilbusleitungen C₁, C₂, C₃ und C₄ zeigt, näher erläutert. Über
die Busleitung C₁ aktiviert der Mikroprozessor 1 das erste
Sensorelement S₁, das Sensorelement 1 schaltet dann während
einer ersten Phase t₁ eine Stromsenke ein, die mit der
Busleitung A in Verbindung steht. Durch das Anlegen dieses
Signal S erkennt der Mikroprozessor, daß das vom ihm aktivierte
Sensorelement aktiv ist. Während einer zweiten Zeitphase t₂
wird nun die zusätzliche Stromsenke nur dann eingeschaltet,
wenn der im Sensorelement befindliche Sensor aktiviert wurde,
andernfalls wird kein Signal gesendet. Während einer
nachfolgenden Phase t₃ wird eine Schaltpause eingehalten, um
das Aktivierungssignal des nachfolgend aktivierten Sensore
lements zu erkennen. Schließlich wird während einer Zeitphase
t₄ durch das Sensorelement S₁ das nachfolgende Sensorelement S₂
aktiviert. Dieser Vorgang wird so lange durch die am Bus ange
schlossenen Sensorelemente wiederholt, bis alle in Reihe ge
schalteten Sensorelemente aktiviert wurden und ihr Datensignal
über die Busleitung A abgegeben wurde. Der Mikroprozessor 1
kann durch eine zeitliche Auswertung die jeweiligen Signale den
jeweiligen Sensorelementen zuordnen und im Bedarfsfall für eine
neue Messung den vorhin beschriebenen Vorgang wiederholen.
Alternativ kann bei den Zeitabläufen die Zeitphase t3 entfallen
und durch die Zeitphase t₄ ersetzt werden. Der Startimpuls
während der Zeitphase t₄ muß dann zwar das nachfolgende Sen
sorelement aktivieren, jedoch sollte dies in diesem Fall mit
der fallenden Flanke des Aktivierungssignals erfolgen, damit
sicher eine Schaltpause eingefügt wird und der Mikroprozessor 1
erkennen kann, daß das Sensorelement aktiviert wurde.
Wie oben beschrieben, muß der Mikroprozessor 1 einen Startim
puls abgeben und anschließend die über den Strompfad empfange
nen Stromimpulse auswerten um die Sensorkette abzufragen.
Eine weitere Möglichkeit ist, den Schaltstrom am Sensor ge
trennt zuzuführen, wodurch jedoch eine zusätzliche Busleitung
notwendig ist.
Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes busfähiges Sensorelement.
Mit 22 ist eine Versorgungsspannungsklemme dargestellt, die mit
einem Spannungsregler 5 verschaltet ist. Der Spannungsregler 5
versorgt ein Sensorelement, welches in diesem dargestellten
Fall ein Hall-Sensor 6 ist. Der Hall-Sensor 6 ist des weiteren
mit Masse verschaltet. Der Ausgang des Hall-Sensors 6 ist mit
einer Auswerteschaltung 7 verbunden. Die Auswerteschaltung 7
ist außerdem mit dem Ausgang des Spannungsreglers 5 und Masse
verbunden. Der Ausgang der Auswerteschaltung 7 ist mit einer
Logikanordnung verschaltet, die z. B. aus drei logischen Ele
menten besteht. So ist der Ausgang der Auswerteschaltung 7 mit
dem ersten Eingang eines ODER-Gatters 8 verschaltet. Der Aus
gang des ODER-Gatters 8 ist mit dem ersten Eingang eines
UND-Gatters 9 verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters 9 ist mit dem
ersten Eingang eines NOR-Gatters 10 verschaltet. Der Ausgang
des NOR-Gatters 10 ist über eine Stromquelle 11 mit der Ver
sorgungsspannungsklemme 22 verbunden. Wahlweise kann ein
Ein-Ausschaltanschluß 21 vorgesehen sein, der mit dem zweiten Ein
gang des ODER-Gatters 8 verschaltet ist. Ein Aktivierungsein
gang 19 ist mit einer ersten Zeitgebereinheit 12 verbunden. Der
Ausgang der Zeitgebereinheit 12 ist mit dem zweiten Anschluß
des NOR-Gatters 10 und mit einem Eingang eines Inverters 13
verschaltet. Der Ausgang des Inverters 13 ist über eine zweite
Zeitgebereinheit 14 mit dem zweiten Anschluß des UND-Gatters 9
und dem Eingang eines zweiten Inverters 15 verbunden. Der Aus
gang des zweiten Inverters 15 ist über eine dritte Zeitgeber
einheit 16 mit dem Eingang eines dritten Inverters 17 verschal
tet. Der Ausgang des dritten Inverters 17 ist über eine vierte
Zeitgebereinheit 18 mit einer Aktivierungsausgangsklemme 20
verschaltet.
Das ODER-Gatter 8 muß lediglich vorgesehen sein, wenn das Sen
sorelement mit einer zusätzlichen Ein-Ausschaltfunktion verse
hen werden soll. In diesem Fall kann man das Sensorelement als
Businterface für einen externen z. B. einen mechanischen Schal
ter verwenden. Wenige externe Schalter können so einfach in das
Bussystem eingebunden werden.
Das am Aktivierungseingang 19 anliegende Impulssignal wird zu
erst verzögert, um so eine Eingangsverzögerung zur Störim
pulsunterdrückung zu erreichen. Das Eingangssignal triggert die
Zeitgebereinheit 12 (z. B. Monoflop) und aktiviert über das
NOR-Gatter 10 die Stromsenke 11. Es entsteht ein Stromimpuls auf
der Busleitung A, den der Mikroprozessor 1 über den Strompfad,
d. h. den Widerstand 3 und einen Komparator 4 erkennen kann.
Anstelle des Komparators 4 könnte auch ein Analog-Digital-Wandler
eingesetzt werden. Der Impuls signalisiert dem Mi
kroprozessor 1, daß das Sensorelement den Startimpuls empfangen
hat und fähig ist zu antworten. Anschließend läuft über die
Zeitgebereinheit 14 und das UND-Gatter 9 der eigentliche
Auswertevorgang ab. Die Stromsenke 11 bleibt nun nur einge
schaltet wenn auch der erste Eingang des UND-Gatters 9 "1" ist.
Dieser Eingang wird wiederum von der Auswerteschaltung 7 ge
steuert. Auch diesen Vorgang kann der Komparator 4 und der Mi
kroprozessor 1 registrieren. Die nachgeschaltete Zeitgeberein
heit 16 dient dazu, eine Schaltpause zu erzeugen. Die Stromsenke
11 wird während dieser Zeit auf alle Fälle abgeschaltet. Die
Zeitgebereinheit 18 dient dazu, einen Startimpuls an die nach
geschalteten Sensorelemente abzugeben. Nun wiederholt sich der
Vorgang im nachgeschalteten Sensorelement, bis alle Sensorele
mente durchgeschaltet sind. Die Zeiten können dabei relativ
hohe Toleranzen aufweisen, da sie alle hintereinander ablaufen
und können deshalb in jedem Sensorelement unsynchronisiert mit
einfachen Mitteln erzeugt werden.
Eine Erweiterungsmöglichkeit gibt es, wenn die Zeit t₂, die
durch die Zeitgebereinheit 14 erzeugt wird, in kleinere Zeitab
schnitte aufgeteilt wird. Diesen Zeitabschnitten könnten dann
weitere Sensorzustände zugeordnet werden. Durch dieses Verfah
ren könnte eine erweiterte Diagnose durchgeführt werden. Diese
würde sich z. B. für Doppel-Hall-Schalter anbieten.
Als Sensor kann z. B. auch ein induktiver Näherungsschalter vor
gesehen sein.
Claims (5)
1. Sensorelement für ein serielles Bussystem mit Daisy-Chain-Busstruktur
zur Übertragung von Sensorinformationen mit wenig
stens drei Busleitungen (A, B, C), von denen zwei zur
Spannungsversorgung dienen und eine zur Selektion eines ersten
angeschlossenen Sensorelements,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Sensorelement folgende Merkmale aufweist:
- - einen Sensor (6) mit nachgeschalteter Auswerteschaltung (7), an der ausgangsseitig ein Meßwert bereitsteht,
- - eine steuerbare Stromsenke (11), die mit einer Busleitung zur Spannungsversorgung (22) verbunden ist,
- - eine Logikanordnung, die an einem ersten Eingang von der Auswerteschaltung (7) angesteuert wird und die ausgangsseitig die Stromsenke (11) ansteuert,
- - eine Zeitsteuereinheit, die über weitere Eingänge mit der Logikanordnung verbunden ist, die während einer ersten Zeitphase die Stromsenke (11) aktiviert, während einer nachfolgenden zweiten Zeitphase die Stromsenke in Abhängigkeit des Meßwertes der Auswerteschaltung (7) aktiviert und während einer nachfolgenden dritten Zeitphase das nachfolgend geschaltete Sensorelement über die Selektions-Busleitung aktiviert.
2. Sensorelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeitsteuereinheit zwischen zweiter und dritter Zeit
phase eine Schaltpause erzeugt.
3. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sensor (6) ein Hallelement ist.
4. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sensor (6) ein induktiver Näherungsschalter ist.
5. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Zeitphase in mehrere Zeitabschnitte unterteilt
ist und ein Auftreten eines Signals in einem Zeitabschnitt ver
schiedenen Auswertezuständen zuordenbar ist.
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DE4327537A1 DE4327537A1 (de) | 1995-02-23 |
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1993
- 1993-08-16 DE DE19934327537 patent/DE4327537C2/de not_active Expired - Fee Related
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