NO313169B1

NO313169B1 - Method for multi-way data communication

Info

Publication number: NO313169B1
Application number: NO20002758A
Authority: NO
Inventors: Einar Gotaas
Original assignee: Einar Gotaas
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2002-08-19
Also published as: WO2001093450A1; NO20002758D0; AU2001262812A1; NO20002758L

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte slik som angitt i den innledende del av det vedføyde krav 1. Fremgangmåten er for en- eller flerveis datakommunikasjon mellom en sentralenhet og et antall stasjoner, og kommunikasjonen foregår via en enkelt enleder med sentralenheten og stasjonene plassert etter hverandre langs linjen . Alle enhetene må i tillegg til linjen være tilkoblet et felles, fast, vekselstrømsmessig "jordpunkt" The present invention relates to a method as stated in the introductory part of the attached claim 1. The method is for one-way or multi-way data communication between a central unit and a number of stations, and the communication takes place via a single conductor with the central unit and the stations placed one after the other along the line . In addition to the line, all units must be connected to a common, fixed, alternating current "ground point"

Et spesifikt eksempel på anvendelse av oppfinnelsen er overvåking av parametere i samtlige enkeltceller i et stort batteri, eksempelvis et nødstrøms-batteri eller et fremdriftsbatteri i en ubåt. A specific example of application of the invention is the monitoring of parameters in all individual cells in a large battery, for example an emergency power battery or a propulsion battery in a submarine.

Rent prinsipielt representerer imidlertid foreliggende oppfinnelse et helt generelt system for, med mange stasjoner tilknyttet samme enleder, å både sende og motta signaler mellom en felles sentralenhet, og enkeltstasjoner tilknyttet enlederen , eventuelt også signaler mellom stasjonene. Systemet kan utføres slik at det blir galvanisk skille mellom enhetene. Oppfinnelsen muliggjør også forskjellige, meget effektive metoder for støykansellering og feiloppretting av støy-ødelagte data. In principle, however, the present invention represents a completely general system for, with many stations connected to the same single conductor, to both send and receive signals between a common central unit, and individual stations connected to the single conductor, possibly also signals between the stations. The system can be designed so that there is galvanic separation between the units. The invention also enables different, highly effective methods for noise cancellation and error correction of noise-corrupted data.

TEKNIKKENS STILLING STATE OF THE ART

Fra US patent nr. 5,260,701 er kjent et system for samtidig overføring av data mellom to stasjoner, der en sentralenhet sender ut et amplitudemodulert vekselspenningssignal, og der en slavestasjon mottar både krafttilførsel og styresignaler fra sentralenheten og sender svar tilbake ved å modulere sin komplekse impedans. Overføringslinken er en induktiv kopling over en avstand på bare noen få centimeter, slik at sender- og mottakerantennene nærmest kan ses på som primær- og sekundærviklinger i en transformator. From US patent no. 5,260,701 is known a system for the simultaneous transmission of data between two stations, where a central unit sends out an amplitude-modulated alternating voltage signal, and where a slave station receives both power supply and control signals from the central unit and sends a response back by modulating its complex impedance. The transmission link is an inductive connection over a distance of only a few centimeters, so that the transmitter and receiver antennas can almost be seen as primary and secondary windings in a transformer.

Fra US patent nr. 5,657,324 er videre kjent et system for samtidig overføring av data mellom flere stasjoner over en enkeltleder, der en sentralenhet sender ut et modulert likespenningssignal, og der slavestasjoner hver for seg mottar både krafttilførsel og styresignaler fra sentralenheten og sender svar tilbake ved å modulere sin motstandsverdi over linjen. From US patent no. 5,657,324, a system is further known for the simultaneous transmission of data between several stations over a single conductor, where a central unit sends out a modulated direct voltage signal, and where slave stations individually receive both power supply and control signals from the central unit and send responses back by to modulate its resistance value across the line.

Norsk patentsøknad nr. 1995 1291 beskriver en fremgangsmåte for samtidig overføring av data mellom stasjoner over en totråds-forbindelse, der en sentralenhet sender ut et amplitudemodulert vekselspenningssignal ved å amplitudemodulere bare den ene halvperioden av signalet, og der de øvrige stasjonene mottar både krafttilførsel, synkronisering og styresignaler fra sentralenheten og sender svar tilbake ved å modulere sin impedans på linjen i de andre halvperiodene. Denne norske patentsøknaden beskriver med andre ord en slags tidsmultipleksing, der signalene hver vei på kommunikasjonslinjen prinsipielt ikke er til stede samtidig, men i forskjellige, meget tett på hverandre følgende tidsluker. Norwegian patent application no. 1995 1291 describes a method for the simultaneous transmission of data between stations over a two-wire connection, where a central unit sends out an amplitude-modulated alternating voltage signal by amplitude-modulating only one half-period of the signal, and where the other stations receive both power supply, synchronization and control signals from the central unit and sends a response back by modulating its impedance on the line in the other half periods. In other words, this Norwegian patent application describes a kind of time multiplexing, where the signals each way on the communication line are in principle not present at the same time, but in different, very closely following time slots.

HERVÆRENDE OPPFINNELSE PRESENT INVENTION

Det er behov for en mer effektiv kommunikasjonsform enn det som fremgår av den kjente teknikk. I herværende oppfinnelse vil informasjon fra sentralenheten moduleres inn på datalinjen som en amplitudemodulasjon av et grunnsignal, mens signalet fra stasjonen moduleres inn på linjen som en kombinasjon av strøm- og fase- modulasjon. En amplitudemodulasjon fra sentralenheten vil føre til en strømendring i linjen, fordi strømtrekket i stasjonen øker ved økt amplitude på signallinjen. There is a need for a more efficient form of communication than what appears from the known technique. In this invention, information from the central unit will be modulated onto the data line as an amplitude modulation of a basic signal, while the signal from the station is modulated onto the line as a combination of current and phase modulation. An amplitude modulation from the central unit will lead to a current change in the line, because the current draw in the station increases with increased amplitude on the signal line.

Fordi, som vi vil beskrive senere, sentralenhet og stasjon har samme klokke, er det mulig å skille en fasemodulasjon som skyldes signalering fra stasjonen, fra vekslende strømtrekk som skyldes vekslende spenningsamplituder på linjen. Dette betyr at det på datalinjen kan ligge både en amplitudemodulasjon og en strø m/fasemodulasjon samtidig , eller i de samme halvperioder i grunnsignalet.. Because, as we will describe later, the central unit and the station have the same clock, it is possible to separate a phase modulation due to signaling from the station, from alternating current draws which are due to alternating voltage amplitudes on the line. This means that the data line can contain both an amplitude modulation and a current w/phase modulation at the same time, or in the same half-periods in the basic signal.

Oppfinnelsens konstruksjon muliggjør altså en toveis kommunikasjon mellom en felles sentralenhet og mange stasjoner tilknyttet en felles enleder datalinje. Alle enhetene må i tillegg til felles enleder datalinje være tilkoblet en felles ac-jord. I eksempelvis et batteri vil alle tilkoblingspoler liggende på forskjellige likespenningspotensial, representere et slikt felles vekselstrømsmessig jordpunkt. The construction of the invention thus enables two-way communication between a common central unit and many stations connected to a common single-conductor data line. In addition to a common single-conductor data line, all units must be connected to a common ac ground. In, for example, a battery, all connection poles lying at different direct voltage potentials will represent such a common alternating current ground point.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebrakt en fremgangsmåte slik som innledningsvis nevnt, og hvor fremgangsmåten kjennetegnes ved de trekk som fremgår av den karakteriserende del av det vedføyde krav 1. Spesielle utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de tilknyttede uselvstendige kravene. According to the present invention, there is thus provided a method as mentioned at the outset, and where the method is characterized by the features that appear in the characterizing part of the attached claim 1. Special embodiments of the invention appear in the associated independent claims.

FIGURFORTEGNELSE LIST OF FIGURES

I det følgende skal oppfinnelsen beskrives i nærmere detalj, og det vises i denne sammenheng til de vedføyde figurene, som belyser spesielle utførelses-former på ikke-begrensende måte. In what follows, the invention will be described in more detail, and reference is made in this context to the attached figures, which illustrate particular embodiments in a non-limiting manner.

Fig. 1 viser skjematisk en foretrukket utførelsesform av en sentralenhet som kan benyttes i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, Fig. 1 schematically shows a preferred embodiment of a central unit that can be used in the method according to the invention,

fig. 2 viser en foretrukket utførelsesform av en av flere stasjoner tilknyttet en sentralenhet, her i form av en målestasjon, til bruk i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, fig. 2 shows a preferred embodiment of one of several stations associated with a central unit, here in the form of a measuring station, for use in the method according to the invention,

fig. 3 illustrerer kurveformer ved modulasjon i henhold til en foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og fig. 3 illustrates waveforms by modulation according to a preferred embodiment of the method according to the invention, and

fig. 4 skisserer et eksempel på en demodulert datastrøm fra en stasjon. fig. 4 outlines an example of a demodulated data stream from a station.

DETALJERT BESKRIVELSE DETAILED DESCRIPTION

Alle stasjonene i systemet får på en i og for seg kjent måte sin matespenning og klokkesignal fra den felles datalinje. Stasjonen kan modulere strømtrekket på linjen, på en i og for seg kjent måte. Men, de kretstekniske løsninger muliggjør en fasemodulasjon i tillegg til en strømmodulasjon. Dette åpner for nye , forbedrede egenskaper. All stations in the system receive their supply voltage and clock signal from the common data line in a manner known per se. The station can modulate the current draw on the line, in a manner known per se. However, the circuit engineering solutions enable a phase modulation in addition to a current modulation. This opens up new, improved properties.

I en praktisk konstruksjon vil både sentralenheten og alle stasjonene ha en mikrokontroller for å styre kommunikasjon og andre funksjoner. Kommunikasjonen mellom stasjon og sentralenhet må nødvendigvis være seriell. At sentralenhet og stasjon har felles klokkesignal under en seriell kommunikasjon på en enleders datalinje, gir muligheter for en meget god datasikring og feilretting . Ved seriell signaloverføring i støybelastede områder vil tradisjonelle overføringsystemer, eksempelvis RS 232, lettere være utsatt for feil enn oppfinnelsens system. Når sender og mottaker i en seriell overføring er styrt fra samme klokkesignal, vil mottaker, når kommunikasjonen først er etablert, alltid vite når neste databit skal komme. Det vil beskrives metoder for å kansellere støy, og også til å lage meget enkle, men effektive, rutiner for automatisk feiloppretting. In a practical design, both the central unit and all the stations will have a microcontroller to control communication and other functions. The communication between station and central unit must necessarily be serial. The fact that the central unit and station have a common clock signal during serial communication on a single-conductor data line provides opportunities for very good data protection and error correction. In the case of serial signal transmission in noise-laden areas, traditional transmission systems, for example RS 232, will be more prone to errors than the system of the invention. When the sender and receiver in a serial transmission are controlled from the same clock signal, the receiver, once communication is established, will always know when the next data bit is to arrive. Methods will be described to cancel noise, and also to create very simple, but effective, routines for automatic error correction.

I det følgende gjennomgås eksempler på foretrukne utførelsesformer av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, i form av virkemåte-beskrivelser tilknyttet figurene. In the following, examples of preferred embodiments of the method according to the invention are reviewed, in the form of operating mode descriptions associated with the figures.

VIRKEMÅTE, SENTRALENHET MODE OF OPERATION, CENTRAL UNIT

Figur 1 viser skjematisk en sentralenhet. Figure 1 schematically shows a central unit.

O er en oscillator, eksempelvis sinusoscillator med frekvens i området O is an oscillator, for example a sine oscillator with a frequency in the range

100-500kHz. 100-500kHz.

T er en transformator T is a transformer

R1 er en motstand R1 is a resistor

A1 er en forsterker A1 is an amplifier

GND er et fast likespenningspotensial, eksempelvis sentralenhetens 0-volt GND is a fixed direct voltage potential, for example the central unit's 0-volt

Ude er et vekselstrømsmessig fast potensial. Likespenningskomponenten kan Ude is an alternating current fixed potential. The DC voltage component can

eventuelt endres. possibly changed.

DM er en fase- og strøm-demodulasjonskrets The DM is a phase and current demodulation circuit

K1 er enhetens mikrokontroller K1 is the device's microcontroller

Mikrokontrolleren K1 kan amplitudemodulere signalet fra oscillatoren. The microcontroller K1 can amplitude modulate the signal from the oscillator.

R1 og A1 forsterker strømmen i primærsiden av transformator T til et lesbart signal for demodulasjonskretsen DM. DM beregner fase-awiket mellom oscillatorens spenning og strømmen i transformatoren. DM kan eksempelvis gi ut et digitalt av/på signal som indikerer når fasevridningen er over en bestemt grense ( altså når en stasjon sender databit). Figur 3 viser et tidsdiagram av fasemodulasjon. Dette diagram vil kommenteres senere. Enhetene på transformatorens primærside må være tilkoblet felles jord eller 0-volt. Dette er avmerket GND. Transformatorens sekundærsides ene tilkobling er datalinjen, mens den andre tilkobling må kobles til et fast vekselspenningspotensial (Ude). Ved at Ude vekselstrømsmessig er koblet til samme potensial som stasjonene på datalinjen, vil stasjonene vekselstrømsmessig kunne sette opp en strøm i linjen. R1 and A1 amplify the current in the primary side of transformer T into a readable signal for the demodulation circuit DM. The DM calculates the phase difference between the oscillator's voltage and the current in the transformer. DM can, for example, issue a digital on/off signal that indicates when the phase shift is above a certain limit (i.e. when a station sends a data bit). Figure 3 shows a timing diagram of phase modulation. This diagram will be commented on later. The units on the primary side of the transformer must be connected to common earth or 0-volt. This is marked GND. One connection on the secondary side of the transformer is the data line, while the other connection must be connected to a fixed alternating voltage potential (Ude). As Ude is connected to the same potential in terms of alternating current as the stations on the data line, the stations will be able to set up a current in the line in terms of alternating current.

VIRKEMÅTE, MÅLESTASJON MODE OF OPERATION, MEASURING STATION

Figur 2 viser en målestasjon. Figure 2 shows a measuring station.

Vf er et felles potensial, eksempelvis en battericelles negative poltilkobling. Vf is a common potential, for example a battery cell's negative pole connection.

C1 er en kondensator som kobler stasjonen til datalinjen C1 is a capacitor that connects the drive to the data line

SL er datalinjen SL is the data line

D2 er en likeretterdiode for generering av matespenning i stasjonen D2 is a rectifier diode for generating supply voltage in the drive

C2 er en kondensator for strømforsyning til stasjonens kretser. C2 is a capacitor for power supply to the station's circuits.

D1 er en diode, som lader opp C1 i halvperioden etter at det går strøm i D2 D1 is a diode, which charges C1 in the half-cycle after current flows in D2

T1 er en transistorkobling som omformer linjevekselspenningen til et digitalt T1 is a transistor switch that converts the line AC voltage into a digital one

klokkesignal clock signal

K2 er stasjonens mikrokontroller eller logiske styring. K2 is the drive's microcontroller or logic controller.

R3 er en motstand , basemotstand for kontrollerens styring av T2 R3 is a resistor, base resistance for the controller's control of T2

T2 er en transistor som ved modulasjon av logisk "1" drar strøm T2 is a transistor which, when modulated by logic "1", draws current

R2 er en motstand som sammen med T2 og C3 forårsaker fase dreiing av R2 is a resistance which, together with T2 and C3, causes phase reversal

strømmen the electricity

C3 er en kondensator/kompleks impedans som kobler modulasjon inn på linjen D3 er en diode som lader opp C3 i halvperioden etter at det går strøm i T2 C3 is a capacitor/complex impedance that couples modulation onto the line D3 is a diode that charges C3 in the half-period after T2 is energized

R4 er en motstand, eksempelvis 1 Mohm R4 is a resistance, for example 1 Mohm

VK er en komparator som gir ut signal til K2 når likespenning på SL er i bestemt område VK is a comparator that outputs a signal to K2 when the DC voltage on SL is in a certain range

Stasjonen får sin matespenning ved likeretting av vekselspenningen mellom datalinjen og stasjonens faste potensial Vf. Vekselspenningen kobles inn i stasjonen via C1, dioden D2 enkelt-likeretter signalet, og kondensatoren C2 lagrer så en matespenning til stasjonen. The station gets its supply voltage by rectification of the alternating voltage between the data line and the station's fixed potential Vf. The alternating voltage is connected to the station via C1, the diode D2 single-rectifies the signal, and the capacitor C2 then stores a supply voltage to the station.

I en enkelt transistorkobling T1 blir vekselspenning-signalet over D1 rettet opp, slik at mikrokontrolleren K2 på sin klokkeinngang ser firkantpulser, med samme amplitude som likespenningen over C2. In a single transistor connection T1, the alternating voltage signal across D1 is rectified, so that the microcontroller K2 sees square pulses on its clock input, with the same amplitude as the direct voltage across C2.

Mikrokontrolleren (K2) kan ha analoge og digitale innganger som avleses. Resultatene fra avlesningene konverteres til egnet seriell kode, og moduleres inn som komplekse strømendringer på den felles datalinje via T2, R2, R3, C3 og D3. The microcontroller (K2) can have analog and digital inputs that are read. The results from the readings are converted into suitable serial code, and modulated as complex current changes on the common data line via T2, R2, R3, C3 and D3.

Utdypende forklaring av konsekvensene ved denne modulasjon beskrives senere. A detailed explanation of the consequences of this modulation is described later.

Målestasjonen har også en amplitude-målekrets (AM) som kan avgjøre om amplituden på signalet på linjen er over eller under en på forhånd valgt verdi. Denne kretsen måler relativt, det vil si at den eksempelvis avgjør om momentan-verdier av amplituden er større/mindre enn en prosentdel av gjennomsnittet av maksimal-amplituden i en lengre forutgående tidsperiode. The measuring station also has an amplitude measuring circuit (AM) which can determine whether the amplitude of the signal on the line is above or below a preselected value. This circuit measures relatively, i.e. it determines, for example, whether instantaneous values of the amplitude are greater/less than a percentage of the average of the maximum amplitude in a longer preceding time period.

VIRKEMÅTE, INNKOBLING AV STASJONENE MODE OF OPERATION, CONNECTION OF THE STATIONS

Systemet forutsetter at kun sentralenhet og en stasjon kommuniserer samtidig. Stasjonene må altså kunne adresseres selektivt. Stasjonene tar også sin matestrøm fra datalinjen . Denne strømmen vil ved sentralenhetens demodulasjon av fase/strøm-modulasjonen vise seg som en "bakgrunnsstrøm". Det er ønskelig at forholdet mellom denne bakgrunnsstrømmen og modulasjons-signalet er så stort som mulig. Derfor er det ønskelig at kun en stasjon trekker strøm om gangen. The system assumes that only the central unit and one station communicate at the same time. The stations must therefore be able to be addressed selectively. The stations also take their feed current from the data line. This current will appear as a "background current" during the central unit's demodulation of the phase/current modulation. It is desirable that the ratio between this background current and the modulation signal is as large as possible. It is therefore desirable that only one station draws power at a time.

Her er mange muligheter, kun noen få oppsummeres kort: There are many possibilities here, only a few are briefly summarized:

En moderne mikrokontroller trekker svært lite strøm dersom eksempelvis ikke analog/digital-konvertere benyttes. Stasjonens kontroller kan ligge i en slags hvilemodus, og vente på at sentralenheten skal sende stasjonens identitetsnummer ut på datalinjen. Da utfører stasjonen sine strømtrekkende måleoppgaver, og sender data tilbake, enten i en bestemt tid, eller til et identitetsnummer som legges inn på datalinjen fra sentralenheten. A modern microcontroller draws very little current if, for example, analogue/digital converters are not used. The station's controller can be in a kind of sleep mode, waiting for the central unit to send the station's identity number out on the data line. The station then performs its current-consuming measurement tasks, and sends data back, either for a specific time, or to an identity number that is entered on the data line from the central unit.

Denne metodikk forutsetter at stasjonene er forhåndsprogrammerte med et identitetsnummer. This methodology assumes that the stations are pre-programmed with an identity number.

Man kan tenke seg en datalinje nummer to. Sentralenheten gir første stasjon i rekken beskjed om å starte. Stasjonen utfører sin oppgave, og gir neste stasjon i rekken beskjed om å starte, for selv igjen å gå i sove-modus. Dette er en kjent teknikk, også kalt "Daisy -Chain". Spesielt når oppfinnelsen er et system som brukes som overvåking på et batteri, er dette en metodikk som er meget kosteffektiv. En stasjon er tilkoblet hver celle i et batteri bestående av mange enkeltceller. Alle stasjonene ligger derfor på forskjellige, stigende potensialer. Stasjonene vil normalt være i en sovemodus. One can imagine a second data line. The central unit instructs the first station in the row to start. The station performs its task, and instructs the next station in the line to start, only to go into sleep mode again. This is a well-known technique, also called "Daisy-Chain". Especially when the invention is a system that is used as monitoring of a battery, this is a methodology that is very cost-effective. A station is connected to each cell in a battery consisting of many individual cells. All the stations are therefore at different, rising potentials. The stations will normally be in a sleep mode.

Figur 2 viser en vindus-komparator VK i stasjonen som måler spennings-forskjellen mellom stasjonens tilkoblingspunkt og datalinjens likespenningspotensial. Når denne spenningen er innenfor et forutbestemt område, eksempelvis 0.2 til 1.0 volt, vil komparatoren VK gi et signal til mikrokontrolleren K2, som så utfører de bestemte oppgaver. Inngangsmotstanden R4 til VK kan gjøres meget høyohmig, eksempelvis 1 Mohm. Det betyr at det fortsatt vil være en tilnærmet "galvanisk skille" mellom stasjon og datalinje. I figur 1 er transformator T tilkoblet et fast potensial Ude. Anta at Ude kan variere, eksempelvis i løpet av 10 sekunder, fra batteriets laveste potensial til batteriets høyeste potensial (fra 0 volt til 48 volt). Ved et slikt gjennomløp vil nå alle stasjonene suksessivt koble seg inn og ut. Figure 2 shows a window comparator VK in the station which measures the voltage difference between the station's connection point and the data line's direct voltage potential. When this voltage is within a predetermined range, for example 0.2 to 1.0 volts, the comparator VK will give a signal to the microcontroller K2, which then performs the specified tasks. The input resistance R4 to VK can be made very high-resistive, for example 1 Mohm. This means that there will still be an approximate "galvanic separation" between station and data line. In Figure 1, transformer T is connected to a fixed potential Ude. Assume that Ude can vary, for example within 10 seconds, from the battery's lowest potential to the battery's highest potential (from 0 volts to 48 volts). In the case of such a pass-through, all the stations will now successively connect in and out.

VIRKEMÅTE, SIGNAL FRA STASJON TIL SENTRALENHET MODE OF OPERATION, SIGNAL FROM STATION TO CENTRAL UNIT

Anta at en stasjon er adressert, og sender tilbake informasjon. Kontrolleren (K2) kan som modulasjon/signalering styre strømtrekket på linjen via R3, T2 ,R2 og C3. Assume that a station is addressed, and sends back information. As modulation/signaling, the controller (K2) can control the current draw on the line via R3, T2, R2 and C3.

Dette modulasjonssignal kan prinsipielt kobles inn på linjen via C1 , men det gir en begrensing i hvilken fasedreining det er mulig å sette opp. Trekkes for mye strøm i modulasjonen over en felles kondensator C1, vil matespenningen til stasjonen, og klokkesignalet bli ødelagt. Bruk av to separate kondensatorer skiller denne oppfinnelse vesentlig fra norsk søknad 1995 1291. This modulation signal can in principle be connected to the line via C1, but it limits the phase rotation that can be set up. If too much current is drawn in the modulation across a common capacitor C1, the supply voltage to the station and the clock signal will be destroyed. The use of two separate capacitors significantly distinguishes this invention from Norwegian application 1995 1291.

Når strømtrekket kobles inn på linjen via en kondensator eller en kompleks impedans, vil strømtrekket i gruppeinterfacet ikke bare få en større amplitude, men også kunne bli fase-forskjøvet meget betydelig i forhold til oscillatorens signal. Modulasjonen styres fra mikrokontroller K2 slik at selve endringen i strøm/fase skjer når vekselspenningsignalet på datalinjen er null. Derved vil utstrålt støyspekter bli et minimum. When the current draw is connected to the line via a capacitor or a complex impedance, the current draw in the group interface will not only have a larger amplitude, but could also be phase-shifted very significantly in relation to the oscillator's signal. The modulation is controlled from microcontroller K2 so that the actual change in current/phase occurs when the alternating voltage signal on the data line is zero. Thereby, radiated noise spectrum will be a minimum.

Datalinjen kan samtidig være amplitudemodulert fra sentralenheten. Da vil strømmen i datalinjen endre seg proporsjonalt og i takt med denne amplitude. Men, da stasjonen i seg selv, når den ikke strøm/fasemodulerer, er tilnærmet ohmsk, vil en amplitudemodulasjon på datalinjen forårsake kun en liten fasemodulasjon. Sentralenheten vil derfor enkelt kunne skille ut den informasjonsbærende fasemodulasjonen. The data line can also be amplitude modulated from the central unit. Then the current in the data line will change proportionally and in step with this amplitude. However, since the drive itself, when not current/phase modulating, is approximately ohmic, an amplitude modulation on the data line will cause only a small phase modulation. The central unit will therefore be able to easily distinguish the information-carrying phase modulation.

Figur 3 illustrerer kurveformer ved modulasjon. Kurve (a) er signalet fra oscillatoren i gruppeinterfacet (dvs. sentralenheten), (b) er et digitalisert signal basert på a, og ligger i tid på samme sted i forhold til signal a , (c) er signalet ut fra A1 når stasjonen ikke modulerer med økt strømtrekk, og (d) er signalet med økt strømtrekk. Når det strøm/fasemoduleres, vil kurve d ha en betydelig spenning i tidsluken b. Demodulasjonskretsen (DM) i gruppeinterfacet detekterer på basis av dette både strøm og fase-endringer. Figure 3 illustrates curve shapes for modulation. Curve (a) is the signal from the oscillator in the group interface (i.e. the central unit), (b) is a digitized signal based on a, and lies in time at the same place in relation to signal a, (c) is the signal from A1 when the station does not modulate with increased current draw, and (d) is the signal with increased current draw. When current/phase is modulated, curve d will have a significant voltage in time slot b. The demodulation circuit (DM) in the group interface detects both current and phase changes on the basis of this.

VIRKEMÅTE, SIGNAL FRA SENTRALENHET TIL STASJONENE MODE OF OPERATION, SIGNAL FROM THE CENTRAL UNIT TO THE STATIONS

Sentralenheten kan amplitudemodulere oscillatoren "O" på helt vanlig måte. Stasjonens demodulasjonskrets er utformet slik at den gir et digitalt signal ut ved høy amplitude. AM er utført slik at grensen for høy/lav ikke er bestemt av absolutte verdier av linjespenningen, men baserer seg på eksempelvis et avvik fra gjennomsnittet av linjens maksimalamplitude over en periode . Dette gjør demodulasjonskretsen meget ufølsom for eksempelvis endringer i den generelle linjeamplitude The central unit can amplitude modulate the oscillator "O" in the usual way. The station's demodulation circuit is designed so that it outputs a digital signal at high amplitude. AM is designed so that the limit for high/low is not determined by absolute values of the line voltage, but is based on, for example, a deviation from the average of the line's maximum amplitude over a period. This makes the demodulation circuit very insensitive to, for example, changes in the general line amplitude

STØYKANSELLERING NOISE CANCELLATION

Systemet muliggjør en meget spesiell og kraftig metode for datasikring, støykansellering og automatisk feilretting. Figur 4 skisserer et eksempel på en demodulert datastrøm fra en stasjon. Figuren viser en byte informasjon, med en litt spesiell synkroniseringsbit (SB)i forkant. I tiden T som en byte overføring tar, vil oscillatoren O ha gjennomløpt et betydelig høyere antall sykluser enn antall databit. Tiden T og oscillatorfrekvensen må tilpasses slik at en databit minimum blir 3 perioder av oscillatorfrekvensen. I praksis vil man velge et høyere antall, eksempelvis 16 eller 32. Figuren indikerer 8 databit mellom hver synkroniseringsbit (SB), hvor heltrukne topper viser faktiske logiske "1 "-biter, mens stiplede topper bare indikerer posisjoner for biter satt til logisk "0", som ligger på nedre nivå. Skissen viser at det er valgt å legge tidsluker mellom databitene. Det er ingen nødvendighet. Synkroniseringsbit har en spesiell form, to korte og en lang puls. The system enables a very special and powerful method for data security, noise cancellation and automatic error correction. Figure 4 outlines an example of a demodulated data stream from a station. The figure shows a byte of information, with a slightly special synchronization bit (SB) in front. In the time T that a byte transfer takes, the oscillator O will have run through a significantly higher number of cycles than the number of data bits. The time T and the oscillator frequency must be adapted so that a data bit is a minimum of 3 periods of the oscillator frequency. In practice, one would choose a higher number, for example 16 or 32. The figure indicates 8 data bits between each synchronization bit (SB), where solid peaks show actual logical "1" bits, while dashed peaks only indicate positions for bits set to logical "0" ", which is located on the lower level. The sketch shows that it has been chosen to add time slots between the data bits. There is no necessity. Synchronization bit has a special shape, two short and one long pulse.

Det finnes en rekke kjente teknikker for støykansellering og dataoppretting. There are a number of known techniques for noise cancellation and data creation.

I det følgende vil det beskrives metodikk som er meget effektiv for oppfinnelsens system, på grunn av det felles klokkesignal i sentralenhet og stasjonen, samt den egenskap at overføringen gjøres i sann tid, og ikke er en tidsmultipleksing. In the following, a methodology will be described which is very effective for the system of the invention, due to the common clock signal in the central unit and the station, as well as the property that the transmission is done in real time, and is not a time multiplexing.

Figur 4 beskrives i det følgende som kommunikasjon fra stasjon til sentralenhet, men kunne prinsipielt også vært den andre veien. Figure 4 is described below as communication from station to central unit, but could in principle also be the other way around.

Synkroniseringsbit er valgt med to meget korte og en lang puls. Sentralenheten leser eksempelvis SB på 6-8 forskjellige steder, for å få en meget sikker verifikasjon av både tilstedeværelse og nøyaktig posisjon i tid for SB. Synchronization bit is selected with two very short and one long pulse. The central unit, for example, reads the SB in 6-8 different places, in order to obtain a very secure verification of both presence and exact position in time for the SB.

Vi antar at en SB er lest feilfritt. Derved er det opprettet en 100% synkronisering mellom stasjon og sentralenhet. Sentralenheten vet nå nøyaktig hvor databitene kommer i tid. Det er bestemt av koden i stasjonen, som selvfølgelig er kjent av sentralenheten. We assume that a SB is read without error. Thereby, a 100% synchronization has been created between station and central unit. The central unit now knows exactly where the data bits arrive in time. It is determined by the code in the station, which of course is known by the central unit.

Kontrolleren K1 i sentralenheten kan nå telle utover i meldingen, og avlese første databit-lokasjon på eksempelvis 3 steder. Fordi det er en synkronoverføring, vil disse 3 punktene være der databiten er, eller skulle vært dersom databiten er ødelagt av støy. The controller K1 in the central unit can now count beyond the message, and read the first data bit location in, for example, 3 places. Because it is a synchronous transmission, these 3 points will be where the data bit is, or should be if the data bit is corrupted by noise.

Dersom K1 ikke leser 3 like verdier, velges den verdi det er flest av, som riktig. Slik fortsetter tellingen og eventuell feilretting utover i databyten. If K1 does not read 3 equal values, the value with the most is selected as correct. This is how the count and any error correction continues beyond the data byte.

Stasjonen kan være programmert til eksempelvis å sende måleverdier fra kanal 1-4, og så gjenta den samme melding igjen og igjen helt til stasjonen blir skrudd av via adresseringsmetodikken. I en slik syklus kan sentralenhetens mikrokontroller, når den må feilrette en eller flere databit, forsøke å måle de samme databitene om igjen feilfritt når meldingen for kanalene 1-4 mottas i neste gjennomløpning. The station can be programmed to, for example, send measured values from channels 1-4, and then repeat the same message again and again until the station is switched off via the addressing methodology. In such a cycle, the central unit's microcontroller, when it has to correct one or more data bits, can attempt to measure the same data bits again without error when the message for channels 1-4 is received in the next pass.

Synkroniseringsbiten SB er valgt vanskelig å lese, på grunn av sine 4 korte pulsbredder ("1" og "0"). SB er ikke informasjonsbærer, slik at så lenge SB er lesbart, er databitene lesbare med bedre signal/støy-forhold. The synchronization bit SB is chosen difficult to read, due to its 4 short pulse widths ("1" and "0"). SB is not an information carrier, so as long as SB is readable, the data bits are readable with a better signal/noise ratio.

Det er ønskelig at dersom det er mye støy på linjen, skal K1 ha vanskelighet med å gjenkjenne SB før selve databitene er vanskelige å lese. It is desirable that if there is a lot of noise on the line, K1 should have difficulty recognizing the SB before the data bits themselves are difficult to read.

Men, dersom SB er vanskelig eller umulig å lese feilfritt, så vet telleren i K1 hvor SB burde være, og kan fortsatt holde synkroniseringen i overføringen. Det kan legges inn kriterier, eksempelvis at inntil 3-4 SB kan mangle før K1 begynner å forkaste en bytemelding. Så snart en SB igjen leses feilfritt, er igjen en full synkronisering opprettet. Denne metodikk legges inn for å sikre at eventuelle feiltellinger i stasjonens kontroller K2, som følge av støy på datalinjen, elimineres. Støy på datalinjen kan resultere i manglende eventuelt ekstra klokkepulser til stasjonens kontroller. However, if the SB is difficult or impossible to read without error, the counter in K1 knows where the SB should be, and can still keep the synchronization in the transmission. Criteria can be entered, for example that up to 3-4 SB can be missing before K1 starts to discard a byte message. As soon as an SB is again read without error, a full synchronization is again established. This methodology is introduced to ensure that any false counts in the station's controller K2, as a result of noise on the data line, are eliminated. Noise on the data line can result in a lack of any additional clock pulses to the station's controller.

Spesielt for oppfinnelsen anvendt på et batteri er det skissert en metodikk for støykansellering som er meget effektiv. På et batteri er forventet støymønster kjent. Eksempelvis kan det forekomme støypulser fra en 3-500Hz vekselretter som lader eller utlader batteriet. Especially for the invention applied to a battery, a methodology for noise cancellation is outlined which is very effective. On a battery, the expected noise pattern is known. For example, there may be noise pulses from a 3-500Hz inverter that charges or discharges the battery.

Når en stasjon er innkoblet, vil den måle, og deretter sende data tilbake . Dataene sendes tilbake igjen og igjen, helt til stasjonen skrus av. When a station is connected, it will measure and then send data back. The data is sent back again and again, until the drive is turned off.

Ved å velge oscillatorfrekvens, samt antall pulser pr. databit på en tilpasset måte, vil følgende kunne oppnås: Det vil aldri kunne være mer enn en støypuls mellom to SB. Videre kan man påse at avstanden mellom SB og støypulser aldri er den samme, eller multiplum av hverandre. Da vil ikke støypulser kunne ødelegge samme SB eller samme databit i to på hverandre følgende byte med samme informasjon. Dette er en mulighet for feilretting som skiller oppfinnelsen fra metodikken beskrevet i norsk patentsøknad 1995 1291. By selecting the oscillator frequency, as well as the number of pulses per data bit in an adapted way, the following will be achieved: There will never be more than a noise pulse between two SBs. Furthermore, it can be ensured that the distance between SB and noise pulses is never the same, or a multiple of each other. Then noise pulses will not be able to destroy the same SB or the same data bit in two consecutive bytes with the same information. This is an opportunity for error correction that separates the invention from the methodology described in Norwegian patent application 1995 1291.

4-VEIS KOMMUNIKASJON 4-WAY COMMUNICATION

I figur 4 vises en primær datastrøm , en primærkommunikasjon, der det er kontrollerte mellomrom mellom de informasjons-bærende databiter. I disse mellomrom kan det selvfølgelig legges inn en sekundær datastrøm som er synkronisert fra den felles oscillator "0"". Derved er det mulig å få to datastrømmer hver vei, i en blanding av amplitudemodulasjon, fasemodulasjon og tidsmultipleksing. Datastrømmene, opp til 4 stykker, behøver ingen "handshake", de kan sendes helt asynkront og uavhengig av hverandre. Dette er også en egenskap som klart skiller oppfinnelsen fra metodikken beskrevet i norsk patentsøknad 1995 1291. Figure 4 shows a primary data stream, a primary communication, where there are controlled spaces between the information-carrying data bits. In these spaces, a secondary data stream synchronized from the common oscillator "0" can of course be inserted. Thereby it is possible to obtain two data streams each way, in a mixture of amplitude modulation, phase modulation and time multiplexing. The data streams, up to 4 pieces , need no "handshake", they can be sent completely asynchronously and independently of each other. This is also a feature that clearly distinguishes the invention from the methodology described in Norwegian patent application 1995 1291.

KOMMUNIKASJON MELLOM STASJONENE COMMUNICATION BETWEEN THE STATIONS

Fordi systemet tillater to datastrømmer samtidig, en i hver retning, kan informasjon sendes fra stasjon til stasjon i sann tid. En stasjon kan sende ut en bestemt kode, som anmoder om kommunikasjon med en annen stasjon. Sentralenheten vil da begynne å sende all innkommet fasemodulert informasjon ut på linjen som samme informasjon, men amplitudemodulert. I denne informasjon må det ligge adresseringsbeskjeder samt beskjeder om hvor lenge sentralenheten skal operere i denne "speil-modus". Because the system allows two data streams simultaneously, one in each direction, information can be sent from station to station in real time. A station can send out a specific code, which requests communication with another station. The central unit will then start sending all incoming phase modulated information out on the line as the same information, but amplitude modulated. This information must contain addressing messages as well as messages about how long the central unit will operate in this "mirror mode".

Claims

1. Method of data communication via a single electrical conductor between a microcontroller-controlled central unit and a number of stations with control unit of logic type or with microcontroller, where the central unit generates a variable, periodic alternating voltage between the conductor and a fixed ac potential, which alternating voltage causes a variable current in the single conductor, characterized by that the central unit varies the amplitude of the alternating voltage to modulate digital information out to the stations on the single conductor, while a station varies the amplitude of the current via the connection of a device with complex impedance on the single conductor, for example a capacitor, whereby digital feedback from the station is detected by the central unit as both a current amplitude -modulation and a phase shift of the relationship between voltage and current on the single conductor.

2. Method according to claim 1, characterized by the fact that the stations use the alternating voltage from the central unit as power supply voltage and clock signal for carrying out time management of the stations' functions.

3. Method according to claim 1, characterized in that a second capacitor couples the supply voltage and the clock signal into a station, which second capacitor is different from the unit with complex impedance with which the modulation is disconnected on the single conductor.

4. Method according to claim 1, characterized in that serial data streams in both directions are synchronized by the alternating voltage.

5. Method according to claim 1, characterized by the fact that bits of information that are encoded into the alternating voltage both from the central unit and the station each have a duration of several oscillations, that each and every bit is read at least three times, governed by the frequency of the alternating voltage, and that when reading, the central unit/control unit selects for each bit the digital value of which there is the most.

6. Method according to claim 1, characterized in that messages sent over the single conductor contain synchronization bits with a special design and with a constant number of alternating voltage periods between them in time, and that any synchronization bits lost by noise are generated by the reading control unit or central unit, using a counter which knows the interval between each sync bit.

7. Method according to claim 1, characterized in that the frequency of the alternating voltage and the number of alternating voltage periods in each individual bit are selected based on knowledge of characteristic electrical noise in the area where the method is to be carried out.

8. Method according to claim 1, characterized in that between the data bits in both directions, in time slots that are not used for primary communication, two further data streams are added, one each way.

9. Method according to claim 1, characterized in that on an electric battery a station is located on each individual cell or sub-block in the battery to measure individual cell parameters, and that the fixed ac potential is defined by the pole connection points of the respective battery cells.

10. Method according to one of claims 1-9, where a station consists of a microprocessor-controlled measuring probe for at least one physical parameter, characterized in that the measuring probe's microprocessor, which has stored the station's address, issues a response containing measurement data when information sent from the central unit contains the station's address.

11. Method according to one of claims 1-9, where a station consists of a microprocessor-controlled measuring probe for at least one physical parameter, characterized in that the measuring probes are interrogated successively so that a first measuring probe receives an activation signal from the central unit on a special activation input via a special line, communicates for a predetermined time with the central unit, and when the time has expired sends a second activation signal to the next measuring probe's corresponding, special activation input via a special line, this next measuring probe then communicates with the central unit in a similar way, and the interrogation then continues from the measuring probe for measuring probe.

12. Method according to one of claims 1-9, where a station consists of a microprocessor-controlled measuring probe for at least one physical parameter, and where each station is associated with a distinct electrical potential, characterized in that the single conductor's direct voltage potential is regulated separately with a voltage generator controllable from the central unit connected between the single conductor and a reference point, e.g. ground, that a comparator in the measuring probe determines the direct voltage difference between the single conductor and the measuring probe's associated special potential, and that the measuring probe is activated for measurement and communication when this difference lies in a predetermined value range.

13. Method according to claim 1, characterized by the fact that the alternating voltage generated in the central unit is mainly sinusoidal, and that changes in all modulation, both from the central unit and stations, are made in the sinusoidal zero crossing.

14. Method according to claim 1, characterized in that the central unit, upon receiving a specially coded data message from a station, enters a reflection operating mode where subsequent current modulations are repeated directly by the central unit as amplitude modulation, i.e. as information out onto the single conductor, e.g. to another station.