AT402587B

AT402587B - Schaltungsanordnung zum übertragen von binären signalen zwischen mehreren teilnehmern

Info

Publication number: AT402587B
Application number: AT213493A
Authority: AT
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1993-10-22
Filing date: 1993-10-22
Publication date: 1997-06-25
Also published as: DE4438836A1; ATA213493A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE-OS 39 07 652 bekanntgeworden. Dabei ist vorgesehen, daß mehrere Teilnehmer über einen Zweidrahtbus sowohl ihre Betriebsenergie beziehen, als auch Daten miteinander austauschen. Netzversorgte Teilnehmer können nicht angeschlossen werden. Nachteilig ist weiterhin, daß ein falsch gepolter Anschluß eines Teilnehmers an die Busleitungen zumindest zum Ausfall der Spannungsversorgung dieses Teilnehmers führt. Für Telefonanschlüsse ist zum Verpolungsschutz aus der EP-OS 535 352 die Beschaltung der Anschlüsse mit Brückengleichrichtern bekannt.

Die Schaltungsanordnung gemäß der oben genannten DE-OS arbeitet im Basisband, das heißt, zur Übertragung eines Telegramms wird die Spannung auf dem Bus entsprechend dem Bitmuster der zu übertragenden Information kurzgeschlossen (moduliert). Hierzu ist es erforderlich, die Spannungsquelle der Schaltungsanordnung entsprechend "weich", das heißt hochohmig, auszulegen. Diese Forderung ist für die Übertragung sehr geringer Datenraten wegen der notwendigen Störsicherheit mit erheblichem schaltungstechnischem Aufwand verbunden. Der Aufbau der Spannungsversorgungsbaugruppe gemäß der oben genannten DE-OS ist zudem mit dem Nachteil behaftet, daß selbst ohne Teilnehmer am Bus der Spannungsquelle ständig ein hoher Strom entnommen wird. Außerdem kann es dazu kommen, daß das Sendetelegramm zumindest abschnittweise nicht mehr digitalisiert werden kann. Das ist dann der Fall, wenn der Innenwiderstand der Spannungsquelle zu gering ist oder der des Sendeschalters im Sender zu groß ist, so daß die Spannung auf dem Bus nicht mehr bis zum Erkennen des "LOW"-Pegels heruntergezogen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Schaltungsanordnung anzugeben, die folgende Leistungsmerkmale aufweist: 1. Ein Datenaustausch ist zwischen den Teilnehmern auch bei vertauschten Busanschlußleitungen möglich (Verpolungsschutz), 2. sowohl busversorgte als auch netzversorgte Teilnehmer können an dem Bus betrieben werden sowie 3. A5/6/7 4. einfacher und damit kostengünstiger Aufbau.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Auf diese Weise läßt sich der gewünschte Innenwiderstand der Spannungsquelle mittels eines kostengünstigen Bauelementes, nämlich eines Vorwiderstandes, einstellen. Der Brückengleichrichter, der auch zur Gleichrichtung von Wechselspannung verwendet werden kann, ermöglicht hier in an sich bekannter Weise eine Anschlußbelegung des zweiadrigen Datenbusses ohne Berücksichtigung einer Polung; das heißt, er ermöglicht einen Verpolungsschutz. Außerdem können netzversorgte und busversorgte Teilnehmer gemischt am Bus betrieben werden. Die busversorgten Teilnehmer sind dabei mit einer Spannungsregler-Energiespei-cher-Baugruppe versehen, wodurch sich ein einfacher und damit kostengünstiger Aufbau ergibt.

Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird sichergestellt, daß nur im Bedarfsfall Strom aus der Spannungsversorgung entnommen wird.

Zur Festlegung des definierten Spannungswertes kann gemäß Anspruch 3 auch der Ausbaugrad des Gesamtsystems einbezogen werden. Dadurch ist sichergestellt, daß infolge des Schließens eines Sendeschalters eines ersten Teilnehmers ein zweiter Teilnehmer eine von Null verschiedene Spannung registriert. Diese ergibt sich aus der Flußspannung der zugeordneten Brückengleichrichter sowie dem Spannungsabfall eines dem Sendeschalter vorgeschalteten Schutzwiderstandes.

Um eindeutige, dem gesendeten Signaltelegramm entsprechende Pegel zu erhalten, sind die Merkmale des Anspruchs 4 vorgesehen. Auch bei unterschiedlichen Spannungspegeln auf dem Bus, beispielsweise aufgrund sich ändernder Teilnehmerzahlen, wird durch die Pulsformstufe unter Hinzuziehung des gleitenden Referenzwertes eine sichere Datenrekonstruktion ermöglicht.

Die zeitliche Formung des gleitenden Referenzwertes (U-) entsprechend Anspruch 5 bewirkt, daß die Auswirkungen der Exemplarstreuungen der Bauelemente stark verringert werden und die erforderliche Dynamik des Senders, insbesondere hinsichtlich der Ansprüche an die Sendeschalter, kleiner werden.

Um kurzzeitige Störungen des gesendeten Telegramms auf dem Bus zu unterdrücken, sind die Merkmale des Anspruchs 6 vorgesehen.

Eine weitere Verbesserung der Störfestigkeit wird mit Hilfe der Hysteresebaugruppe nach Anspruch 7 erreicht.

Die Spannungsbegrenzungsbaugruppe gemäß Anspruch 8 stellt sicher, daß die Ausgangsspannung auf für den nachgeschalteten Controller zulässige Werte begrenzt wird.

Die Mischbestückung gemäß Anspruch 9 hat, insbesondere für eine Heizungsanlage, den Vorteil, daß sowohl Teilnehmer mit geringem Stromverbrauch, nämlich Raumtemperaturregler, als auch netzgebundene Teilnehmer, nämlich Kessel und Pumpen, problemlos angeschlossen werden können. Durch die Busversorgung läßt sich bei den Raumtemperaturreglern eine separate Energieversorgung, beispielsweise über 2

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Batterien, einsparen. Gleichzeitig erübrigen sich gegebenenfalls erforderliche zusätzliche Leitungen. Bei netzgebundenen Kesseln und Pumpen werden die Erweiterungsmöglichkeiten des Gesamtsystems nicht eingeschränkt, da diese Teilnehmer den Bus nicht nennenswert belasten.

Es zeigen:

Figur 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Figur 2 zugehörige Signalverläufe.

Die in Figur 1 dargestellte Schaltung verknüpft im wesentlichen eine Spannungsversorgungseinrichtung 1 über einen Datenbus 2 mit mehreren separaten Teilnehmern 3, 4, von denen zwei dargestellt sind. Der Datenaustausch zwischen den Teilnehmern 3 und 4 erfolgt über zwei Adern 5 und 6 des Datenbusses 2, wobei die beiden Adern 5 und 6 an eine Spannungsquelle 7 mit Vorwiderstand Rv angeschlossen sind. Der Vorwiderstand Rv und die Ausgangsspannung UO der Spannungsquelie 7 sind derart dimensioniert, daß sich einerseits ein für Schaltelemente SE1, SE2 ausreichend hoher Innenwiderstand ergibt und andererseits hinreichend viele Teilnehmer 3, 4... anschließbar sind. Ein nachgeschalteter Regler Reg 1 begrenzt die Ruhespannung auf dem Bus auf den definierten Wert UBus. Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines netzversorgten Teilnehmers 3 (Typ A) und eines busversorgten Teilnehmers 4 (Typ B). Beide Teilnehmer 3 und 4 sind jeweils über einen Brückengleichrichter GL1 und GL2 an den Datenbus 2 angeschlossen. Dabei ist es gleichgültig, welche Ader 5 oder 6 des Datenbusses 2 mit welcher Anschlußleitung 8 oder 9 beziehungsweise 8' oder 9' des Teilnehmers 3 beziehungsweise 4 verbunden wird. Eine Falschpolung ist nicht möglich. Zur Erzeugung eines Signaltelegramms mit entsprechendem Bitmuster enthält jeder Teilnehmer 3 und 4 einen elektronischen Schalter SE1 beziehungsweise SE2, der über einen Controller 10 beziehungsweise 10' angesteuert wird. Bei einem Schließen des elektronischen Schalters SE1 eines Teilnehmers 3 registriert der andere Teilnehmer 4 nicht Null Volt, sondern eine um die Flußspannung der beiden Brückengleichrichter GL1 und GL2 und einen Spannungsabfall eines in Serie zum Schalter SE1 liegenden Schutzwiderstandes R1 höhere Spannung. Um dennoch eindeutige, dem gesendeten Telegramm entsprechende Pegel zu erhalten, ist eine Pulsformstufe OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, C1, C2 vorgesehen. Diese formt den Spannungsverlauf U + durch Vergleich mit einem gleitenden Referenzwert U-in ein Ausgangssignal Ua und bewirkt auch dessen Begrenzung.

Figur 2 zeigt den binären Charakter der Ausgangsspannung Ua in der unteren Kurve und die Bildung dieses Signalverlaufes aus dem Größer-Kleiner-Vergleich mittels des Operationsverstärkers OP zwischen dem Spannungsverlauf U + des empfangenen Signaltelegramms und dem gleitenden Referenzwert U-. Es ist ersichtlich, daß bei einer systematischen Reduzierung des U +-Mittelwertes im Kurvenabschnitt 11 auch die Referenzspannung U- reduziert wird. Durch diesen gleitenden Referenzwert U- ist gewährleistet, daß auch bei deutlichem "Einbruch" der Empfangstelegrammspannung U+ der Referenzwert U- in einer Größenordnung liegt, die zwischen dem LOW-Pegel 12 beziehungsweise 12' und dem High-Pegel 13 beziehungsweise 13' liegt.

Gestrichelt ist auch ein fester Referenzwert 14 dargestellt. Es zeigt sich deutlich, daß ab einem Zeitpunkt tx bei festen Referenzwert 14 keine Datenauswertung mehr möglich wäre, da der High-Pegel 13' unterhalb des festen Referenzwertes 14 liegt.

Die schaltungstechnische Darstellung des gleitenden Referenzwertes U- zeigt Figur 1. Dazu ist eine Spannungsteiler-Tiefpaß-Baugruppe R2, R3, C1 mit relativ großer Zeitkonstante T1 vorgesehen. Diese Baugruppe R2, R3, C1 ist Bestandteil der Pulsformstufe OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, C1, C2. Der sich ergebende Referenzwert U- ist proportional zum Langzeitmittelwert der Empfangstelegrammspannung U +.

Der Spannungsverlauf U + wird über eine Tiefpaßfilterung mit einer relativ geringen Zeitkonstanten T2 störunanfälliger ausgelegt. Kurzzeitige Störungen werden unterdrückt, wenn gilt: T1 » T2.

Durch eine Beschaltung des nicht invertierenden Einganges des Operationsverstärkers OP mit den Widerständen R4 und R5 wird ein Hystereseverlauf der Ausgangsspannung Ua erreicht, wodurch sich eine zusätzliche Erhöhung der Störfestigkeit ergibt.

Dem Ausgang des Operationsverstärkers OP ist ein Widerstand R7 nachgeschaltet, der zusammen mit der Diode D5 die Ausgangsspannung Ua derart begrenzt, daß ein Eingang RxD des Controllers 10 mit einer zulässigen Spannung beaufschlagt wird.

Eine weitere Verbesserung der Störfestigkeit ist durch geeignete Softwaremaßnahmen, zum Beispiel durch die Festlegung einer Abtastrate, die wesentlich größer als die Datenrate ist, und durch unscharfe Bereichsgrenzen für die Zuordnung des empfangenen Signals zu den Low- beziehungsweise High-Zuständen möglich. 3

Claims

AT 402 587 B Durch den Einsatz der Pulsformstufe OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, Ci, C2 ist es gegebenenfalls sogar möglich, auf den Spannungsregler Reg 1 der Baugruppe 1 zu verzichten. Der netzversorgte Typ-A-Teilnehmer 3 und der busversorgte Typ-B-Teilnehmer 4 besitzen im wesentlichen den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion. Der busversorgte Teilnehmer 4 enthält einen eigenen Spannungsregler Reg 2, während der netzversorgte Teilnehmer 3 von einer Spannung 41 versorgt wird und einen Regler Reg 3 aufweist. Zur Energiespeicherung ist beim busversorgten Teilnehmer 4 ein Speicherelement in Form eines Kondensators C3 vorgesehen, welcher zur Ladestrombegrenzung mit einem Serienwiderstand verbunden sein kann. Die Entkopplung des Kondensators C3 vom Datenbus 2 übernimmt in üblicher Weise eine Diode D6. Die Erfindung kann auch unter Verwendung integrierter Bauelemente, die die diskreten Bauelemente der veranschaulichten Schaltung ersetzen können, ausgeführt werden. Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zum Übertragen von binären Signalen (Signaltelegramm) zwischen mehreren an einen zweiadrigen Datenbus (2) angeschlossenen peripheren Teilnehmern (3, 4), welche Sendeschalter (SE1, SE2) aufweisen, wobei an den Datenbus (2) eine Spannungsquelle (7) mit Vorwiderstand (Rv) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung (Uo) der Spannungsquelle (7) und deren Vorwiderstand (Rv) derart dimensioniert sind, daß sich einerseits ein für die Sendeschalter (SE1, SE2) ausreichend hoher Innenwiderstand ergibt und andererseits über in an sich bekannter Weise zum Verpolungsschutz vorgesehene Brückengleichrichter (GL1, GL2) hinreichend viele Teilnehmer (3, 4) anschließbar sind, welche hinsichtlich der Spannungsversorgung als netzversorgte Teilnehmer (3) (Typ A) und/oder als busversorgte Teilnehmer (4) (Typ B) ausgebildet sind, wobei busversorgte Teilnehmer (4) (Typ B) eine Spannungsregler(Reg2)-Energiespeicher-Baugruppe mit einem Kondensator (C3) und gegebenenfalls einem Serienwiderstand zur Begrenzung des Ladestromes aufweisen.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsregler (Reg 1) vorgesehen ist, der die Ausgangsspannung (Uo) auf einen definierten Spannungswert (UBus) begrenzt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der definierte Spannungswert (UBus) unter Berücksichtigung der maximal möglichen Teilnehmerzahl festgelegt ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilnehmer (3, 4) eine Pulsformstufe (OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, Ci, C2) aufweist, die den Spannungsverlauf (U +) eines empfangenen Signaltelegramms durch Vergleich mit einem "gleitenden" Referenzwert (U-) in einen "High-Low-Verlauf" umformt, wobei der Referenzwert (U-) proportional einem Langzeitmittelwert der Signaltelegramm-Spannung (U +) ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Putsformstufe (OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, C1, C2) eine Spannungsteiler-Tiefpaß-Baugruppe (R2, R3, CI) mit einer ersten Zeitkonstanten (TI) aufweist, deren Dimensionierung den zeitlichen Verlauf des gleitenden Referenzwertes (U-) bestimmt.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsformstufe (OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, C1, C2) eine Tiefpaßbaugruppe mit einer zweiten Zeitkonstanten (T2) aufweist, die den Spannungsverlauf (U + ) des empfangenen Signaltelegramms bestimmt, wobei gilt: erste Zeitkonstante (T1) » zweite Zeitkonstante (T2).
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsformstufe (OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, C1, C2) einen Operationsverstärker (OP) aufweist, der mit einer Hysteresebaugruppe (R5, R4) beschältet ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Operationsverstärkers (OP) mit einer einen Widerstand (R7) und eine Diode (D5) aufweisenden Spannungsbegrenzungsbaugruppe beschältet ist, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers (OP) über den Widerstand (R7) mit einem RxD-Eingang eines Controllers (10, 10') und über eine aus dem Widerstand (R7) und der Diode (D5) gebildeten Kette mit einem Vdd-Eingang des Controllers (10, 10') verbunden ist. 4 AT 402 587 B
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung bei einem modularen Temperaturregelsystem einer Heizungsanlage die busversorgten Teilnehmer (4) durch Raumtemperaturregler und die netzversorgten Teilnehmer (3) durch Kessel und Pumpen gebildet sind. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 5