DE10034693A1 - Verfahren zur Datenübermittlung - Google Patents
Verfahren zur DatenübermittlungInfo
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Abstract
Erfindungsgemäß werden Daten mehrerer Sensoren (PIC1, PIC2) an einer Steuereinrichtung (1) über einen Datenbus (6) übermittelt, wobei in dem Sensor (PIC1, PIC2) ein Datenrelevanzwert ermittelt wird, der Datenrelevanzwert des Sensors (PIC1, PIC2) auf den Bus (6) gelegt und nur ein einziger größter Wert wenigstens eines Sensors (PIC1, PIC2) an die Steuerungseinrichtung (1) übermittelt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übermittlung von Da
ten mehrerer Sensoren an eine Steuerungseinrichtung, welches
beispielsweise in der Robotik Verwendung findet. Hierbei wer
den Daten von Sensoren, beispielsweise Kollisionssensoren und
Taktilsensoren bzw. Berührungssensoren an die Steuerungsein
richtung eines Roboters übermittelt und geben dieser Informa
tionen darüber, ob der Roboter mit einem Objekt in Berührung
gekommen ist.
Da eine Kollision in der Regel ein Ereignis darstellt, das
durch die übrigen Sinne des Roboters vermieden werden sollte,
stellt eine solche Kollisionsmeldung eine wichtige und si
cherheitsrelevante Information dar, deren schnelle Übertra
gung wünschenswert ist. Insbesondere bei Verwendung eines Ro
boters im Umfeld von Menschen ist eine schnelle und sichere
Übertragung aus Gründen der Sicherheit vorrangig.
Weiterhin kann es von Bedeutung sein, den genauen Ort bzw.
die Stelle zu erfahren, an welcher die Kollision aufgetreten
ist. Aus diesem Grund besitzen Roboter oftmals eine sehr gro
ße Anzahl von Sensoren, wobei nachteiligerweise eine sichere
und schnelle Übertragung nur unter Einsatz hoher Kosten ge
währleistet ist.
Hierbei müssen sowohl die Kosten für die in den Sensoren üb
licherweise verwendeten Mikrocontroller als auch die Kosten
für die Sende- und Empfangseinrichtung der Sensoren und even
tuell auch der Steuerungseinrichtung, also die Einschaltein
richtung für die Kommunikationsleitungen, die üblicherweise
in Form von Treiberbausteinen erhältlich sind, einberechnet
werden. Aus diesem Grunde werden in den meisten bekannten
Systemen kostengünstige Treiberbausteine für die Mikrocont
roller verwendet, wobei jeder Sensor mit der Steuerungseinheit
einzeln verkabelt ist, um eine sichere und schnelle Ü
bertragung der Sensordaten zu gewährleisten.
Als Alternative hierzu können die Sensoren über ein Bussystem
mit der Steuerungseinrichtung verbunden sein, wobei derartige
Bussysteme in der Praxis kaum Verwendung finden, da durch die
hohen Geschwindigkeitsanforderungen sehr teuere Anschaltbau
gruppen verwendet werden müssen, so dass diese Lösung für ei
nen Einsatz im Großfeldbetrieb nachteiligerweise zu kostenin
tensiv ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grun
de, ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung hierfür, zur
Übermittlung von Daten mehrerer Sensoren an eine Steuerungs
einrichtung zu schaffen, welches eine sichere und schnelle
Übermittlung von Informationsdaten über ein eingetretenes Er
eignis, beispielsweise einer Kollision, gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Schaltungsanordnung
mit den Merkmalen des Anspruchs 5, gelöst.
Nach der Erfindung können sowohl kostengünstige Sende- und
Empfangseinrichtungen, also Anschaltbaugruppen wie Treiber
bausteine u. ä., sowie Sensoren mit kostengünstigen Mikrocont
rollern verwendet werden und zusätzlich eine komplizierte und
kostenintensive Verkabelung mittels Einzelleitungen vermieden
werden.
Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es
weiterhin möglich, anstatt eines schnellen kostenintensiven
Bussystems ein kostengünstiges langsameres Bussystem zu ver
wenden. Hierbei wird durch die Übermittlung der relevantesten
Information, welche sich gegen weniger relevante Informatio
nen am Bus durchsetzt, erreicht, dass diese Information in
ausreichender Geschwindigkeit und Sicherheit bei der Steuerungseinrichtung
vorliegt und entsprechende Reaktionen einge
leitet werden können.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der Datenbus
als eine einzige logische Datenleitung ausgebildet, über die
alle Sensoren sowohl empfangs- als auch sendeseitig mit der
Steuerungseinrichtung kommunizieren. Diese logische einzelne
Datenleitung kann vorteilhafterweise physikalisch in Form ei
nes Zweileitungssystems ausgebildet sein, wobei die Diffe
renzspannung zwischen zwei Leitungen als logische Datenlei
tung fungiert, so dass durch diese Ausgestaltung vorteilhaft
erweise eine sehr störsichere Datenübermittlung gewährleistet
werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beginnen
die Sensoren ihren jeweiligen Datenrelevanzwert, beispiels
weise den detektierten Druckwert einer Kollision, über ihren
Sendeausgang und eine Anschaltbaugruppe synchron zueinander
auf den Bus zu legen. Gleichzeitig horchen die Sensoren mit
ihrem Empfangseingang am Bus auf die entsprechenden Signale.
Selbstverständlich kann dieses Synchronisieren über entspre
chende Protokolle, beispielsweise ein Startbit, insbesondere
negative Taktflanke, welches von allen Sensoren, die am Bus
horchen, detektiert wird oder über die Steuerungseinrichtung,
beispielsweise in Form eines PCs, welcher auf dem Bus ein
spezielles Steuerungsbit oder -signal erzeugt, erfolgen.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung beginnen die
Sensoren ihren jeweiligen Datenrelevanzwert erst auf Anfrage
der Steuerungseinrichtung, also Empfang eines bestimmten Sig
nals oder Signalfolge, beispielsweise ein Byte mit bestimmter
Information, auf den Bus zu legen.
Am Bus, der in bevorzugter Ausführungsform der Erfindung als
"0"-dominanter Bus ausgebildet ist, sendet jeder Sensor so
lange seinen Datenrelevanzwert beispielsweise in Form eines
Bytes, bis er empfangsseitig am Bus eine "0" detektiert und
sendeseitig ein hierzu unterschiedlicher Wert, also eine "1",
anliegt. Nach diesem Prinzip schalten nacheinander die Senso
ren mit weniger relevanten Werten ab, bis eine oder mehrere
Sensoren mit dem gleichen höchsten relevanten Wert übrig
bleiben.
Sofern die Werte in den Sensoren positiv binär, beispielswei
se als ein Byte kodiert und der Bus "0"-dominant ausgebildet
ist, müssen diese Werte für eine Durchsetzung des relevantes
ten Wertes invertiert werden. Selbstverständlich ist auch die
Speicherung der Datenrelevanzwerte in negativer Kodierung in
den Sensoren bzw. deren Mikrocontroller oder ein Bussystem
mit "1"-dominaten Verhalten denkbar.
Nach der Übermittlung des Datenrelevanzwertes kann, um in
vorteilhafter Weise den Ort bzw. die Stelle einer Kollision
festzustellen, als weitere Information, beispielsweise als
nächstes Byte, eine eindeutige ID des oder der Sensoren mit
dem relevantesten Wert an den PC übermittelt werden, wobei
zur Bestimmung eines einzelnen Sensors mit der höchsten Wich
tigkeit die Übermittlung der ID-Werte nach demselben Prinzip,
wie vorstehend für die Datenrelevanzwerte beschrieben, erfol
gen kann. Hierzu sind die ID-Werte vorteilhafterweise den
Sensoren in fallender oder steigender Reihenfolge nach Wich
tigkeit der Orte, an denen sich die Sensoren befinden, zuge
ordnet, so dass sich der wichtigste ID-Wert und damit die re
levanteste Stelle mit dem relevantesten Druckwert wiederum am
Bus durchsetzt und an die Steuerungseinrichtung übermittelt
wird.
Auf diese Art und Weise ist es vorteilhafterweise möglich,
trotz Verwendung kostengünstigster elektronischer Bauteile
und kostengünstiger Verkabelung eine schnelle und sichere Ü
bermittlung des wichtigen Ereignisses, beispielsweise des re
levantesten Druckes bei einer Kollision an eine Steuerungs
einrichtung zu übermitteln.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können mehrere oder
alle Druckwerte der Sensoren in der Reihenfolge ihrer Rele
vanz an die Steuerungseinrichtung übermitteln werden, wobei
der Sensor mit dem jeweils höchsten Datenrelevanzwert nach
dessen Übermittlung an die Steuerungseinrichtung abschaltet,
beispielsweise indem er seinen Datenrelevanzwert auf "0"
stellt und die vorstehenden Schritte zur Übermittlung der Da
tenrelevanzwerte der übrigen Sensoren wiederholt werden.
Dies kann in Abhängigkeit zu einem am PC vorbestimmbaren
Schwellwert wiederholt geschehen, bis bei Unterschreiten die
ses Schwellwertes die Datenübermittlung bzw. die Abfrage der
Sensoren eingestellt wird, wobei, wenn der Schwellwert auf
"0" gesetzt wurde, auch eine Abfrage aller Sensoren möglich
ist.
Bei einer erneuten Kollision können dann die Sensoren bzw.
deren Mikrocontroller von sich aus den selbst auf "0" gesetz
ten Wert mit dem neu detektierten Wert überschreiben, wobei
auch denkbar ist, dass ein Rücksetzen der Sensoren bzw. ihrer
Werte durch ein Übermitteln eines speziellen Signals, bei
spielsweise eines bestimmten Bytes, von der Steuerungsein
richtung an die Sensoren erfolgt.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann die Steue
rungseinheit, beispielsweise in regelmäßigen Abständen oder
auf Anfrage, die Erreichbarkeit der Sensoren über den Bus ü
berprüfen, wobei die Sensoren hierbei auf Anfrage durch die
Steuerungseinrichtung ein Datum, beispielsweise ihr Selbst
testsignal an den Bus legen, welches durch die Steuerungsein
heit ausgewertet wird. Auf diese Weise können Fehler, wie de
fekte Sensoren oder Fehler in der Übertragungsstrecke, voll
automatisch erkannt und bei Übermittlung eines für jeden Sen
sor eindeutigen Wertes zusätzlich auch lokalisiert werden.
Selbstverständlich ist es denkbar, dass die Sensoren bzw. de
ren Mikrocontroller Datenrelevanzwerte in Abhängigkeit der
Stärke einer Kollision am Ort dieses Sensors und in Abhängig
keit bestimmter Relevanzparameter linearer oder nicht linea
rer Art erzeugen, um die Wichtigkeit der Druckstärke bei ei
ner Kollision an bestimmten Stellen den entsprechenden Anfor
derungen, wie das Einbeziehen einer unterschiedlichen Emp
findlichkeit unterschiedlicher Stellen o. ä., möglichst opti
mal anzupassen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeich
nung zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung und
Fig. 2 ein Diagramm eines Kommunikationsprotokolls
einer Schaltungsanordnung nach Fig. 1
Das Prinzipschaltbild nach Fig. 1 zeigt, wie zwei Sensoren
PIC1 und PIC2 mit einer Steuerungseinrichtung 1, beispiels
weise in Form eines PCs, über einen Bus 6 kommunizieren.
Selbstverständlich können an diesem Bus 6 weitere Sensoren in
der für PIC1 und PIC2 dargestellten Form angeschlossen
sein, wobei zu Erläuterung der Schaltungsanordnung sowie des
Übermittlungsverfahrens nachfolgend nur auf die Funktion und
das Zusammenspiel der Sensoren PIC1 und PIC2 mit der Steue
rungsanordnung 1 eingegangen wird.
Der Bus 6 ist in dem Prinzipschaltbild nach Fig. 1 als eine
logische Datenleitung dargestellt, wobei diese eine logische
Datenleitung selbstverständlich physikalisch in verschiedenen
Ausführungsformen, wie Eindrahtleitung mit Spannungsdifferenz
gegenüber Masse, Zweidrahtleitung mit Spannungsdifferenz zwi
schen beiden Leitungen, CAN-Bus, usw. realisiert sein kann.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 kann beispielsweise für
einen Roboter verwendet werden, um die Kommunikation zwischen
dessen Sensoren PIC1, PIC2, beispielsweise Berührungskolli
sions- oder Taktilsensoren, mit seiner Steuereinrichtung 1,
beispielsweise in Form eines PCs, zu ermöglichen.
Wie im Prinzipschaltbild dargestellt, liegen die Empfangsein
gänge RX der Steuerungseinrichtung 1 sowie der Sensoren PIC1
und PIC2 direkt am Bus 6 an, welcher über einen Widerstand 7
mit einer Energieversorgung (beispielsweise 5 Volt) verbunden
ist.
Die Sendeausgänge TX der Steuerungseinrichtung 1 sowie der
Sensoren PIC1 und PIC2 greifen dagegen auf den Bus über An
schaltbaugruppen 3; 5, 11; 13 und 17; 19 zu. Diese Anschaltbau
gruppen umfassen jeweils einen Transistor (5, 13, 19), bei
spielsweise ein MOS-FET, dessen Steuereingang beispielsweise
Gate jeweils über einen Inverter 3, 11, 17 mit dem Sendeaus
gang TX der Steuerungseinrichtung 1 bzw. der Sensoren PIC1,
PIC2 verbunden ist.
Die Invertierung durch die Inverter 3, 11, und 17 soll hier
bei ermöglichen, dass bei einem positiven Signal am Ausgang
TX, also einer logischen "1" an dem Bus 6 ebenfalls eine lo
gische "1" anliegt. Dies ist im Ausführungsbeispiel nötig, da
die dargestellte Transistorschaltung der Transistoren 5, 13,
19 bei einer logischen "1" an ihrem Steuereingang, beispiels
weise Gate oder Basis, die Strecke Gate-Source bzw. Collec
tor-Emitter durchgeschaltet wird, so dass der Bus 6 hierdurch
auf Masse 9, also logisch "0", gezogen wird.
Um diese Invertierung in Folge der Transistoren 5, 13 und 19
und deren Verschaltung aufzuheben, ist an den Steuereingang
des Transistors 5, 13 und 19 jeweils ein Inverter 3, 11 und
17 vorgeschaltet, so dass durch diese doppelte Negierung die
Negierung der Transistoren 5, 13 und 19 aufgehoben wird und
am Bus 6 dasselbe Signal wie an einem Ausgang TX der Steue
rungseinrichtung 1 bzw. der Sensoren PIC1 und PIC2 anliegt.
Selbstverständlich steht dieses Prinzip der Anschaltbaugrup
pen 3; 5 bzw. 11; 13 bzw. 17; 19 nur beispielhaft für bekannte
Treiberbausteine, die sowohl sendeseitig (TX) wie empfangs
seitig (RX) verwendet werden können.
Das dargestellte Prinzipschaltbild zeigt, dass es sich hier
um einen "0"-dominanten Bus handelt, also ein Bus, an dem
sich eine logische "0" bzw. Low-Level gegenüber einem logi
schen High bzw. einer logischen "1" durchsetzt, da der gesam
te Bus durch eine einzige Verbindung zur Masse 9 auf diesen
Low-Level gezogen wird.
Weiterhin liegen die Steuerungseinrichtung 1 sowie die Senso
ren PIC1 und PIC2, die üblicherweise jeweils einen Mikro
controller aufweisen, empfangsseitig mit ihren Empfangsein
gängen RX am Bus 6, so dass der jeweilige Zustand des Busses
6 sowohl von der Steuerungseinrichtung 1 als auch den Senso
ren PIC1 und PIC2 empfangen bzw. detektiert wird.
Auf diese Weise ist es möglich, dass nicht nur die Steue
rungseinrichtung 1 und die Sensoren PIC1 oder PIC2, gegen
seitig ein gesendetes Signal, beispielsweise eine logische
"0", empfangen, sondern auch ein Sensor, beispielsweise PIC1
oder PIC2 das Signal des oder der anderen Sensoren, bei
spielsweise PIC2 oder PIC1 empfängt. Auf diese Weise kann
ein Sensor PIC1 oder PIC2 beispielsweise feststellen, ob ein
anderer Sensor PIC2 oder PIC1 eine logische "0" auf den Bus 6
legt.
Anhand des in Fig. 2 dargestellten Kommunikationsprotokolls
wird nachfolgend die Funktion der Schaltungsanordnung nach
Fig. 1 erklärt.
Sollen von den Sensoren PIC1 und PIC2 die dort registrierten
Ereignisse bzw. deren Werte, beispielsweise ein Druckwert ei
ner Kollision eines Roboters, an die Steuerungseinrichtung 1
übermittelt werden, wird hierbei das Datum eines Sensors,
welches beispielsweise im Register eines Mikrocontrollers des
Sensors vorliegt, über die jeweilige Anschaltgruppe 11; 13
bzw. 17; 19 auf den Bus 6 gelegt.
Da die Sensoren PIC1 und PIC2 Druckwerte einer Kollision,
enthalten und sich der relevanteste Wert, also der höchste
Druck, durchsetzen soll, werden die in den Sensoren enthalte
nen Werte bzw. Druckwerte vor dem Senden, beispielsweise im
Mikrocontroller, negiert bzw. bei einer Ein-Byte-Übertragung
mit FF (binär 1111 1111) EXOR verknüpft.
Hieraus resultiert beispielsweise für einen Druckwert 63 (De
zimal) des Sensors PIC1, welcher in binärer Darstellung 0011
1111 entspricht, der, wie in Fig. 1 oberste Zeile als Recht
ecksignal dargestellte negierte Wert 1100 0000. Der Druckwert
72 (Dezimal) des Sensors PIC2, der binär 0100 1000 ent
spricht, wird so, wie in Fig. 1 mittlere Zeile als Rechteck
signal dargestellt, zu 1011 0111.
Nach einem Startsignal (einer logischen "0" bzw. negative o
der positive Taktflanke), welches beispielsweise zur Synchro
nisation der Übertragung der Informationen der Sensoren PIC1
und PIC2 an die Steuerungseinrichtung 1 dient, wird nachfol
gend und zeitgleich der jeweilige Druckwert eines Sensors
PIC1 und PIC2 bitweise in Reihenfolge 7-6-5-4-3-2-1-0 an den
Bus 6 gelegt.
Da der Bus 6, wie vorstehend ausgeführt, "0"-dominant ist,
setzt sich eine logische "0" eines Sensors PIC1 oder PIC2
durch, so dass die erste logische "0", wie im Beispiel Bit 6
des Sensors PIC2 sich am Bus 6 durchsetzt. Diese logische "0"
wird nicht nur von der Steuerungseinrichtung 1 sondern auch
von dem anderen Sensor PIC2 oder weiteren übrigen Sensoren
am Bus über ihre Empfangseingänge RX festgestellt.
Unterscheidet sich dieser Wert (logisch "0") von dem für die
se Zeit gesendeten Bitwert am Ausgang TX eines jeweiligen
Sensors, so hört dieser Sensor auf zu senden. Eine derartige
Logik zur Feststellung eines solchen Falls "0" am Eingang RX
und hiervon unterschiedlicher Wert am Ausgang TX ist bei
spielsweise über Gatter oder in Form eines Mikroprogramms ei
nes Mikrocontrollers realisierbar. Im Beispiel nach Fig. 2
hört demzufolge der Sensor PIC1 auf zu senden, wobei dies im
Programm nicht ersichtlich ist, da aus Gründen des besseren
Verständnisses im Diagramm die in den Sensoren PIC1 und PIC
2 gespeicherten Druckwerte und nicht die an den Ausgängen TX
bzw. am Bus 6 liegenden Signal logisch dargestellt sind.
Nachdem der Sensor PIC1 während der Übertragung des Bits 6
aufhört zu senden, können die nachfolgenden Bits 5 bis 0 des
Sensors PIC2 unabhängig von dem im Sensor PIC1 enthaltenen
Wert über den Bus 6 an die Steuerungseinrichtung 1 bzw. deren
Eingang RX übertragen werden.
Demzufolge setzt sich auch bei einer Schaltungsanordnung mit
beliebig vielen Sensoren der höchste Wert, also der relevan
teste Wert eines oder mehrerer Sensoren durch. Dabei ist es
denkbar, dass der höchste Wert in mehreren Sensoren identisch
vorhanden ist, so dass sich zwar eine Aussage über den höchs
ten Wert bzw. den relevantesten Wert treffen lässt, der er
findungsgemäß schnell und sicher zur Steuerungseinrichtung 1
übertragen wird, jedoch nicht, in welchem oder in welchen
Sensoren dieser Wert vorliegt. Zu diesem Zeitpunkt ist demzu
folge die Stelle oder der Ort des Auftretens eines solchen
Wertes nicht bekannt.
Dies ist jedoch auf einfache Art und Weise durch Übertragung
eines für einen Sensor eindeutigen ID-Wertes, beispielsweise
wiederum in Form eines Bytes, nachfolgend zur Übertragung des
Druckwertes möglich, bei der sich ebenfalls, wie vorstehend
für den höchsten Druckwert geschildert, nur ein bestimmter,
beispielsweise der höchste ID-Wert durchsetzt.
Nach dieser Übertragung, die ebenfalls mittels eines Start
bits nochmals synchronisiert sein kann, ist der Steuerein
richtung 1 dann nicht nur der relevanteste Wert sondern auch
der Ort bzw. die Stelle dessen Auftretens bekannt. Hierzu
kann die Abfrage eines IDs oder eine Gesamtabfrage "Druckwert
und ID" so lange wiederholt werden, bis kein Sensor mehr sen
det.
Hierbei ist es notwendig, dass ein Sensor mit dem jeweils
höchstwertigen ID und damit wiederum dem relevantesten Wert
nach Übermittlung seines Wertes an die Steuerungseinrichtung
1 abschaltet bzw. bei weiteren ID-Abfragen nicht mehr sendet.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Sensor
PIC2, dessen Datenrelevanzwert und ID zur Steuerungseinrich
tung 1 übertragen wurde, seinen Datenrelevanzwert auf den
niedrigsten Wert setzt (z. B. 0000 0000 und damit invertiert
1111 1111). Damit wird dieser Sensor bei der nächsten Anfrage
nach Daten im Datenrelevanzwert und damit im Durchsetzungs
vermögen auf dem Bus sicher übertroffen, so dass sich der
nächsthöhere Wert (eines anderen Sensors PIC1) durchsetzt und
zur Steuerungseinrichtung 1 gelangt. Hierbei kann ein Sensor
durch das permanente "Horchen" mit seinem Empfangseingang RX
am Bus 6 das erfolgreiche Durchsetzen bzw. die erfolgreiche
Übertragung seines Datenrelevanzwertes (DR-Wert) und evtl.
ID-Wertes feststellen, so dass diesem Sensor (für das nach
folgende Abschalten bzw. Nullsetzen des Registers) bekannt
ist, dass nur er sich am Bus 6 gegenüber den anderen Sensoren
durchgesetzt hat.
Dies wird anhand des nachfolgenden Beispiels mit drei an den
Bus 6 angeschlossenen Sensoren und synchroner Übertragung nä
her erläutert:
DR-Wert: 0000 0110; invertiert: 1111 1001; gesendet: 1111 1001.
ID-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1010.
Dieser Sensor setzt sich beim Senden auf dem Bus 6 durch. Die
Werte auf dem Bus 6 entsprechen denen, die der Sensor senden
wollte. Der Sensor weiß also, dass er der "Gewinner" dieser
Übertragung war. Nach dieser Übertragung setzt dieser Sensor
seinen Datenrelevanzwert (DR-Wert) auf 0000 0000.
DR-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1011.
ID-Wert: 0000 0110; invertiert: 1111 1001; gesendet: 1111 1010.
Dieser Sensor bemerkt, dass sein DR-Wert zu gering war. Er
zieht sich ab dem bit 1 (zweite Stelle von rechts s. Sensor
1) des DR-Wertes vom Bus 6 zurück und sendet nur noch "1"
(bzw. 11. . .), insbesondere für den gesamten ID-Wert.
DR-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1011.
ID-Wert: 0000 0100; invertiert: 1111 1011; gesendet: 1111 1111.
Dieser Sensor bemerkt, dass sein DR-Wert zu gering war. Er
zieht sich ab dem bit 1 des DR-Wertes vom Bus 6 zurück und
sendet nur noch "1", insbesondere für den gesamten ID-Wert.
DR-Wert: 1111 1001; invertiert: 0000 0110 = Druckwert von Sensor 1.
ID-Wert: 1111 1010; invertiert: 0000 0101 = ID-Wert des Sensors 1.
DR-Wert: 0000 0000; invertiert: 1111 1111; gesendet: 1111 1111.
ID-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1111.
Dieser Sensor bemerkt, dass sein (zurückgesetzter) DR-Wert zu
gering war. Er zieht sich ab dem bit 2 (dritte Stelle von
rechts s. Sensor 2 und 3) des DR-Wertes vom Bus 6 zurück und
sendet nur noch "1", insbesondere für den gesamten ID-Wert.
DR-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1010.
ID-Wert: 0000 0110; invertiert: 1111 1001; gesendet: 1111 1001.
Dieser Sensor setzt sich beim Senden auf dem Bus 6 durch. Die
Werte auf dem Bus 6 entsprechen denen, die der Sensor senden
wollte. Der Sensor weiß also, dass er der "Gewinner" dieser
Übertragung war. Nach dieser Übertragung setzt dieser Sensor
seinen Datenrelevanzwert (DR-Wert) auf 0000 0000.
DR-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1010.
ID-Wert: 0000 0100; invertiert: 1111 1011; gesendet: 1111 1011.
Dieser Sensor bemerkt, dass sein DR-Wert hoch genug war, um
erfolgreich gesendet zu werden. Er weiß damit, dass kein an
derer Sensor eine höhere Datenrelevanz hat. Es kann jedoch
trotzdem sein, dass ein anderer Sensor den gleichen DR-Wert
hat (wie in diesem Beispiel). Um die Situation aufzulösen,
wird der ID-Wert übertragen. Hierbei stellt dieser Sensor
fest, dass ein anderer Sensor mit dem gleichen DR-Wert eine
stärker durchsetzende ID besitzt. Deswegen zieht sich dieser
Sensor ab bit 1 der ID vom Bus 6 zurück und sendet nur noch
"1".
DR-Wert: 1111 1010; invertiert: 0000 0101 = Druckwert von Sensor 2.
ID-Wert: 1111 1001; invertiert: 0000 0110 = ID-Wert des Sensors 2.
DR-Wert: 0000 0000; invertiert: 1111 1111; gesendet: 1111 1111.
ID-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1111.
Dieser Sensor bemerkt, dass sein (zurückgesetzter) DR-Wert zu
gering war. Er zieht sich ab dem bit 2 (dritte Stelle von
rechts s. Sensor 3) des DR-Wertes vom Bus 6 zurück und sendet
nur noch "1", insbesondere für den gesamten ID-Wert.
DR-Wert: 0000 0000; invertiert: 1111 1111; gesendet: 1111 1111.
ID-Wert: 0000 0110; invertiert: 1111 1001; gesendet: 1111 1111.
Dieser Sensor bemerkt, dass sein (zurückgesetzter) DR-Wert zu
gering war. Er zieht sich ab dem bit 2 (dritte Stelle von
rechts s. Sensor 3) des DR-Wertes vom Bus 6 zurück und sendet
nur noch "1", insbesondere für den gesamten ID-Wert.
DR-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1010.
ID-Wert: 0000 0100; invertiert: 1111 1011; gesendet: 1111 1011.
Dieser Sensor setzt sich beim Senden auf dem Bus 6 durch. Die
Werte auf dem Bus 6 entsprechen denen, die der Sensor senden
wollte. Der Sensor weiß also, dass er der "Gewinner" dieser
Übertragung war. Nach dieser Übertragung setzt dieser Sensor
seinen Datenrelevanzwert (DR-Wert) auf 0000 0000.
DR-Wert: 1111 1010; invertiert: 0000 0101 = Druckwert von Sensor 3.
ID-Wert: 1111 1011; invertiert: 0000 0100 = ID-Wert des Sensors 3.
DR-Wert: 0000 0000; invertiert: 1111 1111; gesendet: 1111 1111.
ID-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1011.
Alle Sensoren erkennen, dass sie den höchsten möglichen DR-
Wert haben, wissen aber nicht, wie viele andere Sensoren den
gleichen Wert haben. Beim Senden der ID setzt sich der Sensor
mit der stärksten ID durch. Dieser Sensor erkennt ab bit 1
der ID, dass ein anderer Sensor stärker ist (bzw. stärkere ID
besitzt) und sendet ab dort nur noch "1".
DR-Wert: 0000 0000; invertiert: 1111 1111; gesendet: 1111 1111.
ID-Wert: 0000 0110; invertiert: 1111 1001; gesendet: 1111 1001.
Alle Sensoren erkennen, dass sie den höchsten möglichen DR-
Wert haben, wissen aber nicht, wie viele andere Sensoren den
gleichen Wert haben. Beim Senden der ID setzt sich der Sensor
mit der stärksten ID durch. Dieser Sensor erkennt, dass seine
ID sich auf dem Bus durchgesetzt hat.
DR-Wert: 0000 0000; invertiert: 1111 1111; gesendet: 1111 1111.
ID-Wert: 0000 0100; invertiert: 1111 1011; gesendet: 1111 1011.
Alle Sensoren erkennen, dass sie den höchsten möglichen DR-
Wert haben, wissen aber nicht, wie viele andere Sensoren den
gleichen Wert haben. Beim Senden der ID setzt sich der Sensor
mit der stärksten ID durch. Dieser Sensor erkennt ab bit 1
der ID, dass ein anderer Sensor stärker ist (bzw. stärkere ID
besitzt) und sendet ab dort nur noch "1".
DR-Wert: 1111 1111; invertiert: 0000 0000 = minimaler DR-Wert.
ID-Wert: 1111 1001; invertiert: 0000 0110 = ID-Wert des Sensors 2
Der PC erkennt, dass die ID des Sensors 2 nun zum zweitenmal
gesendet wurde. Das bedeutet, dass alle Sensoren ausgelesen
wurden. Dies lässt sich auch am Datenrelevanzwert erkennen,
da der niedrigstmögliche DR-Wert (0000 0000) nicht das Ergeb
nis einer Druckmessung sein darf. Um dies erkennbar zu ma
chen, kann beispielsweise hierfür für jeden gemessenen Druck
immer eine "1" hinzuaddiert werden.
Die ID-Übermittlung kann hierbei ebenso wie die Druckwert
übermittlung auf Anfrage der Steuerungseinrichtung 1, bei
spielsweise durch Übermittlung eines Startsignals in Form ei
nes Bits, negative oder positive Taktflanke, speziellen Bytes
o. ä., erfolgen.
Es ist aber auch denkbar, dass die Sensoren PIC1 PIC2 usw.
von sich aus zu senden beginnen, sobald wenigstens ein Sensor
PIC1, PIC2 eine Kollision feststellt und an den Bus 6 eine
negative Taktflanke oder ein Low-Level-Signal legt, welches
von den übrigen Sensoren als Startbit detektiert wird, so
dass alle an dem Bus 6 liegenden Sensoren PIC1, PIC2 usw.
zeitgleich synchron ihre enthaltenen Druckwerte zu übermit
teln beginnen. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass
nur diejenigen Sensoren zu senden beginnen, welche überhaupt
eine Kollision detektierten.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung erfolgt die ID-
Übermittlung ohne erneute Synchronisation, wobei die Synchro
nisation zur DR-Wert- bzw. Druckwertübermittlung ausgenutzt
wird und vor dem Start der ID-Übermittlung eine festgelegte
Zeitverzögerung stattfindet. Typischerweise messen die Senso
ren PIC1, PIC2 den Zeitpunkt des beispielsweise von der Steu
erungseinrichtung 1 gesendeten Startbits (Ts), beispielsweise
eines ersten gesendeten Bytes, und antworten mit der auf die
se Weise synchronisierten (zeitgleichen) Übertragung der DR-
Werte zu einem festgelegten Zeitpunkt danach (Ts + T1). Im fol
genden benötigen die Sensoren PIC1, PIC2 keine weitere Syn
chronisation und senden mit festgelegter Verzögerung
(Ts + T1 + T2) ihren ID-Wert. Demzufolge ist eine erneute Syn
chronisation zwischen der Übertragung der DR-Werte und der
Übertragung der ID-Werte nicht notwendigerweise erforderlich.
Falls die Zeitbasis der Sensoren jedoch schlecht ist, können
die Sensoren eine definierte Zeit warten und dann zur Syn
chronisation der Übertragung der ID-Werte mit dem Senden ei
nes Startbits beginnen. Hierbei kann der Wartevorgang, während
die Sensoren den Bus 6 auf auftretende Startbits abhö
ren, abgebrochen werden, und somit eine (erneute) Synchroni
sation erreicht werden.
Für die erfindungsgemäße schnelle Datenübermittlung zwischen
den Sensoren PIC1, PIC2 und der Steuerungseinrichtung 1 kann
vorteilhafterweise auf kostengünstige, im Handel erhältliche
Bauteile (in Massenproduktion bspw. RS485 oder CAN-Treiber
von Philips) zurückgegriffen werden.
Die Datenübermittlung kann über den bekannten günstigen Stan
dard RS232 erfolgen, wobei ein kostengünstiges Bussystem mit
nur einer logischen Datenleitung und kostengünstige übliche
Anschaltbaugruppen bzw. Bustreiberbausteine verwendet werden
können, um mehrere an einem Bus liegende Sensoren beispiels
weise nach dem Wired-AND-Prinzip mit der Steuereinrichtung 1
zu verbinden. Insbesondere kann als Datenprotokoll auf Seite
der Steuerungseinrichtung 1 ein herkömmliches RS232 Protokoll
verwendet werden, so dass vorteilhafterweise dieses System an
viele bestehende PCs oder anderes Equipment mit RS232 ohne
einen Protokollumsetzer (aber eventuell mit Pegelumsetzer)
angeschlossen werden kann.
Ebenso ist es möglich, bei dieser Schaltungsanordnung auf
kostengünstige Sensoren, beispielsweise mit Mikrocontroller,
zurückzugreifen, da durch das erfindungsgemäße Prinzip, bei
dem sich der relevanteste Wert zuerst und alleine am Bus
durchsetzt und somit an die Steuerungseinrichtung 1 übermit
telt wird, trotz kostengünstiger Realisierung der Schaltungs
anordnung eine ausreichende Schnelligkeit und Sicherheit ge
währleistet wird.
Selbstverständlich können bei diesem System mit niedrigstem
Verkabelungsaufwand und kostengünstigsten elektronischen Bau
steinen auch weitere Funktionen wie Rücksetzen der Sensoren,
beispielsweise der Register der Mikrocontroller, Kalibrierung
der Sensoren PIC1 und PIC2, usw. realisiert werden.
So ist es möglich, auf Anforderung der Steuerungseinrichtung
1 beispielsweise durch Übermittlung eines speziellen Bytes
(selbstverständlich unterschiedlich zum Anforderungsbyte) ein
Rücksetzen der Sensoren PIC1, PIC2 sowie durch Übermittlung
eines anderen speziellen Bytes einen Kalibrierungsvorgang
(z. B. der Zeitbasis und/oder der Sensorempfindlichkeit bzw.
der mathematischen Funktion nach der ein Druckwert im Sensor
berechnet wird) o. ä. auszulösen.
Denkbar ist beispielsweise auch ein Test auf Funktionsfähig
keit des gesamten Systems, bei dem ohne Kollision die Druck
werte und/oder die eindeutigen ID-Werte an die Steuerungsein
richtung 1 übermittelt werden und auf diese Weise die Funkti
onsfähigkeit aller Sensoren PIC, PIC2, usw. und der Übermitt
lungsstrecke überprüft werden kann.
Um die Wertigkeit der Sensoren PIC1, PIC2 möglichst optimal
an die jeweilige Verwendung anzupassen, ist es weiterhin
denkbar, nicht nur die ID-Werte nach Relevanz der Orte bzw.
der Stellen der Sensoren, beispielsweise absteigend, zu ver
teilen, sondern auch einen festgestellten Kollisionswert in
einem Sensor PIC1, PIC2 usw. mit einem einstellbaren Rele
vanzwert in einer linearen oder nicht linearen Funktion zu
koppeln, so dass ein Druckwert für eine Kollision in Abhän
gigkeit dieses Relevanzwertes und der Funktion sowie des ei
gentlichen Sensorwertes entsteht, welcher dann an die Steue
rungseinrichtung 1 übermittelt wird.
Nach der Erfindung ist es auch denkbar, bestimmte Sensoren
gezielt durch Übertragung der ID des Sensors anzusprechen. In
diesem Fall sendet die Steuerungseinrichtung 1 zuerst ein
Kommando (z. B. "schicke Selbstinformation") und dann die ID
des gewünschten Sensors, während alle anderen Sensoren bei
dieser Übertragung nicht beteiligt sind.
Weiterhin kann in der Anordnung und dem Verfahren ein
"Selbstmodus" integriert sein, bei dem die Sensoren bei Ein
treten eines bestimmten Ereignisses (beispielsweise 0 0000
0000 0000 0000) ein gegenüber allen anderen Übertragungen do
minantes Breaksignal (beispielsweise im RS232-Protokoll) sen
den. Hierbei kann jeder Sensor mit einer Reaktionsschwelle
ausgerüstet sein, die von der Steuerungseinrichtung 1 setzbar
ist. Wird die Reaktionsschwelle (Datenrelevanzschwelle) bei
einem Sensor, nachdem die Sensoren in den "Selbstmeldemodus"
geschalten wurden, überschritten, so sendet er selbst (ohne
Anforderung durch die Steuerungseinrichtung 1) beispielsweise
0000 0000. Selbst bei gleichzeitigem Senden mehrerer Sensoren
ergibt sich als Ergebnis entweder wieder 0000 0000 oder eine
längere Periode, die von der Steuerungseinrichtung 1 eben
falls erkennbar ist (z. B. Break Signal gemäß RS232 Proto
koll). Wenn Sensoren über ihren Empfangseingang RX eine 0000
0000 empfangen, so gehen sie in den normalen vorstehend ge
schilderten Kommunikationsmodus zurück. Demzufolge ist es
nicht notwendig, dass Steuerungseinrichtung 1 den Wert (z. B.
Kollisionsdruck) eines Sensors bzw. aller angeschlossener
Sensoren dauernd abfragt, sondern kann warten, bis an der se
riellen Schnittstelle (RS232) ein Signal ankommt. Hat die
Steuerungseinrichtung 1 ein solches Signal empfangen, so
fragt sie mit dem vorstehend geschilderten Verfahren nach dem
stärksten bzw. relevantesten Druckwert. Hierbei ist es auch
möglich, dass die Steuerungseinrichtung 1 diesen "Selbstmel
demodus" vorzeitig abbricht, indem sie beispielsweise selbst
0000 0000 sendet.
Denkbar ist auch, dass ein Sensor, der eine bestimmte vorbe
stimmbare Zeitdauer nicht abgefragt wurde, sich mit längeren
0-Perioden bemerkbar machen kann. Dieses Signal wird dann un
abhängig von sonstigen Vorgängen von der Steuerungseinrich
tung 1 als Breaksignal empfangen.
Durch das vorstehend für einen Roboter und Kollisionen be
schriebene Verfahren wird durch das erfindungsgemäße Prinzip
der Übermittlung von Daten in Abhängigkeit von deren Relevanz
somit bei kostengünstigster Realisierung gewährleistet, dass
zumindest der oder die relevantesten Werte mit ausreichender
Geschwindigkeit und Sicherheit bei der Steuerungseinrichtung
1 zur Weiterverarbeitung vorliegen.
Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren sowie
die Schaltungsanordnung nicht auf das dargestellte Ausfüh
rungsbeispiel beschränkt, sondern kann in verschiedensten An
wendungsgebieten Verwendung finden, bei denen Objekte zuein
ander relative Bewegungen ausführen, Entfernungen festge
stellt werden sollen, Kollisionen vermieden werden sollen,
oder auch bei stationären Systemen wie beispielsweise Senso
ren zur Messung von Erdbeben, Windgeschwindigkeiten, usw. und
Übermittlung dieser Daten an zentrale Steuerungseinrichtun
gen.
Hierbei kann vorteilhafterweise durch die vorstehend be
schriebene Konkurrenz der Wichtigkeit bzw. Relevanz der Daten
der Sensoren zueinander und das Durchsetzen (in Abhängigkeit
von dieser Konkurrenz und demzufolge dynamisch) des relevan
testen Wertes der sendenden bzw. an einem Bus liegenden Sen
soren erreicht werden, dass im Vergleich zu herkömmlichen
Systemen diese Information schneller vorliegt, so dass vor
teilhafterweise auch langsamere, einfachere und kostengünsti
gere Systeme zur Übertragung (Bussysteme, Anschaltbaugruppen,
Sensoren, usw.) Verwendung finden können. Hierbei sollen Sen
soren im Sinne der Erfindung sehr weitreichend verstanden
werden und auch beispielsweise Eingabegeräte mit wenigstens
einem Empfangseingang RX und wenigstens einem Sendeausgang TX
umfassen.
Hierbei wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass erfin
dungsgemäß sich der stärkste Datenrelevanzwert aller an den
Bus angeschlossenen Sensoren bei der synchronen bzw. gleich
zeitigen Übertragung der (Sensoren-)Werte durchsetzt und in
diesem Datenrelevanzwert der Datenwert enthalten ist bzw. der
Datenrelevanzwert von dem Datenwert und einer Parameterfunk
tion abhängt. Somit ist bei der Übertragung die Relevanz bzw.
Priorität von den Daten selbst abhängig, was erfindungsgemäß
als variable oder dynamische Relevanz bzw. Priorität der Da
ten verstanden werden soll.
Claims (11)
1. Verfahren zur Übermittlung von Daten mehrerer Sensoren
(PIC1, PIC2) an eine Steuerungseinrichtung (1) über einen Da
tenbus (6), wobei
- a) in dem Sensor (PIC1, PIC2) ein Datenrelevanzwert ermit telt wird,
- b) der Datenrelevanzwert des Sensors (PIC1, PIC2) auf den Bus (6) gelegt wird und
- c) nur der größte Datenrelevanzwert der Sensoren (PIC1, PIC2) an die Steuerungseinrichtung (1) übermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Datenrelevanzwert des Sensors (PIC1, PIC2) bei einem de
tektierten Ereignis an dem Sensor (PIC1, PIC2) und/oder auf
Anfrage der Steuerungseinrichtung (1) oder eines anderen Sen
sors (PIC1, PIC2) auf den Bus (6) gelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass nachfolgend auf Schritt c),
- a) ein ID-Wert des wenigstens einen Sensors (PIC1, PIC2) auf den Bus (6) gelegt wird und nur ein einziger relevantes ter ID-Wert an die Steuerungseinrichtung(1) übermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schritte a) bis d) solange wiederholt werden, wobei je
weils der Sensor (PIC1, PIC2) dessen ID-Wert übermittelt wur
de, aufhört zu senden, bis die an die Steuerungseinrichtung
(1) übermittelten Werte unterhalb eines vorbestimmbaren
Schwellwertes liegen.
5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mehreren Sensoren
(PIC1, PIC2), einem Datenbus (6) und einer Steuerungseinrichtung
(1), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren über den
Datenbus (6) im Wired-AND Prinzip mit der Steuereinrichtung
(1) verbunden sind, so dass sich nur ein Datum eines Sensors
(PIC1, PIC2) durchsetzt.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, dass der Sensor (PIC1, PIC2) einen Sendeausgang (TX) und
einen Empfangseingang (RX), welche mit dem Bus (6) mittels
Anschaltbaugruppen (3; 5, 11; 13, 17; 19) verbunden sind, und
eine Kontrolleinrichtung aufweist, die bei unterschiedlichen
Signalen an Sendeausgang (TX) und Empfangseingang (RX) den
Sendeausgang (TX) mit einem neutralen Signal (logisch "1")
belegt.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Bus (6) nur eine logische Datenleitung
umfasst.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da
durch gekennzeichnet, dass der Bus (6) "0"-dominant, "1"-
dominant, oder als wired OR ausgebildet ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, da
durch gekennzeichnet, dass der Bus (6) elektrisch als CAN-Bus
ausgebildet ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, da
durch gekennzeichnet, dass jeder Sensor (PI1, PIC2) einen
eindeutigen an die Steuereinrichtung (1) übermittelbaren ID-
Wert aufweist.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (1)
RS232 kompatibel ausgebildet ist.
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