DE102017119575A1

DE102017119575A1 - Verfahren zur Programmierung eines Zweidrahtsensors und ein programmierbarer Zweidrahtsensor

Info

Publication number: DE102017119575A1
Application number: DE102017119575.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas KAUTER; Hans-Jörg Fink
Original assignee: TDK Micronas GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2019-02-28
Also published as: US10340911B2; US20190068184A1

Abstract

Ein Verfahren zur Programmierung eines Zweidrahtsensors mit mindestens zwei Sensoreinheiten ist offenbart. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Einschalten der mindestens zwei Sensoreinheiten, Aktivierung von einer der mindestens zwei Sensoreinheiten, Erfassung von Betriebszuständen der mindestens zwei Sensoreinheiten; Erkennung eines Betriebszustands bei dem eine einzelne Sensoreinheit aktiv ist; und Übersendung eines Programmierbefehls an die erkannte aktive Sensoreinheit.

Description

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Programmierung eines Zweidrahtsensors sowie einen derart programmierten Zweidrahtsensor.
Zweidrahtsensoren sind aus mindestens einer Sensoreinheit und elektronischen Bauteilen zur Verarbeitung der von der Sensoreinheit gelieferten Signale aufgebaut. Die Sensoreinheit umfasst einen Schaltkreis, der programmiert werden kann. Die Sensoreinheit misst physikalische Größen wie z.B. Temperatur, Druck oder Feldstärke eines Magnetfeldes. Die Sensoreinheiten können daher Drucksensoren, Hallsensoren, optoelektronische Sensoren, usw. sein. Sowohl die Stromversorgudeng als auch die Weiterleitung der gemessenen und verarbeiteten Messsignale erfolgen über nur zwei Leitungen. Daher hat ein Zweidrahtsensor nur zwei Anschlüsse, die gleichzeitig der Stromversorgung und der Weiterleitung der gemessenen und verarbeiteten Messsignale dienen. Diese zwei Anschlüsse müssen auch für die Programmierung des Zweidrahtsensors verwendet werden, sie können aber die programmierbaren Schaltkreise nicht direkt adressieren oder ein- und ausschalten.
Zweidrahtsensoren sind u.a. als kontaktlose magnetische Schalter ausgeführt, die je nach Stärke und Richtung eines zu messenden Magnetfeldes als Messsignale z.B. einen Strom unterschiedlicher Stärke liefern. Solche Zweidrahtsensoren werden z.B. in Kraftfahrzeugen als Positionsschalter (Bremspedal, Gaspedal, usw.) eingesetzt.
Solche Zweidrahtsensoren sind z.B. aus der deutschen Patentanmeldung Nr. DE 101 19 471 A1 der Firma Micronas GmbH aus Freiburg bekannt. Diese Patentanmeldung beschreibt einen Messsensor, auch Sensoreinheit genannt, der pulsweitenmodulierte Signale (PWM) liefert. Die Pulsweite der von dem Zweidrahtsensor erzeugten Messsingale ist von der Größe der zu messenden Messsignale abhängig.
Aus der deutschen Patentanmeldung Nr. 101 46 204 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung eines Zweidrahtsensors bekannt. Der Zweidrahtsensor ist über eine erste Verbindungsleitung, in der ein Strombegrenzungswiederstand liegt, an den einen Pol und über eine zweite Verbindungsleitung an den anderen Pol einer Versorgungsspannungsquelle angeschlossen. Parallel zum Zweidrahtsensor und dem Strombegrenzungswiderstand liegt mindestens eine Begrenzungsdiode. Diese Begrenzungsdiode schützt den Zweidrahtsensor vor einem zu großen Strom, der zu einer Überhitzung und möglicher Explosion des Zweidrahtsensors führt.
Ein Sensor mit einer programmierbaren Schaltschwelle sowie ein Verfahren zum Programmieren der Schaltschwelle des Sensors ist beispielsweise aus der EP 0 690 290 A1 bekannt.
Zweidrahtsensoren werden aus Zuverlässigkeitsgründen paarweise in Modulen gebaut. Die beiden Sensoreinheiten sind parallelgeschaltet und sollen voneinander getrennt in dem Modul kalibriert oder programmiert werden. Für einen Sensor mit drei Drähten ist diese Programmierung unproblematisch, da ein weiterer Anschluss oder Pin zur Verfügung steht, und die Sensoreinheiten dadurch adressiert bzw. ein- und ausgeschaltet werden können. Bei einem Zweidrahtsensor sind allerdings nur die Versorgungsleitungen für Vdd und Vss vorhanden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches die Programmierung der Schaltkreise in den Sensoreinheiten eines Zweidrahtsensors ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Programmierung eines Zweidrahtsensors mit mindestens zwei Sensoreinheiten, welches die folgenden Schritte umfasst: Einschalten der mindestens zwei Sensoreinheiten, Aktivierung von einer der mindestens zwei Sensoreinheiten, Erfassung von Betriebszuständen der mindestens zwei Sensoreinheiten; Erkennung eines Betriebszustands bei dem eine einzelne Sensoreinheit aktiv ist; und Übersendung eines Programmierbefehls an die erkannte aktive Sensoreinheit.
In einem Aspekt des Verfahrens wird die Aktivierung durch unterschiedliche Taktfrequenzen an den Sensoreinheiten verursacht. Diese unterschiedlichen Taktfrequenzen werden durch einen Zufallsgenerator erzeugt.
Der Betriebszustand einer Sensoreinheit wird durch die Messung einer Stromaufnahme bzw. die Erkennung eines Strompulses erfasst. Nach Erkennung einer aktiven Sensoreinheit wird die aktive Sensoreinheit programmiert, da die aktive Sensoreinheit für den Empfang von Programmierbefehlen empfangsbereit ist.
Anschließend wird die programmierte Sensoreinheit deaktiviert oder abgeschaltet und die noch nicht programmierte Sensoreinheit programmiert.
Diese Aufgabe wird auch durch einen Zweidrahtsensor gelöst, welcher eine erste Versorgungsleitung und eine zweite Versorgungsleitung umfasst, sowie mindestens zwei Sensoreinheiten, welche parallel zwischen der ersten Versorgungsleitung (Vdd) und der zweiten Versorgungsleitung (Vss) angeordnet und verbunden sind. Der Zweidrahtsensor umfasst ebenfalls eine Programmierlogik, welche das Verfahren durchführt.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, rein beispielhaften und in keiner Weise beschränkenden Beschreibung bevorzugten Ausführungsformen und Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen. Es zeigen:

1 ein Modul für einen Zweidrahtsensor;
2 den Ablauf des Verfahrens; und
3 die Taktfrequenz.

1 zeigt einen Zweitdrahtsensor 10 mit zwei Sensoreinheiten 20a und 20b, welche jeweils an Versorgungsleitungen Vdd und Vss angeschlossen sind. Die Schaltkreise der Sensoreinheiten 20a und 20b sind voneinander nicht unterscheidbar und sollen unterschiedlich programmiert werden. Der Zweidrahtsensor 10 ist ebenfalls mit einem Taktgeber 30 zur Erzeugung eines Pulssignals ausgestattet. Der Taktgeber 30 ist mit einem Zufallsgenerator 40, der die Taktrate ändert, verbunden. Die Versorgungsleitungen Vdd und Vss sind außerdem verbunden mit einer Programmierlogik 50, welche Programmierbefehle oder -kommandos erzeugt und an die Schaltkreise in den Sensoreinheiten 20a und 20b sendet, um diese Sensoreinheiten 20a und 20b (um-) programmieren zu können. Die Programmierbefehle zum Umprogrammieren der Schaltkreise werden über die Versorgungsleitungen Vdd und Vss an die Sensoreinheiten 20a und 20b übermittelt. Jeder Schaltkreis muss separat programmiert werden. Es besteht allerdings keine Möglichkeit, die Schaltkreise jeweils über die Versorgungsleitungen Vss und Vdd direkt und separat voneinander zu adressieren oder ein- und auszuschalten.
Das Verfahren zur Programmierung der Sensoreinheiten 20a, 20b ist in 2 dargestellt. In einem ersten Schritt 210 wird die Betriebsspannung für die Sensoreinheiten über die Versorgungsleitungen Vdd / Vss eingeschaltet. In einem weiteren Schritt 220 wird eine der zwei Sensoreinheiten 20a, 20b für die Programmierung ausgewählt und aktiviert, wie im Folgenden beschrieben.
Diese Auswahl mit der Aktivierung kann z.B. über einen Zufallsgenerator mit einem Flipflop in der Sensoreinheit 20a, 20b erfolgen. In diesem Fall werden die Sensoreinheiten 20a bzw. 20b aktiviert und in Empfangsbereitschaft für den Empfang von Programmierbefehlen zur (Um-)programmierung bzw. in den Schlafmodus gesetzt.
In einer anderen Ausführungsform (vgl. 3) werden die Taktfrequenzen der jeweiligen Schaltkreise verstimmt. Diese Verstimmung erfolgt durch eine Änderung des Grundtakts für den Betrieb der Schaltkreise durch einen Zufallswert, damit es zumindest einen Zeitpunkt gibt, an dem nur einer der Schaltkreise aktiv ist und somit empfangsbereit für die Programmierbefehle ist.
Die Empfangsbereitschaft der Schaltkreise in den Sensoreinheiten 20a, 20b wird im Schritt 230 erfasst und im Schritt 240 entweder durch eine erhöhte Stromaufnahme des Zweidrahtsensors 10 gemessen oder durch Erkennung eines Strompulses erfasst. Sollte eine der Sensoreinheiten 20a, 20b empfangsbereit sein, wird eine normale Stromaufnahme gemessen oder eine „normaler“ Strompuls erkannt. Sollten beide der Sensoreinheiten 20a, 20b empfangsbereit sein, wird die doppelte Stromaufnahme gemessen bzw. einen „doppelter“ Strompuls erkannt. Sollte kein Strom gemessen werden, kann davon ausgegangen werden, dass beide Sensoreinheiten 20a, 20b im Schlafmodus sind und nicht empfangsbereit sind.
Bei der Messung einer normalen Stromaufnahme bzw. Erkennung des normalen Strompulses im Schritt 245 kann die Sensoreinheit 20a oder 20b im Schritt 260 programmiert werden, da davon auszugehen ist, dass die andere Sensoreinheit 20b bzw. 20a sich im Schlafmodus befindet. Sollte keine Stromaufnahme gemessen werden, werden im Schritt 250 die Betriebsspannung ausgeschaltet und anschließend beide Sensoreinheiten 20a und 20b erneut aktiviert und das Verfahren ab dem Schritt 210 wiederholt. Auch wenn eine doppelte Stromaufnahme empfangen oder einen doppelten Strompuls im Schritt 245 erkannt werden sollte, wird die Stromversorgung abgeschaltet und das Verfahren ab dem Schritt 210 wiederholt, denn in diesem Fall sind beide Sensoreinheiten 20a, 20b empfangsbereit, und eine Programmierung einer einzelnen Sensoreinheit 20a oder 20b ist nicht möglich. Die Schritte 210 bis 245 können mehrmals wiederholt werden, bis sichergestellt ist, dass nur eine der Sensoreinheiten 20a oder 20b aktiv ist.
Die aktive Sensoreinheit 20a oder 20b wird anschließend im Schritt 260 durch Übersendung eines Programmierbefehls programmiert und danach im Schritt 270 deaktiviert. Anschließend wird das Verfahren ab dem Schritt 210 (bei Aktivierung über Flipflop) oder ab dem Schritt 230 (bei unterschiedlichen Taktfrequenzen) wiederholt und die andere Sensoreinheit 20b bzw. 20a im Schritt 280 programmiert. Sollte es mehr als zwei Sensoreinheiten 20a, 20b geben, kann das Verfahren wiederholt werden. Sobald alle Sensoreinheiten 20a, 20b programmiert sind, ist der Zweidrahtsensor 10 funktionsbereit.
Das zweite Beispiel für einen Befehl zur Aktvierung einer der Sensoreinheiten 20a, 20b wird in 3 näher dargestellt. Auf Befehl erstellt der Zufallsgenerator 40 eine Taktfrequenz mit einem geeigneten Takt. Aus diesem Takt (unten) wird ein zweiter Takt mit einer geeigneten langen High-Phase und einer längeren Low-Phase (oben) erzeugt. Da der Grundtakt der zwei Sensoreinheiten 20a und 20b zufällig geändert wurde, ist davon auszugehen, dass die zwei Sensoreinheiten 20a und 20b asynchron zueinander laufen. Mit berechenbarer Wahrscheinlichkeit trifft daher der Fall ein, dass ein Programmierbefehl auf eine High-Phase von nur einer der Sensoreinheiten 20a bzw. 20b trifft. Nur während dieser High-Phase akzeptiert die Sensoreinheit 20a bzw. 20b den Programmierbefehl über ein Programmiersignal von der Programmierlogik und wird nur in dieser High-Phase umprogrammiert. Anschließend wird die programmierte Sensoreinheit 20a oder 20b blockiert. Danach kann die andere, noch nicht programmierte Sensoreinheit 20b bzw. 20a programmiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10119471 A1 [0004]
DE 10146204 A1 [0005]
EP 0690290 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Programmierung eines Zweidrahtsensors (10) mit mindesten zwei Sensoreinheiten (20a, 20b) umfassend: Einschalten (210) der mindestens zwei Sensoreinheiten (20a, 20b); Aktivierung (220) von einer der mindestens zwei Sensoreinheiten (20a, 20b); Erfassung (230) von Betriebszuständen der mindestens zwei Sensoreinheiten (20a, 20b); Erkennung (240) eines Betriebszustands bei dem eine einzelne Sensoreinheit (20a, 20b) aktiv ist; und Übersendung (260) eines Programmierbefehls an die erkannte, aktive Sensoreinheit (20a, 20b).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aktivierung (220) durch unterschiedliche Taktfrequenzen an den mindestens zwei Sensoreinheiten (20a, 20b) verursacht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die unterschiedlichen Taktfrequenzen durch einen Zufallsgenerator (40) erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aktivierung (220) durch ein Flipflop erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Betriebszustand der Sensoreinheit (20a, 20b) durch die Stromaufnahme der Sensoreinheit (20a, 20b) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend Programmieren der erkannten aktiven Sensoreinheit (20a, 20b) durch den Programmierbefehl.
Verfahren nach Anspruch 6, weiter umfassend das Abschalten (270) bzw. Deaktivieren der erkannten, aktiven Sensoreinheit (20a, 20b) nach dem Programmieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Wiederholen der Erfassung und Erkennung des Betriebszustands, damit eine weitere Sensoreinheit (20a, 20b) programmiert wird.
Zweidraht-Sensor umfassend: eine erste Versorgungsleitung (Vdd) und eine zweite Versorgungsleitung (Vss); mindestens zwei Sensoreinheiten (20a, 20b), welche parallel zwischen der ersten Versorgungsleitung (Vdd) und der zweiten Versorgungsleitung (Vss) verbunden sind, wobei die zumindest zwei Sensoreinheiten (20a, 20b) eine Programmierlogik (50) umfassen, welche das nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in Betrieb durchführt.