DE4111301A1 - Verfahren und kommunikationssystem zum uebertragen von seriellen daten - Google Patents
Verfahren und kommunikationssystem zum uebertragen von seriellen datenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von
Daten in Form von seriellen Impulsen, die zum Senden aus einem
Sendedatensignal erzeugt werden und aus denen beim Empfang ein
Empfangsdatensignal gewonnen wird, zwischen einer Zentrale und
mindestens einem mit der Zentrale verbundenen Endgerät, das aus
einer Einrichtung zur Spannungs- und Stromversorgung von der
Zentrale mit elektrischer Betriebsleistung versorgt wird, wobei
die seriellen Impulse übertragen werden, indem die von der Zen
trale an das Endgerät übertragene Betriebsleistung den seriellen
Impulsen entsprechend moduliert wird.
Auf dem Gebiet der Kommunikationstechnik, der Datentechnik
und der Prozeßsteuerung sowie in benachbarten Gebieten ist es
bekannt, Daten in Form von seriellen Impulsen zu übertragen,
insbesondere in Form von binärcodierten Impulsen nach Art eines
Bit-Musters. Zur Übertragung von Daten innerhalb eines Systems,
das aus einer Zentrale und einer Anzahl von daran an
geschlossenen Endgeräten besteht und im folgenden allgemein als
"Kommunikationssystem" bezeichnet werden soll, werden
üblicherweise eigens dazu vorgesehene Datenleitungen verwendet.
Ein solches Kommunikationssystem kann beispielsweise ein
Prozeßsteuerungssystem, ein Fernmeß- oder Fernwirksystem oder
ein Telefonsystem sein.
Auf dem Gebiet der Telefonsysteme setzen sich zunehmend
mikroprozessorgesteuerte Anlagen durch, deren Zentrale aus
einer prozessorgesteuerten Steuereinheit, einem von der
Steuereinheit gesteuerten Koppelfeld und einer Anzahl von an
das Koppelfeld angeschlossenen Schnittstelleneinrichtungen be
steht, wobei in dem Koppelfeld in Ansprache auf der Steuer
einheit zugeführte Signale bestimmte Verbindungen zwischen den
jeweiligen Schnittstelleneinrichtungen hergestellt werden. An
die Schnittstelleneinrichtungen können eigens für das System
entwickelte Telefonapparate, sogenannte Systemtelefone, her
kömmliche, sogenannte a/b-Telefone, wie sie am öffentlichen
Telefonnetz Verwendung finden, Tür- und Haussprechanlagen,
Alarmanlagen und ähnliche Endgeräte angeschlossen werden.
Bei einem derartigen Kommunikationssystem werden die
Endgeräte bisher aus einer Strom- und Spannungsversorgungsein
richtung in der Zentrale über die Schnittstelleneinrichtungen
mit elektrischer Leistung für ihren Betrieb versorgt, was über
eigens dafür vorgesehene Leitungen geschieht. Außerdem sind sie
mit den eigens für die Datenübertragung vorgesehenen Leitungen
mit der Zentrale bzw. den jeweiligen Schnittstellen
einrichtungen verbunden. Dies bedeutet jedoch, daß ein
verhältnismäßig großer Leitungsaufwand betrieben werden muß,
was sich insbesondere dann als nachteilig erweist, wenn bei
spielsweise bereits bestehende Anlagen erneuert werden sollen.
In einem solchen Falle müßte nämlich die gesamte Verkabelung
innerhalb des betreffenden Gebäudes ersetzt werden, was mit
einem erheblichen Aufwand verbunden wäre. Jedoch auch bei der
Neuinstallation von Kommunikationssystemen jeder der eingangs
genannten Arten ist es selbstverständlich wünschenswert, den
Leitungsaufwand so gering wie möglich zu halten.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, bei derartigen
Kommunikationssystemen die zur Versorgung der Endgeräte mit
elektrischer Leistung dienenden Leitungen zur Datenübertragung
zu verwenden, indem die über diese Leitungen von der Zentrale
zu dem jeweiligen Endgerät übertragene Betriebsleitung entspre
chend den zu übertragenden seriellen Impulsen moduliert wird.
Allerdings kann dabei sowohl die Zentrale als auch das betref
fende Endgerät zur gleichen Zeit jeweils entweder nur senden
oder nur empfangen. Somit ermöglicht dieses Verfahren nur einen
Halbduplexbetrieb.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Ver
fahren der eingangs genannten Art eine über den
Halbduplexbetrieb hinausgehende Fähigkeit der Datenübertragung
auf den die Betriebsleistung übertragenden Leitungen zu
schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Senden der
Impulse von der Zentrale zum Endgerät durch Vermindern oder
Unterbrechen der Versorgungsspannung unter Sperrung der Emp
fangsbereitschaft der Zentrale erfolgt, und daß das Senden der
Impulse vom Endgerät zur Zentrale durch Vermindern oder Unter
brechen des Versorgungsstromes unter Aufrechterhaltung der Emp
fangsbereitschaft des Endgerätes erfolgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt also das Sen
den der Impulse von der Zentrale zum Endgerät durch Vermindern
oder Unterbrechen der Versorgungsspannung, während das Senden
der Impulse vom Endgerät zur Zentrale durch Vermindern oder Un
terbrechen des Versorgungsstromes erfolgt. Da aber die Vermin
derung oder Unterbrechung der Versorgungsspannung beim Senden
der Zentrale auch eine Verminderung oder Unterbrechung des Ver
sorgungsstromes nach sich zieht, kann die Zentrale während des
Sendens nicht gleichzeitig empfangen, so daß das Senden der
Zentrale eine Sperrung ihrer Empfangsbereitschaft nach sich
zieht. Dagegen kann das Endgerät, da sein Sendevorgang durch
Unterbrechung oder Verminderung des Versorgungsstromes ohne
wesentliche Beeinflussung des Wertes der Versorgungsspannung
erfolgt, während seines Sendevorgangs gleichzeitig den Wert der
Versorgungsspannung erfassen und damit gleichzeitig mit dem
Sendevorgang empfangen. Gegenüber dem herkömmlichen Halbduplex
betrieb ist also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Be
triebsweise möglich, bei der das Endgerät völlig unabhängig vom
jeweiligen Sende- oder Empfangszustand der Zentrale gleich
zeitig Daten empfangen und senden kann.
Gemäß einer Weiterbildung ist es vorgesehen, daß die
Impulse von der Zentrale gesendet werden, indem die Versor
gungsspannung auf einen gegenüber der normalen Betriebsspannung
niedrigeren Wert gesenkt wird.
Gemäß einer anderen Weiterbildung ist es vorgesehen, daß
die Impulse von dem Endgerät gesendet werden, indem der
Versorgungsstrom unterbrochen wird.
Weiter wird durch die vorliegende Erfindung ein Kommuni
kationssystem geschaffen, das eine Zentrale mit einer
Spannungs- und Stromversorgungseinrichtung und mindestens ein
mit der Zentrale verbundenes Endgerät, das zur Versorgung mit
elektrischer Betriebsleistung an die Spannungs- und Strom
versorgungseinrichtung der Zentrale angeschlossen ist, sowie
Sende- und Empfangseinrichtungen zur Übertragung von Daten
zwischen der Zentrale und dem Endgerät in Form von seriellen
Impulsen enthält, die beim Senden aus einem Sendedatensignal
erzeugt werden, und aus denen beim Empfang ein Emp
fangsdatensignal gewonnen wird, wobei die Sendeeinrichtung der
Zentrale eine Schalteinrichtung enthält, die in Ansprache auf
ihr Sendedatensignal die Versorgungsspannung entsprechend den
seriellen Impulsen vermindert oder unterbricht, wobei die Emp
fangseinrichtung des Endgerätes eine Einrichtung enthält, die
auf die den seriellen Impulsen entsprechende Verminderung oder
Unterbrechung der Versorgungsspannung anspricht und daraus ihr
Empfangsdatensignal erzeugt, wobei die Sendeeinrichtung des
Endgerätes eine Schalteinrichtung enthält, die in Ansprache auf
ihr Sendedatensignal den Versorgungsstrom entsprechend den
seriellen Impulsen vermindert oder unterbricht, und wobei die
Empfangseinrichtung der Zentrale eine Einrichtung enthält, die
auf die den seriellen Impulsen entsprechende Verminderung oder
Unterbrechung des Versorgungsstromes anspricht und daraus ihr
Empfangsdatensignal erzeugt. Der Vorteil des erfindungsgemäßen
Kommunikationssystems ist es, daß keine eigenen Leitungen zur
Übertragung der Daten vorgesehen werden müssen, sondern daß
allein die für die elektrische Versorgung des Endgerätes vorge
sehenen Leitungen ausreichen, um auch Daten zwischen der Zen
trale und dem Endgerät zu übertragen. Trotzdem ist ein über
einen reinen Halbduplexbetrieb hinausgehender Sende/Empfangsbe
trieb möglich.
Weiterhin ist es vorgesehen, daß das Endgerät eine
Ladungsspeichereinrichtung zur Versorgung des Endgerätes wäh
rend der Unterbrechungen der Betriebsleistungsversorgung ent
hält. Durch eine solche Ladungsspeichereinrichtung kann der
Betrieb des Endgerätes auch während der vorübergehenden Vermin
derung oder Unterbrechung sowohl der Versorgungsspannung als
auch des Versorgungsstromes aufrecht erhalten werden.
Von besonderem Vorteil ist die Anwendung der vorliegenden
Erfindung auf ein Kommunikationssystem, bei dem die Zentrale
die eines Telefonsystems ist, die Endgeräte an die Zentrale
angeschlossene Systemtelefone sind, und die übertragenen Daten
der Steuerung von Funktionen der Zentrale und der Systemtele
fone dienen. In diesem Falle ist es möglich, zwischen den Sy
stemtelefonen und der Zentrale alle zum Betrieb und zur Steue
rung des Systems benötigten Daten ohne Beschränkung auf einen
Halbduplexbetrieb zu übertragen, ohne daß dazu zusätzliche
Datenleitungen vorgesehen werden müssen.
Gemäß einer anderen Weiterbildung ist es vorgesehen, daß
die Sendeeinrichtung der Zentrale einen Spannungsregler ent
hält, aus dem das Endgerät mit Betriebsspannung versorgt wird,
und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, durch die die
Ausgangsspannung des Spannungsreglers in Ansprache auf die Im
pulse des Sendedatensignals auf einen gegenüber der Betriebs
spannung niedrigeren Spannungswert eingestellt wird. Damit
können sowohl die Versorgung des Endgerätes mit einer geregel
ten Betriebsspannung als auch die Übertragung der Daten von der
Zentrale zum Endgerät mit einem äußerst geringen Aufwand er
reicht werden.
Gemäß einer anderen Weiterbildung ist der Spannungsregler
über einen Strombegrenzungswiderstand mit dem Endgerät
verbunden. Damit wird das Endgerät und insbesondere die darin
enthaltene Sendeeinrichtung vor zu hohen Einschaltströmen ge
schützt. Gleichzeitig dient der Strombegrenzungswiderstand als
Kurzschlußschutz im Falle eines Kurzschlusses in der Verbindung
zwischen der Zentrale und dem Endgerät.
Auch kann das erfindungsgemäße Kommunikationssystem da
durch weitergebildet werden, daß der Spannungsregler mit einer
Einrichtung zur Verkürzung der Schaltzeit versehen ist. Dies
ist insbesondere von Vorteil, wenn die Daten über verhält
nismäßig lange Leitungen und mit großer Geschwindigkeit über
tragen werden sollen.
Schließlich ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Kommunika
tionssystems vorgesehen, daß die Sendeeinrichtung des End
gerätes vor jeder Datensendung eine Folge von zeitlich beab
standeten Unterbrechungsimpulsen aussendet, bis die Zentrale
ansprechend auf den Empfang eines der Unterbrechungsimpulse
mittels ihrer Empfangseinrichtung unter der Steuerung durch die
Steuereinrichtung durch ihre Sendeeinrichtung einen Freigabe
impuls an das Endgerät aussendet und die Sendeeinrichtung an
schließend inaktiviert, und daß die Sendeeinrichtung des
Endgerätes ansprechend auf den Empfang des Freigabeimpulses mit
dem Senden der Daten beginnt.
Dieser Ablauf des Sende/Empfangsbetriebs trägt dem Umstand
Rechnung, daß als Folge des Sendens der Zentrale nicht nur die
Versorgungsspannung auf den die Betriebsleistung von der Zen
trale zu dem jeweiligen Endgerät übertragenden Leitungen
abgesenkt oder unterbrochen wird, sondern als Folge dieser Versorgungsspannungsabsenkungen
gleichzeitig der Versorgungsstrom
unterbrochen wird. Also kann die Zentrale während des Sendens
nicht gleichzeitig Daten von dem Endgerät empfangen. Dagegen
kann das Endgerät den Versorgungsstrom unterbrechen und damit
selbst senden, ohne den Wert der Versorgungsspannung auf den
von der Zentrale zum Endgerät führenden Leitungen zu beein
flussen. Dies bedeutet, daß das Endgerät gleichzeitig senden
und empfangen kann. Indem das Endgerät unabhängig von seinem
Empfangsbetrieb und gleichzeitig dazu die Unterbrechungsimpulse
an die Zentrale aussenden kann, kann es durch diese Aussendung
der Zentrale seine Sendebereitschaft für Daten anzeigen und
sofort mit seiner Datensendung an die Zentrale beginnen, sobald
die letztere in eine Sendepause gelangt und dies durch die
Übersendung des Freigabeimpulses an das Endgerät anzeigt. Im
Unterschied zu einem Halbduplexbetrieb, bei dem das Endgerät
nicht gleichzeitig senden und empfangen könnte, ist also ein
darüber hinausgehender erweiterter Datenverkehr zwischen der
Zentrale und den Endgeräten möglich.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung in Form eines Block
schaltbildes der Zentrale eines Kommunikationssystems gemäß
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, nämlich eines Telefon-Systems,
bei dem eine Anzahl von Systemtelefonen und weitere
Endgeräte an eine Zentrale anschließbar sind;
Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltbild der Stromversor
gungs-, Sende-, und Empfangseinrichtungen der in Fig. 1 ge
zeigten Zentrale eines Telefonsystems und der Sende- und Emp
fangseinrichtungen eines daran angeschlossenen Systemtelefons
gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 ein Schaltbild der Stromversorgungs- und Sendeein
richtungen der in Fig. 1 gezeigten Zentrale eines Telefon
systems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
und
Fig. 4 Signalverläufe bei dem in Fig. 1 bis 3 darge
stellten Kommunikationssystem.
In Fig. 1 ist eine insgesamt mit 1 bezeichnete Zentrale
eines Kommunikationssystems in Form eines Telefonsystems ge
zeigt. Die Zentrale 1 enthält ein elektronisches Koppelfeld 3,
das mit Schnittstelleneinrichtungen 5, 5′ und 5′′ für Systemte
lefone über jeweils eine zweiadrige NF-Leitung 100, 100′ bzw.
100′′ verbunden ist. Die Systemtelefon-Schnittstelleneinrichtungen
5, 5′ und 5′′ sind im wesentlichen gleich aufgebaut.
Weiter ist das elektronische Koppelfeld 3 ebenfalls über
zweiadrige NF-Leitungen 101, 101′ mit Schnittstelleneinrichtun
gen 9 und 9′ verbunden, bei denen es sich wahlweise um solche
für zusätzliche Systemtelefone oder aber für übliche Telefone
handeln kann, die als a/b-Telefone bezeichnet werden. Zum
Anschluß an das öffentliche Telefonnetz ist eine Schnitt
stelleneinrichtung 6 vorgesehen, die mit dem elektronischen
Koppelfeld 3 ebenfalls über eine zweiadrige NF-Leitung 102
verbunden ist und einen Gebührenzähleranschluß 7 und einen
DTMF-Wahl-Anschluß 8 enthält. Zur Verwendung des Telefonsystems
als Hauskommunikationssystem ist schließlich eine Schnitt
stelleneinrichtung 4 zum Anschluß eines Türsprechsystems vorge
sehen, an das eine Kombination von Klingelfeld, Türlautsprecher
und Türöffner sowie Außenlichtsteuerung angeschlossen werden
kann, wie sie bei größeren Wohn- oder Bürogebäuden Anwendung
findet. Auch die Türsprechsystem-Schnittstelleneinrichtung 4
ist mit dem Koppelfeld 3 über eine zweiadrige NF-Leitung 103
verbunden. Schließlich ist an das Koppelfeld 3 ein Hör
tongenerator 10 angeschlossen, mit dem Hörtöne zur Wiedergabe
an den über die vorstehend genannten Schnittstelleneinrich
tungen an die Zentrale des Telefonsystems anschließbaren Endge
räten erzeugt werden können.
Zur Steuerung des Telefonsystems ist eine Steuereinrich
tung 2 vorgesehen, die mit dem elektronischen Koppelfeld 3 und
mit jeder der Schnittstelleneinrichtungen jeweils über in der
Fig. 1 nur für die Schnittstelleneinrichtung 5 dargestellte
Daten- und Versorgungsleitungen 110 verbunden ist. Die Steu
ereinrichtung 2 wird vozugsweise durch einen Mikroprozessor
gesteuert und ist dazu eingerichtet, im Koppelfeld 3 Verbindun
gen zwischen den daran angeschlossenen Schnittstelleneinrich
tungen und damit zwischen den an die Schnittstelleneinrich
tungen angeschlossenen Endgeräten bzw. Amtsleitungen in
Ansprache auf der Steuereinrichtung 2 zugeführte Steuersignale
herzustellen.
Die in Fig. 1 dargestellte Zentrale kann optional mit
einer zusätzlichen Erweiterung versehen werden, wie z. B. weite
ren Schnittstelleneinrichtungen für System- oder a/b-Telefone,
weiteren Schnittstelleneinrichtungen zum Anschluß an das
öffentliche Telefonnetz oder einem weiteren Koppelfeld.
Die Schnittstelleneinrichtungen 5, 51′ und 51′′ sowie die
Schnittstelleneinrichtungen 9 und 91′ enthalten jeweils eine
Sende- und Empfangseinrichtung zur Übertragung von Daten
mittels nur für die Schnittstelle 5 dargestellten Leitungen 12,
13 zwischen der Zentrale 1 und den jeweils über die Schnitt
stelleneinrichtungen an die Zentrale 1 angeschlossenen Endge
räten. Weitere, nur für die Schnittstelleneinrichtung 5
dargestellte NF-Anschlüsse 200, 201 dienen der NF-Verbindung
mit dem jeweiligen Endgerät. Die Daten dienen allgemein dazu,
zwischen der Steuereinrichtung 2 der Zentrale 1 und den an die
Schnittstelleneinrichtungen angeschlossenen Endgeräten die für
den Betrieb notwendigen Informationen auszutauschen. Im Falle
eines Telefonsystems wie bei dem vorliegenden Ausführungsbei
spiel, werden diese Daten zusätzlich zu der zwischen den
Schnittstelleneinrichtungen und den daran angeschlossenen
Telefonen ausgetauschten niederfrequenten Sprachinformation und
unabhängig von dieser übertragen, wobei die niederfrequente
Sprachinformation über die eigenen Leitungen 200, 201
übertragen wird. Durch die Daten werden zum einen über die
Steuereinrichtung 2 die gewünschten Verbindungen zwischen den
an die jeweiligen Schnittstelleneinrichtungen an das Koppelfeld
3 angeschlossenen Endgeräten hergestellt. Somit kann beispiels
weise ein über eine der Schnittstelleneinrichtungen 5, 5′ oder
5′′ angeschlossenes Systemtelefon wahlweise mit dem an die
Schnittstelleneinrichtung 4 angeschlossenen Türsprechsystem,
mit einer an die Schnittstelleneinrichtung 6 angeschlossenen
Amtsleitung oder mit einem an eine der anderen Schnitt
stelleneinrichtungen angeschlossenen System- oder a/b-Telefon
verbunden werden. Darüber hinaus können durch die Daten zusätz
liche Funktionen eingestellt oder aktiviert werden, wie sie bei
modernen Telefonsystemen üblich sind, z. B. die Rufumleitung zu
einem anderen Telefon, die Programmierung von Rufnummern zur
Kurzwahl, die selbsttätige Weiterleitung von externen Anrufen
zur Nachtzeit, Notizbuch- und Weckfunktionen und ähnliches.
Bei anderen Einsatzzwecken des erfindungsgemäßen Kommuni
kationssystems, wie z. B. bei Prozeßsteuerungseinrichtungen,
telemetrischen Anlagen, Alarmanlagen oder ähnlichem, kann es
jedoch auch sein, daß zusätzlich zu den Daten, die an eine zen
trale Steuereinrichtung zu deren Betrieb übertragen werden,
keine Übertragung von weiterer Information vorgesehen ist, wie
sie bei einem Telefonsystem in Form der niederfrequenten
Sprachsignale vorliegt.
Fig. 2 zeigt eine der in der Zentrale 1 enthaltenen
Schnittstelleneinrichtungen 5 und ein daran über die Leitungen
12 und 13 angeschlossenes Endgerät 11. Die Leitungen 12 und 13
dienen zum einen der üblichen Versorgung des angeschlossenen
Endgerätes 11 mit elektrischer Leistung zu seinem Betrieb und
zum anderen gemäß der vorliegenden Erfindung zur Übertragung
von Daten zwischen der Zentrale 1 bzw. der Schnittstellen
einrichtung 5 und dem Endgerät 11. Die weiteren Leitungsverbin
dungen zwischen der Zentrale 1 bzw. der Schnittstellenein
richtung 5 und dem Endgerät 11, wie z. B. die NF-Sprech
verbindungsleitungen 200, 201 im Falle eines Telefonsystems
sind zum Zwecke der besseren Übersichtlichkeit in der Fig. 2
nicht dargestellt.
Die Schnittstelleneinrichtung 5 enthält einen eine Diode
D1 und einen Kondensator C1 aufweisenden Ausgang einer Strom- und
Spannungsversorgungseinrichtung, der der Versorgung des
Endgerätes 11 über die Leitungen 12 und 13 dient, wobei das
nicht mit der Diode D1 verbundene Ende des Kondensators C1 mit
Masse verbunden und die Leitung 13 als Masserückführungsleitung
vorgesehen ist. Zwischen den gemeinsamen Anschlußpunkt der
Diode D1 und des Kondensators C1 der Strom- und Spannungsver
sorgungseinrichtung sind nacheinander eine Sendeeinrichtung 15
zum Senden von Daten von der Zentrale 1 an das Endgerät 11 und
eine Empfangseinrichtung 14 zum Empfangen von vom Endgerät 11
an die Zentrale gesendeten Daten angeschlossen. Das Endgerät 11
enthält eine Sendeeinrichtung 17 zum Senden von Daten vom
Endgerät 11 an die Zentrale 1 sowie eine Empfangseinrichtung 16
zum Empfangen von von der Zentrale 1 an das Endgerät 11 gesen
deten Daten.
Die Sendeeinrichtung 15 enthält einen steuerbaren Span
nungsregler, der mit seinem Eingang an den die Dioden D1 und C1
aufweisenden Ausgang der Strom- und Spannungsversorgungsein
richtung und mit seinem Ausgang über die Empfangseinrichtung 14
an die Leitung 12 angeschlossen ist. Der Ausgang des
Spannungsreglers LM ist über einen Widerstand R2 auf den
Steuereingang des Spannungsreglers zurückgekoppelt, an den
weiterhin über einen Widerstand R3 die Kollektor-Emitter-
Strecke eines Transistors T1 angeschlossen ist, dessen Emitter
auf Masse liegt. Die Basis des Transistors T1 ist mit dem Aus
gang eines invertierenden Verstärkers T4 verbunden, dessen
Eingang ein an das Endgerät 11 zu übertragendes
Sendedatensignal TxD zuführbar ist.
Im Ruhezustand, d. h. wenn keine Daten gesendet werden, ist
der Transistor T1 gesperrt und der Spannungsregler LM erzeugt
einen für den normalen Betrieb des Endgerätes 11 vorgesehenen
Spannungswert, der z. B. zwischen 25 und 35 Volt liegen kann.
Wenn von der Zentrale 1 an das Endgerät 11 ein Sendedatensig
nal TxD in Form von seriellen Impulsen gesendet werden soll,
wird dieses der Basis des Transistors T1 über den inver
tierenden Verstärker T4 zugeführt, wodurch der Transistor T1
beim Auftreten jedes seriellen Impulses leitend geschaltet
wird, so daß die Widerstände R2 und R3 als ein Spannungsteiler
wirksam werden. Der gemeinsame Punkt der Widerstände R2 und R3
ist mit dem Steueranschluß des Spannungsreglers LM verbunden,
so daß der Spannungsregler als Konstantspannungsquelle
arbeitet, deren Wert über das Verhältnis R2/R3 auf einen Wert
eingestellt ist, der beispielsweise bei 10 Volt liegen kann.
Beim Zuführen des Sendedatensignals TxD wird somit die
Ausgangsspannung des Spannungsreglers LM entsprechend den seri
ellen Impulsen des Sendedatensignals vom normalen Betriebsspan
nungswert auf den durch die Widerstände R2 und R3 eingestellten
niedrigeren Wert gesenkt. Die Ausgangsspannung des Spannungs
reglers LM wird über einen Widerstand R5 in der Empfangsein
richtung 14, dem eine Zenerdiode ZD3 in Sperrichtung parallel
geschaltet ist, der Leitung 12 und über diese der Empfangsein
richtung 16 im Endgerät 11 zugeführt.
Die Empfangseinrichtung 16 enthält eine in Sperrichtung
geschaltete Zenerdiode ZD4 und einen Widerstand R8 in
Reihenschaltung zwischen der Leitung 12 und Masse. Der
gemeinsame Punkt der Zenerdiode ZD4 und des Widerstandes R8 ist
mit dem Eingang eines Verstärker T7 verbunden, an dessen
Ausgang das Datenempfangssignal RxD abnehmbar ist.
Die Sendeeinrichtung 17 des Endgerätes 11 enthält einen
Transistor T3, dessen Kollektor-Emitter-Strecke im Weg des
Stromes von der Leitung 12 zu den nicht näher bezeichneten
Verarbeitungsschaltungen des Endgerätes 11 liegt, wobei der
Emitter des Transistors T3 über eine in Durchlaßrichtung ge
schaltete Diode D2 mit der Leitung 12 verbunden ist. Zwischen
den Kollektor des Transistors T3 und Masse ist ein Speicherkon
densator C3 geschaltet. Die Basis des Transistors T3 liegt am
Ausgang eines invertierenden Verstärkers T6, dem an seinem
Eingang das von dem Endgerät 11 an die Zentrale 1 zu sendende
Sendedatensignal TxD′ zuführbar ist.
Wenn von der Sendeeinrichtung 15 der Zentrale 1 Daten an
das Endgerät 11 gesendet werden, sinkt die Spannung am Ausgang
des Spannungsreglers LM entsprechend den seriellen Impulsen des
zu übertragenden Sendedatensignals TxD. Das Absinken der
Spannung auf der Leitung wird vom Verstärker T7 in der
Empfangseinrichtung 16 des Endgerätes 11 erfaßt und somit am
Ausgang des Verstärkers T7 ein Empfangsdatensignal RxD mit
seriellen Impulsen entsprechend dem Sendedatensignal TxD
erzeugt.
Zum Senden eines Sendedatensignals TxD′ durch die Sende
einrichtung 17 des Endgerätes 11 wird dieses an den Eingang des
invertierenden Verstärkers T6 angelegt, wodurch in Ansprache
auf das Ausgangssignal desselben und den Impulsen des
Sendedatensignals TxD′ entsprechend der Transistor T3 gesperrt
wird. Dadurch wird der der Energieversorgung dienende Stromfluß
von der Zentrale 1 zu dem Endgerät 11 durch die Leitung 12
unterbunden, was in der Empfangseinrichtung 14 auf der Seite
der Zentrale 1 durch die Zenerdiode ZD3 und den Widerstand R5
erfaßt wird. Dadurch wird der Transistor T2 über den Widerstand
R6 an dessen Basis durchgeschaltet und am Ausgang des
Verstärkers T5 ein Impuls des Empfangsdatensignal RxD′
erzeugt, der einem Impuls des Sendedatensignals TxD′ am Eingang
der Sendeeinrichtung 17 auf der Seite des Endgerätes 11
entspricht.
Auf diese Weise werden durch Absenken der Spannung Daten
von der Sendeeinrichtung 15 der Zentrale 1 zur Empfangs
einrichtung 16 des Endgerätes 11 gesandt, während Daten von der
Sendeeinrichtung 17 des Endgerätes 11 zur Empfangseinrichtung
14 der Zentrale 1 durch Unterbrechen bzw. Absenken des Stroms
übertragen werden. In beiden Fällen wird durch die Übertragung
der Daten die Stromversorgung des Endgerätes 11 über die
Leitungen 12 und 13 vorübergehend unterbrochen. Während dieser
Zeiten wird die Versorgung des Endgerätes 11 durch den
Speicherkondensator C3 sichergestellt. Anstelle eines Speicher
kondensators kann selbstverständlich auch eine andere Ladungs
speichereinrichtung, beispielsweise eine Pufferbatterie verwen
det werden.
Da beim Vermindern der Ausgangsspannung der Sendeeinrich
tung 15 in Ansprache auf das dem invertierenden Verstärker T4
zugeführten Sendedatensignal TxD die Ausgangsspannung des
Spannungsreglers LM vermindert und damit auch der Stromfluß
durch die Leitung 12 unterbrochen wird, kann die Zentrale nicht
gleichzeitig senden und von dem Endgerät Daten empfangen. Das
heißt, daß während des Sendens von Daten von der Zentrale 1
deren Empfangseinrichtung 14 inaktiviert werden muß. Da
andererseits die Empfangseinrichtung 16 im Endgerät 11
hochohmig ausgelegt ist und vor deren Sendeeinrichtung 17
liegt, die als Schalter wirkt, und das Endgerät auch während
der vorübergehenden Unterbrechungen des Versorgungsstromes
durch den Speicherkondensator C3 betriebsbereit bleibt, kann
das Endgerät 11 gleichzeitig Daten über die Empfangseinrichtung
16 empfangen und über die Sendeeinrichtung 17 senden.
Die Inaktivierung der Empfangseinrichtung 14 der Zen
trale 1 während des Sendens ihrer Sendeeinrichtung 15 erfolgt
durch die Steuereinrichtung 2, die beispielsweise programmge
steuert die Inaktivierung bewirkt. Auch kann vorgesehen sein,
daß die Steuereinrichtung 2 das Senden der Zentrale 1 in regel
mäßigen Intervallen unterbricht, um dadurch Energiepausen zum
Nachladen des Speicherkondensator 3 in dem Endgerät 11 über
die Leitungen 12, 13 zur Verfügung zu stellen. Da im Unter
schied zur Zentrale 1 das Endgerät 11 während seines Empfangs
betriebs auch senden kann, werden seine Datensendungen durch in
regelmäßigen Zeitabständen wiederkehrende Unterbrechungsimpulse
eingeleitet. Diese Unterbrechungsimpulse werden so lange von
dem Endgerät 11 ausgesendet, bis die Empfangssperre in der
Zentrale 1 aufgehoben wird, wodurch die Empfangseinrichtung 14
der Zentrale 1 den Unterbrechungsimpuls empfangen kann. An
sprechend auf den empfangenen Unterbrechungsimpuls sendet die
Zentrale 1 sodann über ihre Sendeeinrichtung 15 einen Freigabe
impuls an das Endgerät 11 und sperrt anschließend ihre Sende
einrichtung 15, worauf die Sendeeinrichtung 17 des Endgerätes
11 ansprechend auf den empfangenen Freigabeimpuls die Daten an
die Zentrale 1 ausgibt.
Der Zeitablauf dieses programmgesteuerten Datenverkehrs
zwischen der Zentrale 1 und den einzelnen Endgeräten 11 ist in
Fig. 4 veranschaulicht. Hierin zeigt Fig. 4 (a) den Spannungsverlauf
auf der das Sendedatensignal TxD führenden Leitung, das
dem Transistor T1 der Sendeeinrichtung 15 zugeleitet wird,
sowie den Spannungsverlauf des Empfangsdatensignal RxD′ am
Ausgang der Empfangseinrichtung 14 der Zentrale 1. Dagegen sind
in Fig. 4 (c) die entsprechenden Spannungsverläufe für das
jeweilige Endgerät 11 dargestellt. Es handelt sich hierbei um
das am Ausgang der Empfangseinrichtung 16 des Endgerätes 11
auftretende Empfangsdatensignal RxD und das am Eingang der
Sendeeinrichtung 17 anliegende Sendedatensignal TxD′. In
Fig. 4 (b) ist der zu den in Fig. 4 (a) und (c) dargestellten
Verläufen der Sende- und Empfangsdatensignale gehörende Strom- und
Spannungsverlauf auf den Leitungen 12, 13 dargestellt.
Fig. 3 zeigt mehr ins einzelne gehend ein zweites Ausfüh
rungsbeispiel der Sende- und Empfangseinrichtung der Zentrale.
Hierbei sind Bauelemente, die denen der Empfangseinrichtung 14
und der Sendeeinrichtung 15 in Fig. 2 gleichen, mit denselben
Bezugszeichen versehen. In der Sendeeinrichtung wird das
Sendedatensignal TxD über einen invertierenden Verstärker und
einen optischen Koppler OK1 galvanisch entkoppelt zugeführt.
Der Emitter des optischen Kopplers OK1 ist über einen
Widerstand R8 auf Masse geschaltet und über einen Widerstand R9
mit der Basis eines Transistors T1 verbunden. Wie bei Fig. 2
liegt die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T1 mit dem
Kollektor über einen Widerstand R3 am Steueranschluß eines
steuerbaren Spannungsreglers LM, der mit seinem Eingang mit
einer eine Diode D1 und einen Kondensator C1 aufweisenden
Strom- und Spannungsversorgungseinrichtung verbunden ist. Der
Ausgang des Spannungsreglers LM ist an ein Ende eines
Widerstandes R1 angeschlossen, dessen anderes Ende sowohl mit
der Leitung 12 zum Endgerät 11 als auch über einen Widerstand
R2 auf den Steueranschluß des Spannungsreglers LM
zurückgekoppelt ist. Die Verbindung der Widerstände R2 und R3
ist über eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode D3 und eine
Parallelschaltung aus einem Widerstand R10 und einem
Kondensator C2 mit Masse verbunden.
Wenn keine Daten in Form eines Sendedatensignals TxD
gesendet werden, ist der Transistor T1 gesperrt und der Span
nungsregler LM arbeitet im Normalbetrieb, wobei der Strom durch
den Widerstand R1 auf einen Nennwert, z. B. auf 300 mA begrenzt
wird. Dieser Strombegrenzungswiderstand R1 dient zum einen
dazu, das Endgerät 11 und insbesondere die in Reihe mit der
Leitung 12 liegende Sendeeinrichtung 17 des Endgerätes 11 vor
zu hohen Einschaltströmen zu schützen. Zum anderen dient der
Strombegrenzungswiderstand R1 als Schutzeinrichtung im Falle
eines an den Leitungen 12 und 13 auftretenden Kurzschlusses.
Falls die Leitungen 12 und 13 kurzgeschlossen sind, wird der
Kurzschlußstrom durch den Widerstand R1 begrenzt, und der Span
nungsregler LM geht solange in Strombegrenzung bis eine dort
intern vorgesehene thermische Abschalteinrichtung anspricht und
den Spannungsregler abschaltet. Auf diese Weise wird die
Schnittstelleneinrichtung 5 der Zentrale 1 automatisch vom
fehlerhaften Anschluß getrennt, ohne daß der Rest des Systems
davon betroffen wäre. Nach dem Beheben des Kurzschlusses wird
die Verbindung wieder funktionsfähig.
Wenn der Spannungsregler LM zum Senden von Datenimpulsen
über den optischen Koppler OK1 angesteuert wird, wird der Tran
sistor T1 über den Widerstand R9 durchgeschaltet, so daß der
Spannungsregler LM als Konstantspannungsquelle arbeitet, die
über das Verhältnis (R1 + R2)/R3 der betreffenden Widerstände
auf einen geeigneten Wert eingestellt wird, beispielsweise auf
etwa 10 Volt, wie auch bei Fig. 2. Um Leitungskapazitäten
schnell zu entladen, werden die Widerstände R2 und R3
vorzugsweise niederohmig dimensioniert.
Der dynamische Innenwiderstand des Spannungsreglers LM
wird durch die aus der Diode D3, dem Widerstand R10 und dem
Kondensator C2 gebildete Schaltung reduziert, so daß die
Schaltzeit des Spannungsreglers LM vermindert und die Folgezeit
zwischen verschiedenen Impulsen des zu übertragenden Signals
stark verkürzt werden können. Dadurch können auch bei größeren
Leitungslängen, wie z. B. einige hundert Meter, Schaltzeiten von
weniger als 250 µs realisiert werden.
Statt des der Bildung des Empfangsdatensignals RxD′
dienenden einzigen Transistors T2 der Empfangseinrichtung 14
von Fig. 2 ist bei der Empfangseinrichtung des Ausführungsbei
spiels von Fig. 3 ein Optokoppler OK2 vorgesehen, der mit Hilfe
eines Transistors T40 gemäß dem an dem Widerstand R5 auftreten
den Spannungsabfall angesteuert wird, welcher die durch die
Sendeeinrichtung 17 des jeweiligen Endgerätes 11 auf der Lei
tung 12 hervorgerufenen Stromänderungen erfaßt. Abweichend von
Fig. 2 ist der der Erfassung der Stromänderungen dienende
Widerstand R5 in der Durchlaßrichtung des von der Schnitt
stelleneinrichtung 5 zu dem Endgerät gerichteten Versorgungs
stroms durch zwei hintereinandergeschaltete Dioden D3 und D4
überbrückt.
Im einzelnen ist der Emitter des Transistors T40 mit dem
schnittstellenseitigen Anschluß des Widerstandes R5 und seine
Basis über einen Widerstand R11 mit dem endgeräteseitigen An
schluß des Widerstandes R5 verbunden. Der Kollektor des Transi
stors T40 ist über einen Widerstand R10 an die Anode der
Photodiode des Optokopplers OK2 angeschlossen, wobei die
Kathode dieser Photodiode auf Masse liegt. Der Kollektor des in
dem Optokoppler OK2 vorhandenen Phototransistors ist über einen
Widerstand R12 mit einer Versorgungsspannung V beaufschlagt,
während der Emitter auf Masse liegt. Das Empfangsdatensignal
RxD′ wird am Ausgang eines an den Kollektor angeschlossenen
invertierenden Verstärkers abgegriffen.
Da der Transistor T40 gemäß den an dem Widerstand R5
auftretenden Stromimpulsen leitend bzw. nichtleitend wird,
überträgt der Optokoppler OK2 unter galvanischer Trennung ein
den Stromimpulsen entsprechendes Signal von seinem Eingang zu
seinem Ausgang, so daß am Ausgang des an den Kollektor an
geschlossenen invertierenden Verstärkers das Empfangsdatensi
gnal RxD′ zur Verfügung steht.
Claims (12)
1. Verfahren zum Übertragen von Daten in Form von seriel
len Impulsen, die zum Senden aus einem Sendedatensignal (TxD;
TxD′) erzeugt werden und aus denen beim Empfang ein Empfangsda
tensignal (RxD; RxD′) gewonnen wird, zwischen einer Zentrale
(1) und mindestens einem mit der Zentrale (1) verbundenen End
gerät (11), das aus einer Einrichtung zur Spannungs- und Strom
versorgung von der Zentrale (1) mit elektrischer Betriebslei
stung versorgt wird, wobei die seriellen Impulse übertragen
werden, indem die von der Zentrale an das Endgerät übertragene
Betriebsleistung den seriellen Impulsen entsprechend moduliert
wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Senden der Impulse von
der Zentrale (1) zum Endgerät (11) durch Vermindern oder
Unterbrechen der Versorgungsspannung unter Sperrung der Emp
fangsbereitschaft der Zentrale (1) erfolgt, und daß das Senden
der Impulse vom Endgerät (11) zur Zentrale (1) durch Vermindern
oder Unterbrechen des Versorgungsstromes unter Aufrechterhal
tung der Empfangsbereitschaft des Endgerätes (11) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Impulse von der Zentrale (1) gesendet werden, indem die
Versorgungsspannung auf einen gegenüber der normalen Betriebs
spannung niedrigeren Wert gesenkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Impulse vom Endgerät (11) gesendet werden, indem
der Versorgungsstrom unterbrochen wird.
4. Kommunikationssystem zur Durchführung des Verfahrens
nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das eine Zentrale (1) mit
einer Spannungs- und Stromversorgungseinrichtung (D1, C1) und
mindestens ein mit der Zentrale (1) verbundenes Endgerät (11),
das zur Versorgung mit elektrischer Betriebsleistung an die
Spannungs- und Stromversorgungseinrichtung (D1, C1) der Zen
trale angeschlossen ist, sowie Sende- und
Empfangseinrichtungen (14, 15, 16, 17) zur Übertragung von Daten zwischen der Zen
trale (1) und dem Endgerät (11) in Form von seriellen Impulsen
enthält, die beim Senden aus einem Sendedatensignal (TxD; TxD′)
erzeugt werden, und aus denen beim Empfang ein Empfangs
datensignal (RxD; RxD′) gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sendeeinrichtung (15) der Zentrale (1) eine Schalt
einrichtung (T1, R2, R3) enthält, die in Ansprache auf ihr
Sendedatensignal (TxD) die Versorgungsspannung entsprechend den
seriellen Impulsen vermindert oder unterbricht, daß die Emp
fangseinrichtung (16) des Endgerätes (11) eine Einrichtung
(ZD4, R8, T7) enthält, die auf die den seriellen Impulsen
entsprechende Verminderung oder Unterbrechung der Versorgungs
spannung anspricht und daraus ihr Empfangsdatensignal (RxD) er
zeugt, daß die Sendeeinrichtung (17) des Endgerätes (11) eine
Schalteinrichtung (T3, T6) enthält, die in Ansprache auf ihr
Sendedatensignal (TxD′) den Versorgungsstrom entsprechend den
seriellen Impulsen vermindert oder unterbricht, und daß die
Empfangseinrichtung (14) der Zentrale (1) eine Einrichtung
(ZD3, R5, R6, T2, T7) enthält, die auf die den seriellen
Impulsen entsprechende Verminderung oder Unterbrechung des
Versorgungsstromes anspricht und daraus ihr Empfangsdatensignal
(RxD′) erzeugt.
5. Kommunikationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Endgerät eine Ladungsspeichereinrichtung (C3)
zur Versorgung des Endgerätes (11) während der Unterbrechungen
der Betriebsleistungsversorgung enthält.
6. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrale (1) die eines Telefon
systems ist, daß die Endgeräte (11) an die Zentrale ange
schlossene Systemtelefone sind, und daß die übertragenen Daten
der Steuerung von Funktionen der Zentrale und der System
telefone dienen.
7. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (15) der
Zentrale (1) einen Spannungsregler (LM) enthält, aus dem das
Endgerät (11) mit Betriebsspannung versorgt wird, und daß eine
Einrichtung (R2, R3; R1, R2, R3) vorgesehen ist, durch die die
Ausgangsspannung des Spannungsreglers (LM) in Ansprache auf die
Impulse des Sendedatensignals (TxD) auf einen gegenüber der Be
triebsspannung niedrigeren Spannungswert eingestellt wird.
8. Kommunikationssystem nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Spannungsregler (LM) über einen Strombe
grenzungswiderstand (R1) mit dem Endgerät (11) verbunden ist.
9. Kommunikationssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spannungsregler (LM) mit einer Einrich
tung (D3, R10, C2) zur Verkürzung der Schaltzeit versehen ist.
10. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Zentrale (1) vorge
sehene Steuereinrichtung (3) die Empfangseinrichtung (14) der
Zentrale (1) während des Sendebetriebs ihrer Sendeeinrichtung
(15) inaktiviert.
11. Kommunikationssystem nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Steuereinrichtung (3) die Sendeeinrichtung
(15) der Zentrale (1) in regelmäßigen zeitlichen Abständen zur
Bildung von der Nachladung der Ladungsspeichereinrichtung (C3)
dienenden Energiepausen unterbricht.
12. Kommunikationssystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (17) des Endgerätes
(11) vor jeder Datensendung eine Folge von zeitlich beabstan
deten Unterbrechungsimpulsen aussendet, bis die Zentrale (1)
ansprechend auf den Empfang eines der Unterbrechungsimpulse
mittels ihrer Empfangseinrichtung (14) unter der Steuerung
durch die Steuereinrichtung (2) durch ihre Sendeeinrichtung
(15) einen Freigabeimpuls an das Endgerät (11) aussendet und
die Sendeeinrichtung (15) anschließend inaktiviert, und daß die
Sendeeinrichtung (17) des Endgerätes (11) ansprechend auf den
Empfang des Freigabeimpulses mit dem Senden der Daten beginnt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914111301 DE4111301A1 (de) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | Verfahren und kommunikationssystem zum uebertragen von seriellen daten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914111301 DE4111301A1 (de) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | Verfahren und kommunikationssystem zum uebertragen von seriellen daten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4111301A1 true DE4111301A1 (de) | 1992-10-22 |
Family
ID=6429050
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914111301 Withdrawn DE4111301A1 (de) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | Verfahren und kommunikationssystem zum uebertragen von seriellen daten |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4111301A1 (de) |
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