DE4141387C2 - Datenübertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Datenübertragung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei dieser sind auf einfache Weise Datenquellen und Datensenken über einen gemeinsamen Datenbus miteinander verbunden. Es handelt sich dabei vorwiegend um relativ langsame Datenverbindungen, die für interne Steuer- und Kontrollfunktionen bei der Steuerung von Geräten, Maschinen oder Kraftfahrzeugen zunehmend verwendet werden und dort weitere Bedienungserleichterungen oder Automatisierungen ermöglichen. Eine immer größere Zahl von Steuerelementen und Sensoren muß dabei aktiviert bzw. abgefragt werden. Die erforderliche Vernetzung der einzelnen Informationen mit einzelnen Leitungen würde zu einem sehr verzweigten und unübersichtlichen Kabelbaum führen. Die Wahrscheinlichkeit, daß bei Reparaturen, Austausch oder Wartungsarbeiten Anschlüsse vertauscht werden oder daß Kontakte ausfallen ist daher sehr groß. Dies gilt insbesondere in Kraftfahrzeugen mit den schwierigen elektrischen Randbedingungen.

Datenübertragungen mittels infraroter Signale sind von Fernbedienungen von Fernsehgeräten, Garagentoren oder Zentralverriegelungsanlagen bei PKW her bekannt. Dabei wird der Sender von der Bedienungsperson direkt auf den Empfänger gerichtet. Aus der DE 39 08 786 C2 ist eine Datenübertragung über optische Wege zwischen Platinen eines elektronischen Schaltungsaufbaus an Stelle von Rückwandverdrahtungen bekannt. Dort werden im Signalweg bewußt definierte Reflexionen an Spiegeln für die Strahllenkung eingesetzt.

Aus EP-A 02 17 571 ist ein Datenübertragungssystem für Kraftfahrzeuge bekannt, bei dem ein Teil der beschriebenen Probleme dadurch gelöst wird, daß statt des umfangreichen Kabelbaums ein verdrillter Zweitdraht-Datenbus im Auto verlegt wird, an den die einzelnen Datenquellen und Datensenken angeschlossen sind. Über Konfliktsteuerungsschaltungen, die zur Erkennung der Mehrfachbelegung die "verdrahtete ODER-Verknüpfung" auswerten, die der Datenbus darstellt, wird sichergestellt, daß gleichzeitig nicht mehrere Datenübertragungen stattfinden. Die Übertragung der Daten und Instruktionen erfolgt über den Zweitdraht-Datenbus seriell Bit für Bit, da der Zweitdraht-Datenbus lediglich zwei unterschiedliche logische Zustände annehmen kann. Anstatt des verdrillten Zweitdraht-Busses kann als Übertragungsmedium auch ein elektrooptisches System mit einem Lichtwellenleiter verwendet werden, der die codierten Infrarot-Lichtsignale überträgt.

Aus der nichtvorveröffentlichten EP 04 89 944 A1 ist ein Master-Slave- Datenübertragungssystem mit flexiblem Eindraht-Bus bekannt. In dieser Druckschrift wird ausführlich die Betriebsweise eines Eindraht-Datenübertragungssystems beschrieben, das den konfliktfreien Datenaustausch zwischen einer Vielzahl von Datenquellen und Datensenken beschreibt. Besondere Vorteile dieses Systems liegen darin, daß jeder Busteilnehmer mittels einer Adresse gezielt ansteuerbar ist, wobei die Adressen unterschiedlich lang sein können. Das beschriebene System ist sowohl für unidirektionale als auch für bidirektionale Datenverbindungen geeignet. Im unidirektionalen Betrieb wird beispielsweise lediglich ein Befehl durchgeschaltet und im bidirektionalen Betrieb wird beispielsweise die Temperatur eines bestimmten Temperatursfühlers abgefragt.

Ein Nachteil derartige Datenübertragungssysteme ist, daß die räumlichen Gegebenheiten in erster Linie durch die mechanische Ausgestaltung des vorgegebenen mechanischen Systems bestimmt sind und daß die Elektronik und der zugehörige Datenbus sich diesen Gegebenheiten anpassen muß. Dies bedeutet, daß unter Umständen die einzelnen elektronischen Baugruppen kaum zugänglich sind und dadurch auch der Anschluß an den Datenbus erschwert wird. Ein anderer Nachteil ist, daß auch ein verdrillter Zweidraht- Bus Störsignale auffängt, die zu Fehlsteuerungen führen können. Der Lichtwellenleiter-Datenbus schafft hier zwar Abhilfe, aber die elektrooptischen Steckverbindungen sind in der Regel zu aufwendig und Verzweigungsmöglichkeiten für zusätzliche Anschlüsse sind kaum vorhanden.

Es ist daher Aufgabe der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung, für eine Datenübertragung eine Busrealisierung anzugeben, die an die mechanischen Gegebenheiten angepaßt ist und die auch einen einfachen Austausch oder eine einfache Nachrüstung der angeschlossenen Busteilnehmer ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit der gattungsgemäßen Datenübertragung angegeben.

Grundgedanke der Erfindung ist dabei, die Datenübertragungseinrichtungen einer mechanischen Baueinheit über eine optische Datenübertragungsstrecke zusammenzuschalten, ohne hierfür einen Lichtwellenleiter zu verwenden. Die Erfindung macht sich zunutze, daß mechanischen Baugruppen oft Hohlkörper bilden oder sich leicht zu solchen ergänzen lassen. Innerhalb eines Hohlkörpers werden die optischen Signale über eine Vielzahl von Reflexionen in alle Bereiche verteilt, und gehen dabei auch um Hindernisse herum. Durch den Hohlkörper werden zusätzlich Störungen durch Fremdlicht ausgeschaltet. Als optische Signale dienen Lichtsignale im sichtbaren oder unsichtbaren Frequenzbereich, insbesondere Signale im Infrarotbereich.

Hohlkörper im Automobil sind beispielsweise: die Türinnenräume, der Motorraum, der Kofferraum, Teile der Kotflügel, der Bereich hinter den Amaturen, Bereiche innerhalb der Sitzgarnituren, Konsolen und dergleichen mehr.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch als Blockschaltbild eine Datenübertragung in einem Hohkörper und

Fig. 2 zeigt schematisch als Blockschaltbild eine Einrichtung zur Konfliktvermeidung.

In Fig. 1 ist beispielhaft eine Datenübertragung nach der Erfindung im Blockschaltbild dargestellt, wobei die Datenübertragung sowohl der unipolaren als auch der bipolaren Datenübertragung zwischen einem Datengeber g und verschiedenen Datenempfängern e1, e2, e3 dient. Die elektrooptische Datenübertragungsstrecke eo befindet sich dabei im Innenbereich i eines Hohlkörpers h, der schematisiert mit einer Doppelstrichlinie dargestellt ist. Aus dem Hohlkörper h führt der externe Datenbus bl heraus, der in beliebiger Form ausgeführt sein kann, z. B. als Parallelbus, als verdrillter Zweitdraht-Bus oder als Lichtwellenleiter. Die Busleitung bl ist an einen ersten und an einen zweiten Datenprozessor p1, p2 angeschlossen, die entweder Daten an die elektronische Einrichtungen e1, e2, e3 im Hohlkörper h senden oder Daten von den Einrichtungen e2, e3 abrufen.

Im Hohlkörper h ist der externe Datenbus bl an den Datengeber g angeschlossen, der im dargestellten Beispiel in bidirektionaler Richtung auf den externen Datenbus bl wirkt. Der Datengeber g hat die Aufgabe, ein binär codiertes elektrooptisches Signal hoher Intensität im Innenbereich i des Hohlkörpers h abzugeben, das den jeweiligen Daten auf dem Datenbus bl entspricht. Bei einem einstelligen externen Datenbus bl erfordert dies lediglich eine Treiberschaltung für die Sendediode s. Die Umwandlung des elektrischen Datenbussignals in ein Infrarotsignal ist in diesem Fall besonders einfach.

Die Infrarotstrahlung der Datengeber-Sendediode s gelangt direkt oder gegebenenfalls nach einigen Umwegen und Reflexionen auf die Infrarotdetektoren d der drei Datenempfänger e1, e2, e3 im Hohlkörper h. In Fig. 1 sind beispielhaft drei unterschiedliche Datenempfänger e1, e2, e3 dargestellt, dies ist jedoch nicht als Beschränkung anzusehen. Die Art und Anzahl der einzelnen Datenempfänger ist selbstverständlich beliebig, sofern die Adressen voneinander unterscheidbar sind.

Der erste Datenempfänger e1 arbeitet nur unidirektional. Im einfachsten Fall empfängt er nur einen einzigen Befehl, den er durch Setzen seines Ausgangs o weiterleitet.

Der zweite Datenempfänger e2 ermöglicht einen bidirektionalen Datenaustausch und enthält zu diesem Zweck außer dem Detektor d eine Sendediode s für die elektrooptische Übertragungsstrecke eo. Seine elektrische Ein/Ausgangsschnittstelle io empfängt elektronische Signale oder Daten oder gibt solche ab. Damit die elektrooptische Datenübertragungsstrecke eo in beiden Richtungen wirksam werden kann, ist der Datengeber g mit einem Infrarotdetektor d ausgerüstet, der die Signale empfängt, in elektrische Signale umwandelt und mit diesen den externen Datenbus bl speist.

Der dritte Datenempfänger e3 ermöglicht ebenfalls eine bidirektionale Datenübertragung über die elektrooptische Datenübertragungsstrecke eo, wobei jedoch seine elektrische Ein/Ausgangsschnittstelle an einen weiteren bidirektionalen Datenbus hb angeschlossen ist. Beispielhaft wird beim dritten Datenempfänger e3 ein an der Innenwand des Hohlkörpers h reflektiertes Signal r dargestellt. Der dritte Datenempfänger e3 kann damit bezüglich seines Datenbusses hb auch als Datengeber bezeichnet werden, analog zum Datengeber g. Die Innenschaltungen können gleich ausgebildet sein.

Die Innenschaltung des Datengebers g und der drei Datenempfänger e1, e2, e3 sind in Fig. 1 nicht näher dargestellt, weil es sich bei ihnen um übliche elektronische Schaltungsteile wie Verstärker, Treiberschaltungen, Schwellwertschaltungen und Versorgungsschaltungen handelt, die in derartigen elektrooptischen Geräten verwendet werden. Die Verstärkerschaltungen für die Infrarotdetektoren d verfügen gegebenenfalls über eine automatische Verstärkungsregelung zur Anpassung an unterschiedliche Signalintensitäten, die durch die jeweiligen Hohlkörper h bedingt sind.

Wie oben bereits angegeben, ist es unter Umständen sinnvoll, daß mehr als ein Datengeber g im Hohlkörper h vorhanden ist. Dieser zusätzliche Datengeber, der mit einem unabhängigen Bussystem verbunden ist, hat in gleicher Weise wie der in Fig. 1 dargestellte Datengeber g Zugriff auf die Datenempfänger e1, e2, e3. Über die entsprechenden Adressen ist jede gewünschte Datenübertragung steuerbar.

In Fig. 2 ist ein einfaches Schaltungsbeispiel zur Konfliktvermeidung bei einem gleichzeitigen Zugriff auf die elektrooptische Datenübertragungsstrecke eo dargestellt. Die Funktion dieser schematisch dargestellen Schaltung besteht in der Überprüfung des beabsichtigen Infrarot- Strahlungspegels der elektrooptischen Datenübertragungsstrecke eo mit dem tatsächlichen Pegel. In der Art einer verdrahteten ODER-Verknüpfung setzt sich nämlich auf der elektrooptischen Übertragungsstrecke eo der aktive Sendezustand durch. Da bei konkurrierendem Betrieb die Priorität mittels Senderadressen festgelegt wird, findet die Prioritätsprüfung anhand einer Koinzidenzprüfung der einzelnen binären Adressenstellen statt. Bei Nichtübereinstimmung zwischen tatsächlichem und gesendetem Bit wird ein Blockiersignal b ausgelöst, das den prioritätsniedrigeren Datengeber für eine bestimmte Zeit blockiert. Bei mehrstelligen Adressen werden auf diese Weise nacheinander alle prioritätsniedrigeren Datengeber abgeschaltet, bis die Sender/Gebereinheit mit der höchsten Priorität ihre Datenübergabe abgewickelt hat.

Es ist auch möglich, daß einer der Datenempfänger e2, e3 rückwärts den Datengeber g blockiert, weil die Daten beispielsweise noch nicht abrufbar sind. Derartige Abläufe werden im einzelnen ausführlich in der bereits genannten EP 04 89 944 A1 beschrieben.

Die als Ausführungsbeispiel dargestellte Konfliktvermeidungsschaltung von Fig. 2 zeigt eine Adressenquelle ag, die bitweise über eine Treiberstufe v1 eine Infrarot-Sendediode s speist. Der optische Logikpegel der Übertragungsstrecke eo wird durch einen Infrarotdetektor d gemessen, dessen elektrisches Ausgangssignal mittels eines Verstärkers v2 auf einen zweckmäßigen Pegel angehoben wird. Eine nicht näher gezeigte automatische Verstärkungsregelung paßt sich dabei den optischen Eigenschaften des Hohlkörper-Innenbereiches i an. Durch den pulsweisen Betrieb der Sendediode s läßt sich ein vernünftiger Sollwert für die automatische Verstärkungsregelung finden, damit die Ein- und Ausschaltschwelle der Infrarotimpulse sicher erkannt werden kann. Bei einem 1 : 1 Rechtecksignal soll die halbe empfangene Signalamplitude etwa dem vorgegebenen Schwellenwert im Komparator c entsprechen. Im Komparator c wird das jeweils gesendete Bit sb und das empfangene Bit db auf Koinzidenz überprüft. Ist keine Koinzidenz vorhanden, wird das Blockiersignal b ausgelöst, das unter anderem die Adressenquelle ag abschaltet und einen Datenspeicher dr für die empfangenen Signale löscht und blockiert. Das Blockiersignal b darf nur während der Adressensendezeit ausgelöst werden. Der Komperator c ist daher während des Adressenintervalls mit einem entsprechenden Torsignal t aus der Adressenquelle ag gespeist.

Die in Fig. 1 dargestellten Datengeber g und Datenempfänger e1, e2, e3 sind zweckmäßigerweise als geschlossene Baugruppen in Modulform hergestellt und enthalten bis auf die elektrooptischen Wandler s, d monolithisch integrierte Schaltungsteile. Es bietet sich daher an, jede dieser Baugruppen als Hybridelemente mit einer Kunststoffumhüllung zu versehen, die im Bereich der elektrooptischen Wandler s, d ein optisches Fenster aufweist. Am einfachsten ist dies, wenn die Umhüllung für die Wellenlänge der elektrooptischen Wandler von sich aus schon transparent ist, oder im Bereich der optischen Fenster die Transparenz durch bekannte Lösungen sicherstellt, z. B. durch den tatsächlichen Einsatz eines Fensters oder durch eine Verringerung der Wandstärken im Bereich der elektrooptischen Wandler.

Claims (4)

1. Datenübertragung mittels optischer, insbesondere infraroter, Signale über einen als einstelliger logischer Datenbus konfigurierte Übertragungsstrecke (eo) mit mindestens einem Datengeber (g) und mindestens einem adressierbaren Datenempfänger (e1, e2, e3), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - mittels der Lichtsignale werden kraftfahrzeugspezifische Daten übertragen,
• - zur Signalbündelung durch Reflexionen und Fremdlichtabschirmung dient der jeweilige Innenbereich (i) eines beliebig geformten, insbesondere Hindernisse aufweisenden, durch mechanische Baugruppen eines Kraftfahrzeuges gebildeten Hohlkörpers (h), der den mindestens einen Datengeber (g) und den mindestens einen Datenempfänger (e1, e2, e3) enthält, und
• - eine Konfliktvermeidungsschaltung (ag, c, dr), die in jedem Datengeber (g) vorhanden ist, ermöglicht eine konfliktfreie Datenübertragung mittels einer Prioritätsfestlegung über den bitweisen Vergleich der Datengeberadressen.

2. Datenübertragungsschnittstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrooptische Datenübertragungsstrecke (eo) bidirektional ist.

3. Datenübertragungsschnittstelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Datengeber (g) und/oder der mindestens eine Datenempfänger (e1, e2, e3) jeweils eine Umhüllung mit einem optischen Fenster aufweist.

4. Datenübertragungsschnittstelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung jedes Datengebers und jedes Datenempfängers für die Wellenlänge der elektrooptischen Übertragungsstrecke transparent ist.