DE4327537C2

DE4327537C2 - Sensorelement für ein serielles Bussystem

Info

Publication number: DE4327537C2
Application number: DE19934327537
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Fischer; Manfred Dipl Ing Stuerzer; Klaus Dipl Ing Wetzel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-08-16
Filing date: 1993-08-16
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2013-08-17
Also published as: DE4327537A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorelement für ein serielles Bus system mit Daisy-Chain-Busstruktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für elektronische Systeme ist eine Vielzahl von unterschiedli chen Bussystemen bekannt. Insbesondere im KFZ-Bereich oder bei Maschinen wird oft eine Vielzahl gleichartiger Sensoren benö tigt, um physikalische Kenngrößen zu ermitteln. Diese Signale müssen dann meist mit Hilfe eines Mikroprozessors weiter verar beitet werden. Im KFZ-Bereich kann ein derartiger Sensor z. B. feststellen, ob ein elektrisch betätigtes Schiebedach den rich tigen Sitz hat oder ähnliches. Um Leitungen zu sparen, sollten die Sensoren an einem Leitungssystem parallel oder seriell ge schaltet sein. Die Sensoren sollten dabei nur unwesentlich grö ßer und teurer werden, außerdem sollten die einzelnen Sensoren nicht individuell adressierbar sein, da dies einen erhöhten Aufwand mit sich bringt.

Aus C. Färber, Bussysteme, 2. Auflage, R. Oldenbourg Verlag München Wien 1987, Seiten 16, 17, 57, 58, 91, 92 ist ein seri elles Bussystem bekannt, bei dem eine Steuereinheit (Leitstation) über eine Steuerleitung einen ersten seriell an den Bus angekoppelten Teilnehmer (Sensorelement) zur Abgabe eines Datensignals aktiviert und nachfolgend alle weiteren seriell angeschlossenen Teilnehmer zur Übertragung ihrer Information aktiviert. Ein Bussystem mit einem solchen dezentralen Zuteilungsverfahren wird allgemein auch als Daisy-Chain-Bussystem bezeichnet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sensorelement für ein serielles Bussystem anzugeben, das mit möglichst wenig Kosten ausbildbar ist.

Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind Kennzeichen der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Bussystems,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale des Bus systems,

Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen busfä higen Sensorelements.

In dem in Fig. 1 dargestellten Bussystem ist ein den Bus steu ernder Mikroprozessor 1 dargestellt. Dieser ist mit einer Ver sorgungsspannungsklemme 2 und mit Masse verbunden. Ein Wider stand 3 ist vorgesehen, der zwischen Versorgungsspannungsklemme 2 und einer ersten Busleitung A liegt. Die zweite Busleitung B ist mit Masse verschaltet. Ein Ausgangsport des Mikroprozessors 1 ist mit der dritten Busleitung C verschaltet. Die dritte Busleitung C ist in mehrere Teilleitungen C₁, C₂. . .C_n aufge teilt. Die erste Teilleitung C₁ ist mit dem Mikroprozessoraus gangsport und mit dem Eingang eines ersten Sensors S₁ verschal tet. Der Ausgang des Sensors S₁ ist mit der zweiten Teilleitung C₂ verbunden. Diese ist wiederum mit dem Eingang des zweiten Sensors S₂ verbunden. Weitere Teilleitungen C₃, C₄. . .C_n sind vorgesehen, die jeweils zwischen die seriell hintereinander ge schalteten Sensoren S₃, . . ., _n geschaltet sind. Die Busleitung A ist mit dem Eingang einer Auswerteschaltung 4 verbunden. Der Ausgang der Auswerteschaltung 4 ist mit einem Eingangsport des Mikroprozessors 1 verschaltet. Die Auswerteschaltung 4 kann im einfachsten Fall ein Schmitt-Trigger sein.

Die Funktionsweise des Zuteilungsverfahrens einer Daisy-Chain-Busstruktur wird nun in Verbindung mit Fig. 2, welche den zeitlichen Verlauf der Signale auf der Busleitung A und vier Teilbusleitungen C₁, C₂, C₃ und C₄ zeigt, näher erläutert. Über die Busleitung C₁ aktiviert der Mikroprozessor 1 das erste Sensorelement S₁, das Sensorelement 1 schaltet dann während einer ersten Phase t₁ eine Stromsenke ein, die mit der Busleitung A in Verbindung steht. Durch das Anlegen dieses Signal S erkennt der Mikroprozessor, daß das vom ihm aktivierte Sensorelement aktiv ist. Während einer zweiten Zeitphase t₂ wird nun die zusätzliche Stromsenke nur dann eingeschaltet, wenn der im Sensorelement befindliche Sensor aktiviert wurde, andernfalls wird kein Signal gesendet. Während einer nachfolgenden Phase t₃ wird eine Schaltpause eingehalten, um das Aktivierungssignal des nachfolgend aktivierten Sensore lements zu erkennen. Schließlich wird während einer Zeitphase t₄ durch das Sensorelement S₁ das nachfolgende Sensorelement S₂ aktiviert. Dieser Vorgang wird so lange durch die am Bus ange schlossenen Sensorelemente wiederholt, bis alle in Reihe ge schalteten Sensorelemente aktiviert wurden und ihr Datensignal über die Busleitung A abgegeben wurde. Der Mikroprozessor 1 kann durch eine zeitliche Auswertung die jeweiligen Signale den jeweiligen Sensorelementen zuordnen und im Bedarfsfall für eine neue Messung den vorhin beschriebenen Vorgang wiederholen.

Alternativ kann bei den Zeitabläufen die Zeitphase t3 entfallen und durch die Zeitphase t₄ ersetzt werden. Der Startimpuls während der Zeitphase t₄ muß dann zwar das nachfolgende Sen sorelement aktivieren, jedoch sollte dies in diesem Fall mit der fallenden Flanke des Aktivierungssignals erfolgen, damit sicher eine Schaltpause eingefügt wird und der Mikroprozessor 1 erkennen kann, daß das Sensorelement aktiviert wurde.

Wie oben beschrieben, muß der Mikroprozessor 1 einen Startim puls abgeben und anschließend die über den Strompfad empfange nen Stromimpulse auswerten um die Sensorkette abzufragen.

Eine weitere Möglichkeit ist, den Schaltstrom am Sensor ge trennt zuzuführen, wodurch jedoch eine zusätzliche Busleitung notwendig ist.

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes busfähiges Sensorelement. Mit 22 ist eine Versorgungsspannungsklemme dargestellt, die mit einem Spannungsregler 5 verschaltet ist. Der Spannungsregler 5 versorgt ein Sensorelement, welches in diesem dargestellten Fall ein Hall-Sensor 6 ist. Der Hall-Sensor 6 ist des weiteren mit Masse verschaltet. Der Ausgang des Hall-Sensors 6 ist mit einer Auswerteschaltung 7 verbunden. Die Auswerteschaltung 7 ist außerdem mit dem Ausgang des Spannungsreglers 5 und Masse verbunden. Der Ausgang der Auswerteschaltung 7 ist mit einer Logikanordnung verschaltet, die z. B. aus drei logischen Ele menten besteht. So ist der Ausgang der Auswerteschaltung 7 mit dem ersten Eingang eines ODER-Gatters 8 verschaltet. Der Aus gang des ODER-Gatters 8 ist mit dem ersten Eingang eines UND-Gatters 9 verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters 9 ist mit dem ersten Eingang eines NOR-Gatters 10 verschaltet. Der Ausgang des NOR-Gatters 10 ist über eine Stromquelle 11 mit der Ver sorgungsspannungsklemme 22 verbunden. Wahlweise kann ein Ein-Ausschaltanschluß 21 vorgesehen sein, der mit dem zweiten Ein gang des ODER-Gatters 8 verschaltet ist. Ein Aktivierungsein gang 19 ist mit einer ersten Zeitgebereinheit 12 verbunden. Der Ausgang der Zeitgebereinheit 12 ist mit dem zweiten Anschluß des NOR-Gatters 10 und mit einem Eingang eines Inverters 13 verschaltet. Der Ausgang des Inverters 13 ist über eine zweite Zeitgebereinheit 14 mit dem zweiten Anschluß des UND-Gatters 9 und dem Eingang eines zweiten Inverters 15 verbunden. Der Aus gang des zweiten Inverters 15 ist über eine dritte Zeitgeber einheit 16 mit dem Eingang eines dritten Inverters 17 verschal tet. Der Ausgang des dritten Inverters 17 ist über eine vierte Zeitgebereinheit 18 mit einer Aktivierungsausgangsklemme 20 verschaltet.

Das ODER-Gatter 8 muß lediglich vorgesehen sein, wenn das Sen sorelement mit einer zusätzlichen Ein-Ausschaltfunktion verse hen werden soll. In diesem Fall kann man das Sensorelement als Businterface für einen externen z. B. einen mechanischen Schal ter verwenden. Wenige externe Schalter können so einfach in das Bussystem eingebunden werden.

Das am Aktivierungseingang 19 anliegende Impulssignal wird zu erst verzögert, um so eine Eingangsverzögerung zur Störim pulsunterdrückung zu erreichen. Das Eingangssignal triggert die Zeitgebereinheit 12 (z. B. Monoflop) und aktiviert über das NOR-Gatter 10 die Stromsenke 11. Es entsteht ein Stromimpuls auf der Busleitung A, den der Mikroprozessor 1 über den Strompfad, d. h. den Widerstand 3 und einen Komparator 4 erkennen kann. Anstelle des Komparators 4 könnte auch ein Analog-Digital-Wandler eingesetzt werden. Der Impuls signalisiert dem Mi kroprozessor 1, daß das Sensorelement den Startimpuls empfangen hat und fähig ist zu antworten. Anschließend läuft über die Zeitgebereinheit 14 und das UND-Gatter 9 der eigentliche Auswertevorgang ab. Die Stromsenke 11 bleibt nun nur einge schaltet wenn auch der erste Eingang des UND-Gatters 9 "1" ist. Dieser Eingang wird wiederum von der Auswerteschaltung 7 ge steuert. Auch diesen Vorgang kann der Komparator 4 und der Mi kroprozessor 1 registrieren. Die nachgeschaltete Zeitgeberein heit 16 dient dazu, eine Schaltpause zu erzeugen. Die Stromsenke 11 wird während dieser Zeit auf alle Fälle abgeschaltet. Die Zeitgebereinheit 18 dient dazu, einen Startimpuls an die nach geschalteten Sensorelemente abzugeben. Nun wiederholt sich der Vorgang im nachgeschalteten Sensorelement, bis alle Sensorele mente durchgeschaltet sind. Die Zeiten können dabei relativ hohe Toleranzen aufweisen, da sie alle hintereinander ablaufen und können deshalb in jedem Sensorelement unsynchronisiert mit einfachen Mitteln erzeugt werden.

Eine Erweiterungsmöglichkeit gibt es, wenn die Zeit t₂, die durch die Zeitgebereinheit 14 erzeugt wird, in kleinere Zeitab schnitte aufgeteilt wird. Diesen Zeitabschnitten könnten dann weitere Sensorzustände zugeordnet werden. Durch dieses Verfah ren könnte eine erweiterte Diagnose durchgeführt werden. Diese würde sich z. B. für Doppel-Hall-Schalter anbieten.

Als Sensor kann z. B. auch ein induktiver Näherungsschalter vor gesehen sein.

Claims

1. Sensorelement für ein serielles Bussystem mit Daisy-Chain-Busstruktur zur Übertragung von Sensorinformationen mit wenig stens drei Busleitungen (A, B, C), von denen zwei zur Spannungsversorgung dienen und eine zur Selektion eines ersten angeschlossenen Sensorelements, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement folgende Merkmale aufweist:

- einen Sensor (6) mit nachgeschalteter Auswerteschaltung (7), an der ausgangsseitig ein Meßwert bereitsteht,
- eine steuerbare Stromsenke (11), die mit einer Busleitung zur Spannungsversorgung (22) verbunden ist,
- eine Logikanordnung, die an einem ersten Eingang von der Auswerteschaltung (7) angesteuert wird und die ausgangsseitig die Stromsenke (11) ansteuert,
- eine Zeitsteuereinheit, die über weitere Eingänge mit der Logikanordnung verbunden ist, die während einer ersten Zeitphase die Stromsenke (11) aktiviert, während einer nachfolgenden zweiten Zeitphase die Stromsenke in Abhängigkeit des Meßwertes der Auswerteschaltung (7) aktiviert und während einer nachfolgenden dritten Zeitphase das nachfolgend geschaltete Sensorelement über die Selektions-Busleitung aktiviert.

2. Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuereinheit zwischen zweiter und dritter Zeit phase eine Schaltpause erzeugt.

3. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (6) ein Hallelement ist.

4. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (6) ein induktiver Näherungsschalter ist.

5. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zeitphase in mehrere Zeitabschnitte unterteilt ist und ein Auftreten eines Signals in einem Zeitabschnitt ver schiedenen Auswertezuständen zuordenbar ist.