DE102008034445B4

DE102008034445B4 - Verfahren und Einrichtung zum Erfassen von Bus-Teilnehmern

Info

Publication number: DE102008034445B4
Application number: DE102008034445A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. Bachhuber; Steffen Dipl.-Ing. Bachmaier
Original assignee: Diehl Aerospace GmbH
Current assignee: Diehl Aerospace GmbH
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-03-11
Anticipated expiration: 2028-07-25
Also published as: FR2934446B1; DE102008034445A1; FR2934446A1; US8117366B2; US20100023663A1

Abstract

Zur Systemstart-Registrierung der Reihenfolge der Bus-Teilnehmer (12) - ohne Einsatz einer eigens dafür längs des Zweidraht-Bus (11) zu verlegenden Tokenleitung - aktiviert der Bus-Master (13), nach stochastischem Feststellen aller Teilnehmer-Adressen (Ki), in jeweils einem selektiv angesprochenen der Teilnehmer (12) vorübergehend eine reflektierende Unstetigkeitsstelle, vorzugsweise einen Bus-Kurzschluss. Das Echosignal (19) eines daraufhin vom Master (13) auf den Bus (11) ausgegebenen Spannungssprunges (18) überlagert sich im Master (13) zu einem rechteckähnlichen Differenzsignal (20), dessen, dem Abstand vom Master (13) zu jenem Teilnehmer (12) längs des Bus (11) proportionale, Pulsdauer nach Pulsshaping mittels analoger Pulsflächenintegration (25) gemessen wird.

Description

Die Erfindung betrifft das Problem, dass von einem Master aus über einen parallelen Bus dessen Busteilnehmer ortsselektiv angesprochen werden können sollen, etwa um an bestimmten Orten gezielte Wirkungen eintreten zu lassen. Dafür muss zum Systemstart dem Master mitgeteilt werden, an welchem Ort ein individuell adressierbarer Busteilnehmer (Slave) an den Bus angeschlossen ist. Dafür ist es üblich, seriell über alle Busteilnehmer hinweg eine so genannte Tokenline durchzuschleifen, die in jedem Busteilnehmer eine überbrückbare Unterbrechung aufweist. Ein zum Systemstart vom Master ausgesandtes Tokensignal gelangt nur bis zur ersten Unterbrechungsstelle und somit nur zum ersten der im Verlauf des Bus an diesen angeschlossenen Teilnehmer. Der reagiert darauf mit der Rückmeldung seiner Identifikationsadresse und überbrückt dann seine Unterbrechung, so dass das nächste Tokensignal bis zum nächstfolgenden Busteilnehmer durchläuft; und so fort, bis die ID-Adressen aller Busteilnehmer in ihrer physikalischen Reihenfolge längs des Busses vom Master registriert sind. Wenn der Busverlauf bekannt ist, können dann z. B. in der Passagierkabine eines Flugzeuges bestimmte Plätze individuell mit Licht oder Luft versorgt, bzw. über die Längserstreckung der Passagierkabine hinweg nach Farbe und Helligkeit unterschiedliche Lauflichterscheinungen gezielt angesteuert werden.
Allerdings kann durch solche Tokenprozedur lediglich die individuelle Aufeinanderfolge der Busteilnehmer festgestellt werden, nicht deren Abstand vom Master und damit deren physikalische Position längs des Busses. Und gerade angesichts des Problems des Platzbedarfes für die Verkabelung in Flugzeugen ist es abträglich, parallel zur Gesamterstreckung des Busses nur für diese Initialisierung beim Systemstart eine eigene Leitung verlegen zu müssen, die dann im Betrieb nicht mehr benötigt wird. So resultiert aus dem Einsatz der Tokenleitung ein nicht unbeträchtliches zusätzliches Gewicht, und an jedem der Busteilnehmer kommt außerdem der Raumbedarf zweier zusätzlicher Steckverbinder für Zugang und Abgang der Tokenleitung zum Tragen.
Aus der DE 10 2005 055 964 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems bekannt, bei welchem einem Busteilnehmer eine seiner Einbauposition entsprechende Adresse zugeordnet wird, wobei zur Ermittlung der Einbauposition die Signallaufzeit eines Abstandsmesssignals ermittelt wird. Ferner ist aus der DE 100 48 745 C1 ein Verfahren zur Ermittlung der Netztopologie eines Bussystems bekannt, bei welchem die Entfernung eines Busteilnehmers von einem Diagnoserepeater auf der Grundlage der Laufzeitmessung erfolgt. Aus der JP 59192650 A ist ein Verfahren zur automatischen Zuordnung von ID-Adressen zu Busteilnehmern bekannt.
In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, zum Systemstart die räumliche Zuordnung, auch als „physical to logical mapping” bezeichnet, der individuellen Teilnehmer am Parallelbus mit weniger verdrahtungstechnischem Aufwand und dennoch aussagekräftiger feststellen zu können.
Diese Aufgabe ist gemäß den in den beiden Hauptansprüchen angegebenen wesentlichen Merkmalen unter funktionaler Parallelisierung des gesamten Bussystems gelöst. Danach entfällt der Verdrahtungsaufwand für eine zusätzliche Tokenleitung und deren zusätzliches Gewicht sowie der zusätzliche Steckerbedarf an den Bus-Teilnehmern nun völlig.
Stattdessen melden sich beim Systemstart alle Busteilnehmer nach zufälligen Wartezeiten und dadurch in zufälliger und veränderbarer Reihenfolge, d. h. stochastisch, mit ihren ID-Adressen über den Bus beim Master an, der die aktuelle Anmeldung dokumentiert und über den Bus rückbestätigt – womit weitere Anmeldeversuche dieses Teilnehmers bis zum nächsten Systemstart ausgeschlossen werden. Bei Anmeldekollisionen von Bus-Teilnehmern werden deren Anmeldeversuche, gegebenenfalls mit geänderten Wartezeiten, wiederholt – bis keine Anmeldung mehr auftritt, weil sich alle Teilnehmer erfolgreich angemeldet haben.
Spätestens daraufhin spricht der Master – grundsätzlich in beliebiger Reihenfolge – über den Bus nacheinander jeden Busteilnehmer mit seiner ID-Adresse an und bewirkt damit in diesem eine vorübergehende Unstetigkeit zur Beeinflussung der Reflektionseigenschaft der Zweidraht-Busleitung; eine Prozedur, die auch während kurzer Unterbrechungen des Busbetriebes wiederholt werden kann, etwa um noch neu hinzugeschaltete Teilnehmer positionsmäßig zu erfassen.
Jene Unstetigkeit kann darin liegen, die Busleitungen zu öffnen; aus Gründen der Systemzuverlässigkeit wird der Bus aber zweckmäßigerweise nicht unterbrochen, sondern am Ort des adressierten Teilnehmers stark zusätzlich belastet, also bedampft, vorzugsweise sogar vorübergehend ohmsch kurzgeschlossen. Währenddessen speist der Master dann ein Signal in den Bus ein, das an dieser Unstetigkeitsstelle im Teilnehmer reflektiert wird. Die Laufzeit vom Sendezeitpunkt bis zum Empfang des Signalechos wird gemessen und stellt einen Entfernungsmaß für die räumliche Lage des Teilnehmers längs des (konstruktiv bekannten) Verlaufes des Busses dar. Daraufhin wird die Reflexionsbeeinflussung bei diesem Teilnehmer wieder zurückgenommen (also bis zum nächstfolgenden Systemstart etwa die Relais-Arbeitskontaktpaarung eines Kurzschlussschalters wieder zum Öffnen freigeschaltet) – und dann für einen anderen Busteilnehmer auf die gleiche Art dessen örtliche Lage längs des Verlaufes des Busses bestimmt; bis für alle beim Master dokumentierten Busteilnehmer zu deren ID-Adressen längs des Busses deren Ortsinformationen abgespeichert sind (also nicht mehr nur deren Aufeinanderfolgen). Ohne dass dafür eine eigene Tokenleitung benötigt wurde, können nun über die selektive Ansteuerung von Teilnehmern längs des Parallelbusses raumselektive Steuerungsmaßnahmen veranlasst werden.
Die Echo-Laufzeiten zum Ermitteln des Abstandes eines Teilnehmers vom Master sind allerdings recht kurz. Um dennoch nicht den schaltungstechnischen Aufwand für eine digitale Laufzeitmessung treiben zu müssen, ist vorgesehen, als Lokalisierungssignal einen Spannungssprung vom Master auf den Bus auszugeben. Denn sobald dem sich sein Echo im Master überlagert hat, entsteht dort ein Differenzsignal, dessen Länge direkt proportional zur Leitungslänge des Busses vom Master bis zum aktuell angesprochen Teilnehmer ist. Diese Länge wird analog erfasst, nämlich über das Flächenintegral des Signales, das bei bekannter Pulsamplitude die Pulsdauer und damit die Entfernung angibt.
Zusätzliche Weiterbildungen und Alternativen zur erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch hinsichtlich deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung eines skizzierten bevorzugten Schaltungsbeispiels zur Realisierung der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:
1 die Bus-Bestückung im Bockschaltbild
2 eine Echo-Positionsbestimmung in 1
2 die Auswertung des Echosignales nach 2.
Der in 1 als Blockschaltbild skizzierte Zweidraht-Bus 11 ist einem allen Bus-Teilnehmern 12 gemeinsamen Master 13 nachgeschaltet. Jeder Teilnehmer 12 ist durch seine ID-Adresse 14 (Ki) individualisiert und nach Meldung beim Master 13 von diesem individuell ansprechbar. Jeder Teilnehmer 12 ist mit einer Belastungsschaltung 15, vorzugsweise wie skizziert mit Kurzschlussschalter 16, ausgestattet, die während des normalen Betriebes inaktiv ist.
Wenn der Abstand eines der Teilnehmer 12 vom Master 13 bestimmt werden soll, nämlich insbesondere in Zusammenhang mit einem Systemstart, dann wird vom Master 13 veranlasst, dass in jenem Teilnehmer 12 die Belastungsschaltung 15 aktiviert, also im dargestellten Beispielsfalle der Kurzschluss-Schalter 16 geschlossen wird. Dadurch sieht der Master 13 nicht mehr den reflexionsfreien Leitungsabschluss 17 des Bus 11, weil ein vom Master 13 auf den Bus 11 gegebenes Signal an dieser Unstetigkeitsstelle, zumal im Kurzschlussfall, eine dezidierte Reflexion erfährt.
Für eine solche Positionsbestimmung gibt der Master 13 auf den Bus 11 einen Spannungssprung 18 (2) aus (+v), der bei dem Teilnehmer 12 mit der gerade aktivierten Belastungsschaltung 15 reflektiert wird. Dieses Echosignal 19 ist zum ausgesandten Spannungssprung invers (–v), im Master 13 trifft es sich mit der noch anstehenden Ausgangsspannung des Spannungssprunges 18. Daraus resultiert ein Differenzsignal 20, dessen Länge 21 der doppelten Busleitungs-Entfernung 22 vom Master 13 zum angesprochenen Teilnehmen 11 proportional ist, wie in 2 als „2Δt” eingetragen.
Dieses aus der Echoüberlagerung gewonnene Differenzsignal 20 ist in der Praxis stark verschliffen. Gemäß 3 erfolgt deshalb zweckmäßigerweise eine Potentialverschiebung zu einem asymmetrischen Signal 23 und darauf eine Pulsformung zum Rechtecksignal 24 mit vorgegeben konstanter Amplitude, dessen Zeitintegral abgetastet wird, wie es in 3 durch den Integrator 25 mit nachfolgender Abtastschaltung 26 veranschaulicht ist.
Zur Systemstart-Registrierung der Reihenfolge der Bus-Teilnehmer 12 – ohne Erfordernis einer eigens dafür längs des Zweidraht-Bus 11 zu verlegenden Tokenleitung – aktiviert also erfindungsgemäß der Bus-Master 13, nach stochastischem Feststellen aller Teilnehmer-Adressen Ki, d. h. nach Feststellen der Teilnehmeradressen Ki nach zufälligen Wartezeiten und dadurch in zufälliger und veränderbarer Reihenfolge, in jeweils einem selektiv angesprochenen der Teilnehmer 12 vorübergehend eine reflektierende Unstetigkeitsstelle, vorzugsweise einen Bus-Kurzschluss. Das Echosignal 19 eines daraufhin vom Master 13 auf den Bus 11 ausgegebenen Spannungssprunges 18 überlagert sich damit im Master 13 zu einem rechteckähnlichen Differenzsignal 20, dessen, dem Abstand vom Master 13 zu jenem Teilnehmer 12 längs des Bus 11 direkt proportionale, Pulsdauer, nach Pulsshaping zu einem idealisierten Rechtecksignal 24 durch analoge Pulsflächenintegration, mittels des Integrators 25 gemessen wird. Der dafür erforderliche schaltungstechnische Aufwand ist unabhängig von der Anzahl der Teilnehmer 12 konstant, da er nur einmal, nämlich im Master 13, zu realisieren ist. Das erbringt zugleich den Vorteil, dass sich schaltungstechnische Toleranzen auf alle Positionsmessungen gleich auswirken, was die Anforderungen an die Genauigkeit des Messsystems entschärft. Die Mehrausstattung der einzelnen Teilnehmer 12 beschränkt sich dagegen bei der bevorzugten Realisierung im Wesentlichen auf ein zusätzliches Relais mit Arbeitskontaktpaar für den vorübergehenden Bus-Kurzschluss.

11: Bus
12: Teilnehmer (an 11)
13: Master (vor 11)
14: ID-Adresse (von 12)
15: Belastungsschaltung (bei 12)
16: Kurzschluss-Schalter (von 15)
17: Leitungsabschluss (an 11 gegenüber von 13)
18: Spannungssprung (bei 13)
19: Echosignal (zu 18)
20: Differenzsignal (aus 18 und 19)
21: Länge (von 20)
22: Entfernung (von 12 über 11 zu 13)
23: asymmetrisches Signal (aus 19)
24: Rechtecksignal (aus 23)
25: Integrator (für 24)
26: Abtastschaltung (nach 25)

Claims

Verfahren zum Erfassen von an einen parallelen Bus angeschlossenen Teilnehmern durch ihren Bus-Master, bei dem sich die Teilnehmer anlässlich eines Systemstartes mit ihren ID-Adressen anmelden, woraufhin der Master bei jeweils einem der Teilnehmer eine reflektierende Leitungs-Unstetigkeit hervorruft und einen Spannungssprung auf den Bus ausgibt, dessen aus der Überlagerung mit dem Echosignal resultierende Differenzsignal-Länge als Maß für den Abstand vom Master längs des Busses bis zu jenem Teilnehmer gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des resultierenden Differenzsignales nach Signalformung im Wege einer Pulsflächenintegration gemessen wird.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur lokalen Unstetigkeit der Bus beim Teilnehmer vorübergehend zusätzlich belastet wird.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzliche Belastung ein Bus-Kurzschluss vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Teilnehmer nach beliebigen und veränderbaren Wartezeiten beim Master anmelden und bei Anmeldekollision den Anmeldevorgang nach beliebigen und veränderbaren Wartezeiten wiederholen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Master zum Ermitteln der jeweiligen Teilnehmerentfernung in beliebiger Reihenfolge, unter vorübergehendem Einschalten deren jeweiligen Kurzschlusses, nacheinander auf die Teilnehmer zugreift.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung der örtlichen Lage von Teilnehmern längs des Busses so lange erfolgt, bis für alle beim Master dokumentierten Busteilnehmer zu deren ID-Adressen längs des Busses deren Ortsinformationen abgespeichert sind.
Einrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Erfassen von an einen parallelen Bus (11) angeschlossenen Teilnehmern (12) durch ihren Bus-Master (13), der zu Aufnahme der ID-Adressen (14) der sich über den Bus (11) anmeldenden Teilnehmer (12), zu individuellem Ansprechen dieser Teilnehmer (12), zu Abgabe eines Spannungssprunges (18) auf den Bus (11) bei angesprochenem Teilnehmer (12) und zu einer Echopulslängenmessung ausgelegt ist, während jeder Teilnehmer über eine vorübergehend zur Echoreflexion aktivierbare Belastungsschaltung (15) am Bus (11) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass der Master (13) einen Integrator (25) zum Messen der entfernungsabhängigen Länge des idealisierten Differenzsignales (20) aus ausgesandtem Spannungssprung (18) und damit überlagertem Echosignal (19) aufweist.
Einrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungsschaltung (15) einen Kurzschlussschalter (16) aufweist.
Einrichtung nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Master (13) über Schaltungen zum Pulsformen verfügt.