DE19647131C2

DE19647131C2 - Vorrichtung und Verfahren zur zeitmultiplexen Übertragung von Informationen

Info

Publication number: DE19647131C2
Application number: DE19647131A
Authority: DE
Inventors: Erwin Morath; Joachim Treuer
Original assignee: Liebherr Werk Ehingen GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Ehingen GmbH
Priority date: 1996-11-14
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 2001-12-06
Anticipated expiration: 2016-11-15
Also published as: DE19647131A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur zeitmultiplexen Übertra gung von Informationen zwischen örtlich verteilten Funktionseinheiten, insbesondere zwischen Funktionseinheiten auf einem Kraftfahrzeug oder einem Kran.

Die zunehmende Zahl elektronischer Systeme und deren zunehmende Komplexität bedingt einen wachsenden Bedarf an Zwei- bzw. Mehrrechnersystemen im Kraft fahrzeug. Zur Vernetzung der örtlich verteilten Funktionseinheiten sind dabei ver schiedene Arten von Bussystemen bekannt geworden. Üblicherweise kommunizie ren die Funktionseinheiten dabei über einen Datenbus und werden durch einen pa rallelen Leistungsbus mit Leistung versorgt. Insbesondere bei großen Fahrzeugen, wie z. B. Fahrzeugkränen, bedingt dies allerdings einen erhöhten Leitungsaufwand, da der Leistungsbus mit ein oder mehreren gesonderten Leitungen parallel zum Datenbus mitgeführt werden muß. Hiermit sind verhältnismäßig hohe Installations kosten sowie eine schwierige Wartung und Fehlerdiagnose des gesamten Bussy stems verbunden. Andererseits sind bereits Bussysteme mit einem kombinierten Daten- und Leistungsbus bekannt. Bei diesem Bussystem wird die Versorgungs spannung zur Datenübertragung moduliert. Aufgrund dieser Einkopplung von HF- Signalen ist die Datenübertragung allerdings verhältnismäßig störanfällig.

Aus der DE 41 04 230 A1 ist ein Bussystem bekannt, bei dem einzelne Stationen aus einem Schalter und einem dazugehörigen Schaltkreiswiderstand bestehen. Ein Schließen der Schalter bewirkt entsprechend dem Schaltkreiswiderstand jeweils einen unterschiedlichen Spannungsabfall, da der Schaltkreiswiderstand mit einem vorgeschalteten Widerstand einen Spannungsteiler bildet. Die Detektierung der verschiedenen Spannungspegel ist jedoch aufwendig bzw. fehleranfällig.

Aus der US 5,142,277 ist ein Bussystem für Züge bekannt, bei dem die Busleitun gen von einer Spannungsquelle her über eine einzelne Mastereinheit versorgt wer den. Die Busleitungen werden kurzgeschlossen, um ein 0-1-Datenprotokoll zu er zeugen. Um die Sende- und Empfängerschaltungen mit Strom zu versorgen, ist jeder der Funktionseinheiten eine separate Stromversorgung zugeordnet.

Aus der DE 42 01 468 A1 ist ein Bussystem mit integrierter Spannungsversorgung für Teilnehmer des Systems bekannt, in dem alle Teilnehmer des Bussystems mit einer Spannung versorgt werden. Zur Erzeugung eines Modulationsstroms weisen alle Teilnehmer eine einschaltbare und regelbare Stromquelle auf. Dies ist jedoch aufwendig und verbesserungsfähig.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Informationsübertragung zwischen verteilten Funktionseinheiten mit geringem Lei tungs- und Schaltungsaufwand auch über lange Übertragungsstrecken zu ermögli chen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Be vorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es ist also insbesondere vorgesehen, daß für jede Busleitung ein Netzteil vorgese hen ist, wobei eine einzelne Busleitung mit einem ersten Pol des zugehörigen Netzteils verbunden ist, und daß jede Busleitung durch mindestens ein von einer Funktionseinheit ansteuerbares Schaltelement gegenüber einem zweiten Pol des zugehörigen Netzteils kurzschließbar ist. Unter einem Kurzschluß ist dabei jede Zustandsänderung innerhalb der jeweiligen Funktionseinheit zwischen einem nie derohmigen Zustand und einem hochohmigen Zustand zu verstehen. Trotz der zeitweisen Kurzschlüsse können die Funktionseinheiten durch über die Busleitung übertragene Energie versorgt werden. Um entsprechende Versorgungsunterbre chungen zu überbrücken, weisen die Funktionseinheiten jeweils einen Energiespei cher auf, der durch die High-Pegel auf der Busleitung aufladbar ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch das für jede Busleitung vorgesehene Netzteil auch größere Leistungen auf der Busleitung übertragbar sind. Hierdurch ist es insbesondere möglich, neben dem digitalen Datenprotokoll über die Busleitung auch Leistung zu den örtlich verteilten Funktionseinheiten zu übertragen. Gegenüber bekannten Bussystemen, bei denen eine kombinierte Daten-/Leistungsübertragung durch eine Einkopplung von modu lierten HF-Signalen erfolgt, kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf die Einkopplung von HF-Signalen verzichtet werden, da bereits durch einen Kurzschluß an der Busleitung eine Modulation erfolgen kann. Hierdurch lassen sich die Anfor derungen an die elektromagnetische Verträglichkeit besser erfüllen, gleichzeitig ist aufgrund der von dem Netzteil abgegebenen verhältnismäßig großen Ströme eine störungssichere Übertragung möglich. Diese Aspekte führen dazu, daß der Lei tungsaufwand und damit auch die Installationskosten der erfindungsgemäßen Vor richtung gering gehalten werden können. Während des Betriebes ist außerdem ei ne leichte Wartung des gemäß der Erfindung verlegten Bussystems möglich. Schließlich lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lange Übertra gungsstrecken erreichen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Netzteil eine kurzschlußfeste Spannungsquelle ist, die einen vorgegebenen Kurzschlußstrom ab gibt. Hierdurch ist gewährleistet, daß das Netzteil im Kurzschlußfall nicht überlastet wird und daß im Leerlauffall eine konstante Spannung an der Busleitung anliegt. Ei ne andere Möglichkeit zur Überlastsicherung des Netzteils besteht darin, daß das Netzteil eine Stromquelle ist. In diesem Fall fließt über die Busleitung der über die Stromquelle eingestellte Strom, sobald die Busleitung belastet wird oder kurzge schlossen ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist als gemeinsame Masse das Gehäuse des Fahrzeugs vorgesehen, wobei das Gehäuse mit dem zweiten Pol des entsprechenden Netzteils verbunden ist. In diesem Fall ist es möglich, den Bus als sogenannten Eindraht-Bus auszuführen, was den Leitungsaufwand für das gesamte Bussystem auf ein Minimum reduziert. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß für jede Busleitung eine parallele Leitung vorgesehen ist, die mit dem zweiten Pol des zugehörigen Netzteils verbunden ist und über die die jeweilige Busleitung kurz schließbar ist. Diese Lösung wird dann zu bevorzugen sein, wenn eine Störanfällig keit des Bussystems aufgrund der gemeinsamen Masse des Fahrzeugs vermieden werden soll.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist genau eine Busleitung mit ei nem zugehörigen Netzteil vorgesehen, die zusammen mit der parallelen Busleitung vom Netzteil abgehend in Baumstruktur mit den verschiedenen Funktionseinheiten vernetzt ist. Hierdurch kann der Leitungsaufwand bei gleichzeitiger Störsicherheit des gesamten Bussystems gering gehalten werden, da sämtliche zu übertragenden Informationen nur über eine Busleitung übertragen werden. Gleichzeitig setzt dies allerdings voraus, daß die Datenkapazität der Busleitung unter Berücksichtigung der jeweiligen Leitungslänge ausreicht, um die gesamte anfallende Datenmenge zwi schen den verteilten Funktionseinheiten zu übertragen. Erst wenn diese Vorausset zung nicht mehr gegeben ist, sind mehrere parallele Busleitungen vorzusehen, über die die anfallenden Daten parallel übertragbar sind.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß an der Bus leitung im kurzgeschlossenen Zustand ein Low-Pegel anliegt und daß im anderen Fall an der Busleitung ein High-Pegel anliegt. Hiermit läßt sich durch jede ange schlossene Funktionseinheit in einfacher Weise ein aus High-Pegeln und Low- Pegeln bestehendes digitales Datenprotokoll erzeugen. Die High-Pegel stellen in diesem Fall einen rezessiven Zustand dar, während die Low-Pegel aufgrund des ak tiven Kurzschließens der betreffenden Funktionseinheit einen dominanten Zustand darstellen. Um die Reihenfolge des Zugriffs der verschiedenen Funktionseinheiten auf die Busleitung sowie die Zugriffsrechte zu verwalten, ist es denkbar, daß jeder Funktionseinheit zyklisch ein Zugriffsrecht auf die Busleitung zugewiesen wird.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß minde stens eine Funktionseinheit einen Energiespeicher aufweist, der durch die High- Pegel an mindestens einer der Busleitungen derart aufladbar ist, daß die Energie versorung ausschließlich durch die über die jeweilige Busleitung übertragene Ener gie seitens des zugehörigen Netzteils erfolgt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführung der Busleitung ist es somit möglich, daß die High-Pegel als rezessive Zustände des Bussystems dazu genutzt werden, um die an die Busleitung ange schlossenen Funktionseinheiten mit Energie zu versorgen. Hierbei muß sicherge stellt werden, daß alle an die Busleitung angeschlossenen Funktionseinheiten die Busleitung nur bis zu der maximal von dem Netzteil abzugebenden Leistung bela sten. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Eingangsbeschaltung der Funktionseinheiten sichergestellt werden, die den Eingangsstrom auf einen vorgege benen Maximalstrom begrenzt. Außerdem muß der Energiespeicher derart ausgelegt sein, daß die Spannungsversorgung der jeweiligen Funktionseinheit auch im un günstigsten Fall mehrerer aufeinanderfolgender Low-Pegel hergestellt ist. Zweck mäßigerweise besteht der Energiespeicher aus einem Kondensator, der zusammen mit einer Diode parallel zu dem Schaltelement geschaltet ist. Hierdurch wird verhin dert, daß der aufgeladene Kondensator sich bei geschlossenem Schaltelement wie der über dieses entlädt. Außerdem kann parallel zu dem Schaltelement eine Schutzdiode (Z-Diode) geschaltet sein, die die jeweilige Funktionseinheit vor Über spannungen auf der Busleitung schützt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Ansteue rung des Schaltelements durch einen in der jeweiligen Funktionseinheit integrierten Mikroprozessor erfolgt. Hierdurch ist die Umsetzung des üblicherweise bereits in ei nem Mikroprozessor vorliegenden Datenprotokolls in ein aus High-Pegeln und Low- Pegeln bestehendes digitales Datenprotokoll auf der Busleitung besonders einfach möglich. Das Schaltelement kann dabei beispielsweise aus einem Schalttransistor bestehen, der zwischen einem niederohmigen und einem hochohmigen Zustand umschaltbar ist. Zweckmäßigerweise ist zusätzlich eine Überlastschaltung vorgese hen, wobei das Schaltelement deaktivierbar ist, sobald die Überlastschaltung eine Überlastbedingung erkennt. Hierdurch wird sichergestellt, daß bei Überlast auf der Busleitung die Busleitung nicht noch zusätzlich belastet wird.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß ein an einer Funktionseinheit anliegender High-Pegel und/oder Low-Pegel aufgrund der Poten tialdifferenz zwischen einer zu der Funktionseinheit hinführenden Busleitung und einer von der Funktionseinheit wegführenden Busleitung detektierbar ist. Beispiels weise könnte die Potentialdifferenz durch einen Differenzverstärker erfaßt werden, wobei die hinführende Busleitung an dem positiven Eingang und die wegführende Busleitung an dem negativen Eingang des Differenzverstärkers angeschlossen ist. Auf diese Weise werden Potentialschwankungen, die auf der Übertragungsstrecke auftreten können, durch die Funktionseinheit nicht erfaßt, so daß eine störungssiche re Unterscheidung zwischen High-Pegeln und Low-Pegeln möglich ist. Insbesondere geht in die auf diese Weise durch die Funktionseinheit erfaßte Potentialdifferenz der auf der Busleitung auftretende Spannungsabfall aufgrund des Kurzschlußstromes nicht mit ein. Zusätzlich können bestimmte Pegelschwellen um den High-Pegel und/oder Low-Pegel definiert werden, um die Unterscheidbarkeit zwischen High- Pegeln und Low-Pegeln weiter zu verbessern. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß ein High-Pegel vorliegt, sobald die detektierte Potentialdifferenz oberhalb einer vorgegebenen High-Pegel-Schwelle liegt. Außerdem kann vorgesehen sein, daß ein Low-Pegel vorliegt, sobald die detektierte Potentialdifferenz unterhalb einer vorgege benen Low-Pegel-Schwelle liegt. Zusätzlich ist es denkbar, daß die Low-Pegel- Schwelle eine Hysterese mit einer vorgegebenen Hysteresebreite aufweist, um ein unkontrolliertes Schalten zwischen der Low-Pegel-Schwelle zu verhindern.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind an die Slave-Einheiten Senso ren und/oder Aktoren anschließbar sind, die von den Mastereinheiten auswertbar und/oder ansteuerbar sind. Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise zur zeitmultiplexen Übertragung von Informationen auf einem Fahrzeugkran verwen det, so müssen insbesondere die Hubbewegungen durch örtlich verteilte Sensoren erfaßt werden. Außerdem stellt beispielsweise der an den Lastarm angelenkte Wipp zylinder einen Aktor dar, der entsprechend ansteuerbar sein muß. Die erfindungs gemäße Vorrichtung erfüllt dabei alle Anforderungen, um die auf einem Fahrzeug kran verteilten Sensoren und Aktoren durch ein Bussystem zu verbinden und seitens einer zentralen Steuerelektronik auszuwerten und anzusteuern.

Eine weitere Lösung für die eingangs genannte Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Erzeugung eines Datenprotokolls mit den im Patentanspruch 18 aufgeführten Merkmalen. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das Datenprotokoll variabel an die zu übertragenden Daten angepaßt wird. Hierzu wird den zu übertra genden Daten ein Protokollheader vorangeschickt, der aus einem Protokoll- Datenwort konstanter Länge besteht, wobei in das Protokoll-Datenwort zumindest die Information kodiert wird, ob der nachfolgende Datenblock ein Datenblock kon stanter Länge oder variabler Länge ist. Falls ein Datenblock variabler Länge zu übertragen ist, wird in das Protokoll-Datenwort zusätzlich die zu übertragende Länge kodiert und die empfangenen Daten werden sodann in Abhängigkeit des Protokoll- Datenwortes ausgewertet.

Die mit diesem Verfahren erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß über flüssige Protokoll-Längen aufgrund Datenblöcke konstanter Länge vermieden wer den können.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß in das Protokoll- Datenwort zusätzlich die Information kodiert wird, ob ein Sendeprotokoll oder ein Antwortprotokoll vorliegt. Hierdurch kann die jeweils empfangene Funktionseinheit sofort danach unterscheiden, ob eine noch ausstehende Antwort oder eine neue Nachricht anliegt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß in das Pro tokoll-Datenwort zusätzlich die Information kodiert wird, ob eine Rückantwort seitens der empfangenen Informationseinheit von der sendenden Funktionseinheit erwartet wird. Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Nachrichten kann hierdurch seitens der sendenden Funktionseinheit sichergestellt werden, daß die zu übertragende Nach richt auch tatsächlich beim Empfänger angelangt ist.

Zweckmäßigerweise wird bei konstanter Länge eines Datenblocks dem jeweiligen Datenblock eine Länge von 8 bit zugewiesen, so daß in diesen Fällen eine Byte orientierte Nachrichtenübertragung vorgegeben werden kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Bussystems,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild zur Spannungsversorgung einer Funktionseinheit über eine Busleitung,

Fig. 3 eine elektronische Schaltung zur Busankopplung einer Funktionseinheit,

Fig. 4 eine Prozessorankopplung gemäß Fig. 3 mit Spannungsversorgung über die Busleitung,

Fig. 5 eine Prozessorankopplung gemäß Fig. 3 mit externer Spannungsversor gung,

Fig. 6 eine Prozessorankopplung gemäß Fig. 3 mit galvanischer Trennung,

Fig. 7 ein Pegeldiagramm einer Busleitung,

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Buskonfiguration und

Fig. 9 eine Struktur eines Protokollheaders zur Erzeugung eines Datenprotokolls.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Bussystems. Das Bussy stem besteht aus einer Busleitung 1 sowie aus einer rückführenden Masseleitung 2, die jeweils an die beiden Pole einer strombegrenzten Spannungsquelle 3 ange schlossen sind. Seitens jeder Funktionseinheit ist ein Schaltelement 4 ansteuerbar, das aus einem einfachen Schalttransistor besteht. Zur Auswertung des Datenproto kolls auf der Busleitung 1 ist zu der jeweiligen Funktionseinheit die Leitung RXD zu geführt. Desweiteren führt die Leitung TXD von der jeweiligen Funktionseinheit weg zu der Basis des Schalttransistors, um den Schalttransistor zwischen einem hochohmigen und einem niederohmigen Zustand umzuschalten. Sobald einer der an die Busleitung 1 angeschlossenen Schalttransistoren 4 sich im niederohmigen Zu stand befindet, ist die Busleitung 1 über der Masseleitung 2 kurzgeschlossen, so daß ein Low-Pegel an der Busleitung 1 anliegt. Im anderen Fall liegt dagegen ein High- Pegel an der Busleitung 1 an, dessen Höhe von der abgegebenen Spannung des Netzteils 3 sowie dem Spannungsabfall bis zum Anschlußpunkt des jeweiligen Schalttransistors abhängt.

Fig. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild zur Spannungsversorgung einer Funktionseinheit über eine Busleitung. Mit dieser Beschaltung ist es prinzipiell möglich, eine ange schlossene Funktionseinheit über die Busleitung 1 mit Spannung zu versorgen und seitens der angeschlossenen Funktionseinheit Informationen über die Busleitung zu anderen Funktionseinheiten zu übertragen. Das Bussystem besteht wie in Fig. 1 aus einer Busleitung 1 und einer rückführenden Masseleitung 2, die an ein zentrales Netzteil mit begrenztem Kurzschlußstrom angeschlossen sind. An der Busleitung 1 liegt die Leerlaufspannung U_bus des Netzteils an. Die Eingangsbeschaltung für jede Funktionseinheit besteht aus der Diode 16 sowie der Z-Diode 11. Die Diode 16 ver hindert Rückwirkungen auf die Busleitung 1 seitens der Funktionseinheit, wohinge gen die Z-Diode 11 einen Überspannungsschutz für die angeschlossene Funktions einheit bewirkt. Parallel zu der Z-Diode 11 ist ein Schaltelement 10 geschaltet, das seitens der Funktionseinheit ansteuerbar ist und das beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt, aus einem Schalttransistor bestehen kann. Der Strombegrenzer 15, die Diode 14 sowie der Kondensator 12 ermöglichen eine Spannungsversorgung der Last 13 auch in Zeiten, in denen das Schaltelement 10 kurzgeschlossen ist. Bei geöffnetem Schalter 10 kann der Kondensator 12 auf die Spannung der Busleitung U_Bus aufgeladen werden, wobei der Strombegrenzer 15 nur einen vorgegebenen La destrom zuläßt. Sobald das Schaltelement 10 geschlossen ist, verhindert die Diode 14 ein Entladen des Kondensators 12 über das geschlossene Schaltelement, so daß die Last 13 durch den aufgeladenen Kondensator 12 weiterhin mit Spannung ver sorgt ist. Hierbei müssen die Schließzeiten des Schaltelements 10 so bemessen werden, daß diese unterhalb der Entladezeit des Kondensators 12 in Verbindung mit der Last 13 liegen.

Fig. 3 zeigt eine Treiberschaltung 40 zur Busankopplung einer Funktionseinheit. Ih rem grundsätzlichen Aufbau nach entspricht die Treiberschaltung 40 dabei dem Prinzipschaltbild gemäß Fig. 2. Die Eingangsbeschaltung gegenüber der Busleitung 1 und der rückführenden Masseleitung 2 besteht wiederum aus einer in Reihe zur Busleitung 1 geschalteten Diode 22 und einer parallel zur Busleitung 1 geschalteten Z-Diode 21. Parallel zu der Diode 22 ist außerdem ein Kondensator 23 geschaltet, um schnelle Schaltvorgänge direkt auf die Treiberschaltung 40 durchgreifen zu las sen. Das Schaltelement besteht aus einem schnell schaltenden Feldeffekttransistor 20, der über den Logikschaltkreis 34 durch den Anschluß TXD ansteuerbar ist. Ent sprechend dem anliegenden Pegel an dem Anschluß TXD kann der Schalttransistor 20 dabei zwischen einem hochohmigen Zustand und einem niederohmigen Zustand umgeschaltet werden. Im niederohmigen Zustand wird die Busleitung 1 über den ebenfalls niederohmigen Widerstand 38 kurzgeschlossen, während im hochohmigen Zustand des Schalttransistors 20 Leistung von der Busleitung 1 entnommen werden. Um die dabei dem Bus entnommene Leistung zu begrenzen, ist ein Strombegrenzer 24 vorgesehen. An den Anschluß CL kann eine Pufferkapazität angeschlossen wer den, die im hochohmigen Zustand des Schalttransistors 20 auf die Busspannung der Busleitung 1 aufladbar ist. Eine Sperrdiode 25 verhindert dabei die Entladung der Pufferkapazität, sobald der Schalttransistor sich im niederohmigen Zustand befindet. Spannungsschwankungen an der Pufferkapazität werden durch den Spannungsreg ler 26 ausgeglichen, so daß an dem Anschluß VCC zur Leistungsversorgung weite rer Bauteile eine konstante Spannung anliegt. Zur Spannungsversorgung der übrigen Schaltung wird an dem Anschluß VDD, beispielsweise über den Anschluß VCC, eine konstante Spannung angelegt.

Ein aus einem Differenzverstärker 27 bestehender Pegelwandler wandelt die Signale auf der Busleitung 1 in ein auswertbares Pegelformat an dem Anschluß RXD um. Hierzu wird die Differenzspannung zwischen der Spannung an dem Spannungsteiler der Widerstände 28, 29 und dem Spannungsteiler der Widerstände 32, 33 gebildet. Der Kondensator 30 in Verbindung mit der Diode 31 stellt dabei sicher, daß bei kurz zeitigen Pegelschwankungen auf der Busleitung 1 die Spannung an dem Span nungsteiler 28, 29 erhalten bleibt. Gemäß dem Ausgang RXD am Pegelwandler 27 liegt demnach an der Busleitung 1 ein High-Pegel oder ein Low-Pegel vor.

Zusätzlich enthält die Treiberschaltung 40 eine Überlastsicherung, wobei eine Über last durch den Komparator 35 erkannt wird. Der Anschluß OVL ist dabei low-aktiv und zeigt an, wenn eine Überlastbedingung im Schaltkreis existiert. Bei einem zu hohen Schaltstrom durch den Schalttransistor 20 übersteigt die durch den Span nungsteiler des Schalttransistors 20 und den niederohmigen Widerstand 38 gebilde te Spannung die Spannung an dem Spannungsteiler der Widerstände 36 und 37, so daß der Logikschaltkreis 34 den Schalttransistor 20 deaktiviert und den Ausgang OVL auf 0 setzt. Die Überlastsicherung wird selbständig wieder zurückgesetzt, wenn das Signal am TXD-Anschluß wieder auf einen High-Pegel geht, so daß der Aus gang OVL wieder auf 1 gesetzt wird.

Fig. 4 zeigt eine Prozessorankopplung gemäß Fig. 3 mit Spannungsversorgung über die Busleitung 1. Die Treiberschaltung 40 gemäß Fig. 3 ist dabei durch einen ent sprechenden Block dargestellt, aus dem die jeweiligen Anschlüsse herausgeführt sind. Die Anschlüsse sind zum einen mit der Busleitung 1 und der Masseleitung 2 und zum anderen mit einem Mikroprozessor 50 verbunden. Desweiteren ist an den Anschluß CL eine Pufferkapazität 51 angeschlossen, die in der gemäß Fig. 3 be schriebenen Weise die Spannungsversorgung der Treiberschaltung 40 und des Mi kroprozessors 50 im Kurzschlußzustand der Busleitung 1 sicherstellt. Im Sendebe trieb erfolgt seitens des Mikroprozessors 50 eine Ansteuerung des TXD- Anschlusses, wodurch in der obenbeschriebenen Weise ein aus High-Pegeln und Low-Pegeln bestehendes digitales Datenprotokoll auf der Busleitung 1 erzeugbar ist. Umgekehrt kann ein derartiges Protokoll über den RXD-Anschluß seitens des Mikro prozessors 50 detektiert werden. Desweiteren ist der OVL-Anschluß an einen Inter rupt-Eingang des Mikroprozessors 50 angeschlossen. Sobald eine Überlastbedin gung durch die in der Treiberschaltung 40 enthaltene Überlastsicherung erkannt wird, wird in dem Mikroprozessor 50 ein Interrupt ausgelöst, woraufhin eine spezielle Routine zur Behandlung des Überlastfalles im Mikroprozessor 50 gestartet wird.

Fig. 5 zeigt eine Prozessorankopplung der Treiberschaltung 40 gemäß Fig. 3 mit externer Spannungsversorgung. Gegenüber der Prozessorankopplung gemäß Fig. 4 unterscheidet sich die Prozessorankopplung gemäß Fig. 5 dadurch, daß die Span nungsversorgung der Treiberschaltung 40 und des Mikroprozessors 50 durch eine externe Spannungsversorgung 52 erfolgt. Die Pufferkapazität 51 kann dabei entfal len, so daß die Anschlüsse CL und VCC nicht beschaltet sind.

Fig. 6 zeigt eine Prozessorankopplung der Treiberschaltung 40 gemäß Fig. 3 mit galvanischer Trennung zwischen der Treiberschaltung 40 und dem Mikroprozessor 50. Aufgrund der galvanischen Trennung kann lediglich die Treiberschaltung 40 von der Busschaltung 1 mit Spannung versorgt werden, so daß zur Spannungsversor gung des Mikroprozessors 50 eine externe Spannungsversorgung 63 vorgesehen ist. Die galvanische Trennung der Anschlüsse RXD und TXD erfolgt durch Optokoppler 61 und 62. Ansonsten gleicht die Funktionsweise der Prozessorankopplung gemäß Fig. 6 derjenigen gemäß Fig. 4.

Fig. 7 zeigt ein Pegeldiagramm einer Busleitung zur Detektion von einem High-Pegel bzw. einem Low-Pegel. Da ein Low-Pegel durch einen Kurzschluß auf der Busleitung erzeugt wird, entstehen auf der Busleitung in diesem Zustand nicht zu vernachlässi gende ohmsche Leitungsverluste. Aus diesem Grund wird die Unterscheidungs schwelle 70 zwischen einem High-Pegel und einem Low-Pegel nicht in die Mitte der beiden Maximalpegel, sondern auf 2/3 der Leerlaufspannung U_bus der Busleitung gelegt. Dies ergibt einen höheren Störabstand beim dominanten Low-Pegel. Der High-Pegel paßt sich der Leerlaufspannung der Busleitung an, die beispielsweise zwischen 18 V und 36 V liegen kann. Durch Festlegung der maximalen Übertra gungslänge und des maximalen Kurzschlußstromes muß entsprechend sichergestellt werden, daß die ohmschen Leitungsverluste nicht über den Verlustpegel 72 anstei gen, der auf 1/3 der Leerlaufspannung U_bus der Busleitung festgelegt wird. Schließ lich kann noch eine Hystereseschwelle 71 von beispielsweise 4 V vorgesehen sein, um eine erhöhte Störsicherheit zur Erkennung des Low-Pegels zu erreichen.

Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild einer möglichen Buskonfiguration gemäß der Erfin dung. Das Netzwerk besteht aus drei Mastereinheiten M0, M1 und M2 sowie sechs Slave-Einheiten S3 bis S8. Die Busleitung 1 und eine rückführende Masseleitung 2 sind mit einem Netzteil 3 in Baumstruktur mit den Mastereinheiten und den Slave- Einheiten verbunden. Jede Mastereinheit stellt jeweils einen Speicherblock für die einzelnen Mastereinheiten zur Verfügung, wobei alle Speicherblöcke gleich groß sind.

An die Slave-Einheiten sind beispielsweise Sensoren angeschlossen, wobei die von den Sensoren aufgenommenen Meßdaten in regelmäßigen Abständen von den Ma stereinheiten abgefragt werden. Jede Mastereinheit kommuniziert dabei nur mit denjenigen Slaveeinheiten, von denen er entsprechende Meßergebnisse benötigt. Dies ist in der Fig. 8 durch entsprechende Pfeilbeziehungen angedeutet. Demnach kommuniziert die Mastereinheit M0 mit den Slaveeinheiten S3, S4, S5, die Ma stereinheit M1 mit allen Slaveeinheiten und die Mastereinheit M2 nur mit den Slave einheiten S7 und S8.

Außerdem ist es möglich, daß externe Prozessdaten in das Bussystem eingespielt werden. Beispielsweise erhält der Master M2 von einer externen Recheneinheit 83 Prozessdaten 84, die in seinem Speicherblock abgelegt werden. Die Mastereinheit M0 kann daraufhin über den Bus den kompletten Speicherblock der Mastereinheit M2 anfordern und diesen in ihrem internen Speicherblock ablegen. Somit kann also auch der Hostrechner der Mastereinheit M0 auf die externen Prozessdaten des Hostrechners der Mastereinheit M2 zugreifen.

Fig. 9 zeigt die Struktur eines Protokollheaders zur erfindungsgemäßen Erzeugung eines variablen Datenprotokolls. Je nach Art des zu übertragenden Protokolls wird dem Protokoll dabei ein 3-bit-Protokollheader vorangestellt, wie sich dieser aus dem Strukturbaum gemäß Fig. 9 ergibt. In Abhängigkeit von dem Codewort in dem Pro tokollheader folgt dem Protokollheader dabei ein Protokoll-Datenwort. Eine Untertei lung der zu übertragenden Nachrichten erfolgt dabei zunächst nach Sendeprotokol len und Antwortprotokollen. Bei Sendeprotokollen findet schließlich eine weitere Un terscheidung nach einem nachfolgenden Protokoll-Datenwort mit variabler Länge und mit fester Länge statt. Das dritte bit bei einem Protokollheader eines Sendepro tokolls wird danach codiert, ob eine Rückantwort erfolgen soll oder nicht. Bei einem Antwortprotokoll erfolgt dementsprechend eine Unterscheidung nach einer Mehr-bit- Antwort und einer Ein-bit-Antwort. Die Mehr-bit-Antwort kann wiederum ein Protokoll- Datenwort variabler Länge oder konstanter Länge mit 16 bit aufweisen. Handelt es sich dagegen um eine Ein-bit-Antwort, so wird in dem dritten bit des Protokollheaders direkt die entsprechende bit-Information codiert.

Die Übertragungsprotokolle sind demnach so konzipiert, daß für die verschiedenen vernetzten Funktionseinheiten ein möglichst effizientes Übertragungsverfahren je nach Datenumfang gewährleistet ist. Hierbei ist es möglich, daß weniger zeitkritische Anwendungen über ein universelles Protokoll mit variabler Länge abgewickelt wer den können. Weiterhin sind die Protokolle während des laufenden Abfragebetriebs auf einen möglichst effizienten Datenaustausch ausgelegt.

Claims

1. Vorrichtung zur zeitmultiplexen Übertragung von Informationen zwischen ört lich verteilten Funktionseinheiten, insbesondere eines Krans,
wobei die Funktionseinheiten von einer Mehrzahl von Master-Einheiten (M0- M2) und einer Mehrzahl von Slave-Einheiten (S3-S8) gebildet sind, die mit einander kommunizieren können,
wobei eine die Funktionseinheiten verbindende Busleitung (1) vorgesehen ist, über die ein aus High-Pegeln und Low-Pegeln bestehendes Datenprotokoll übertragbar ist,
wobei ein Netzteil (3) vorgesehen ist, das mit einem ersten Pol permanent mit der Busleitung verbunden ist,
wobei die Busleitung (1) durch jeweils ein von einer Funktionseinheit ansteu erbares Schaltelement (4, 10, 20) gegenüber einem zweiten Pol des Netzteils (3) kurzschließbar ist,
wobei die Funtkionseinheiten jeweils einen Energiespeicher (12) aufweisen, der durch die High-Pegel auf der Busleitung (1) derart aufladbar ist, daß die jeweilige Funktionseinheit ausschließlich durch die über die Busleitung über tragene Energie versorgbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzteil (3) eine kurzschlußfeste Spannungsquelle ist, die einen vorgegebenen Kurz schlußstrom abgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzteil (3) eine Stromquelle ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als gemeinsame Masse das Gehäuse des Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei das Gehäuse mit dem zweiten Pol des entsprechenden Netzteils (3) verbun den ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Busleitung eine parallele Leitung (2) vorgesehen ist, die mit dem zweiten Pol des zugehörigen Netzteils (3) verbunden ist und über die die je weilige Busleitung (1) kurzschließbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß genau eine Bus leitung (1) mit einem zugehörigen Netzteil (3) vorgesehen ist, die zusammen mit der parallelen Leitung (2) vom Netzteil (3) abgehend in Baumstruktur mit den verschiedenen Funktionseinheiten vernetzt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Busleitung (1) im kurzgeschlossenen Zustand ein Low-Pegel anliegt und daß im anderen Fall an der Busleitung (1) ein High-Pegel anliegt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Energiespeicher (12) ein Kondensator ist, der zusammen mit einer Diode (14) parallel zu dem Schaltelement (10) geschaltet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu der Diode (14) und dem Kondensator (12) ein Strombegrenzer (15) geschaltet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Schaltelement eine Schutzdiode (11) geschaltet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung des Schaltelements durch einen in der jeweiligen Funk tionseinheit integrierten Mikroprozessor (50) erfolgt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Funktionseinheit eine Überlastschaltung (34) vorgesehen ist und daß das Schaltelement (20) deaktivierbar ist, sobald die Überlastschaltung ei ne Überlastbedingung erkennt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein an einer Funktionseinheit anliegender High-Pegel und/oder Low- Pegel aufgrund der Potentialdifferenz zwischen einer zu der Funktionseinheit hinführenden Busleitung (1) und einer von der Funktionseinheit wegführenden Busleitung (2) detektierbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein High-Pegel vorliegt, sobald die detektierte Potentialdifferenz oberhalb einer vorgegebenen High-Pegel-Schwelle (70) liegt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Low-Pegel vorliegt, sobald die detektierte Potentialdifferenz unterhalb einer vorgegebe nen Low-Pegel-Schwelle (72) liegt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Low-Pegel- Schwelle eine Hysterese (71) mit einer vorgegebenen Hysteresebreite auf weist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an die Slave-Einheiten Sensoren und/oder Aktoren anschließbar sind, die von den Master-Einheiten auswertbar und/oder ansteuerbar sind.

18. Verfahren zur Erzeugung eines Datenprotokolls mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit folgenden Schritten:

a) den zu übertragenden Daten wird ein Protokollheader vorangeschickt, der aus einem Protokolldatenwort konstanter Länge besteht,
b) in das Protokolldatenwort wird zumindest die Information kodiert, ob der nachfolgende Datenblock ein Datenblock konstanter Länge oder variabler Länge ist,
c) falls ein Datenblock variabler Länge zu übertragen ist, wird in das Proto kolldatenwort zusätzlich die zu übertragende Länge kodiert und
d) die empfangenen Daten werden in Abhängigkeit des Protokolldatenwortes ausgewertet.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in das Protokoll datenwort zusätzlich die Information kodiert wird, ob ein Sendeprotokoll oder ein Antwortprotokoll vorliegt.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß in das Protokolldatenwort zusätzlich die Information kodiert wird, ob eine Rückant wort seitens der empfangenen Funktionseinheit von der sendenden Funkti onseinheit erwartet wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als konstante Länge eines Datenblocks 8 bit vorgegeben werden.