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WO2001044760A1 - Schaltungsanordnung und verfahren zur messwerterfassung - Google Patents

Schaltungsanordnung und verfahren zur messwerterfassung Download PDF

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Publication number
WO2001044760A1
WO2001044760A1 PCT/DE1999/004011 DE9904011W WO0144760A1 WO 2001044760 A1 WO2001044760 A1 WO 2001044760A1 DE 9904011 W DE9904011 W DE 9904011W WO 0144760 A1 WO0144760 A1 WO 0144760A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit arrangement
connection
voltage
input
processing device
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/004011
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marten Swart
Helmuth Orlogi
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to PCT/DE1999/004011 priority Critical patent/WO2001044760A1/de
Publication of WO2001044760A1 publication Critical patent/WO2001044760A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement for the measurement value acquisition with an input connection for establishing a connection to an external sensor, a data connection for establishing a connection to a data bus and with a processing device which converts input signals received via the input connection into a transmitter Data bus transmissible form converts, further a method for data acquisition.
  • the object of the present invention is to propose an improved method for measured value acquisition and to further develop the generic circuit arrangement in such a way that its use in measured value acquisition is simplified and improved.
  • the object is achieved in a circuit arrangement for recording measured values of the type mentioned at the outset by the characterizing features of claim 1.
  • the processing device has a switching device which adapts the behavior of the processing device to the type of input signal in such a way that the processing device can process various input signals and convert them into the transferable form.
  • the object is achieved by the method according to the invention, in which, after receiving a request signal arriving via a data connection, first a sensor located at an input connection is activated, then a measurement value supplied by the sensor is recorded, then the sensor is deactivated and the measurement value is transmitted via the data connection becomes.
  • the circuit arrangement can be used more universally. It has proven particularly favorable that it can record and forward the measurement data from different sensor types. A correspondingly adapted circuit arrangement no longer has to be used for each sensor type. This saves maintenance and warehousing costs, because there are not many different circuit arrangements and correspondingly different ones Spare parts are kept ready. Due to the improved possible uses due to the universality of the circuit arrangement, there is an increased need. This results in higher quantities, which in turn enable more economical production of the circuit arrangement according to the invention.
  • the method according to the invention has the particular advantage that sensors are used in a particularly energy-saving manner. Furthermore, the method can be used to measure on request. Measurements therefore only take place if the measurement results are actually to be used. In addition, an operating mode can also be provided in which the sensor regularly carries out measurements and buffers the measurement results, which can then be queried via the data bus at any time.
  • the processing device of the circuit arrangement according to the invention comprises several different interfaces with which it can process different types of input signals originating from the external sensors.
  • a digital interface for processing a digital input signal, an analog / digital converter for processing an analog input signal, a voltage measuring device for measuring a voltage present at the input connection, a current measuring device for measuring a current present at the input connection and a resistance measuring device for Measurement of a resistance applied to the input terminal can be provided.
  • the switching device is designed such that it adjusts the behavior of the processing device to the type of input signal as a function of a signal received at the data connection.
  • the circuit arrangement according to the invention is arranged as close as possible to the sensor connected to the input connection. This is intended to avoid falsification of the input signal supplied by the sensor. By converting the input signal into a transferable form, largely interference-free transmission of the sensor signals via the data bus is guaranteed below.
  • This arrangement entails that the sensors and the circuit arrangement according to the invention are generally arranged at distant and often inaccessible locations.
  • the processing device of the circuit arrangement according to the invention particularly preferably has a control device for activating and deactivating the external sensor connected to the input connection.
  • the sensor can thus be switched on and off from a remote location via the data bus connected to the data connection. This is particularly advantageous for sensors that have high energy requirements and are rarely queried.
  • the circuit arrangement according to the invention comprises a voltage supply device for supplying the external sensor connected to the input connection with energy.
  • the voltage supply device takes the energy from the alternating voltage or the superimposed DC voltage applied to the data connection. This simplifies the installation of the entire arrangement of sensors, circuit arrangements and data bus, since it is not necessary to lay an energy supply line for each individual sensor.
  • the voltage supply device particularly expediently comprises a controllable voltage regulation device, which is designed such that it outputs different output voltages as a function of a signal received at the data connection.
  • a controllable voltage regulation device which is designed such that it outputs different output voltages as a function of a signal received at the data connection.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a circuit arrangement according to the invention for data acquisition
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of a circuit arrangement according to the invention for recording measured values
  • FIG. 3 shows a block diagram of a first sensor which can be connected to the circuit arrangement according to FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a block diagram of a second sensor which can be connected to the circuit arrangement according to FIG. 2; 1 shows a block diagram of a circuit arrangement according to the invention ...
  • the circuit arrangement 1 has an input connection 3, which is used to establish a connection to an external sensor 5.
  • the connection to the external sensor 5 is realized by an electrical line 7, which can consist of several signal and supply lines.
  • a data connection 9, which is also provided on the circuit arrangement 1, serves to establish a connection to a data bus 11.
  • the circuit arrangement 1 can communicate with a central control device 13 via the data bus 11. Further circuit arrangements (not shown) can be arranged on the data bus.
  • the circuit arrangement 1 comprises a processing device 15 and a voltage supply device 17.
  • the processing device 15 has an input / output device 19, a control device 21, a switching device 23, a digital interface 25, an analog / digital converter 27, a voltage measuring device 29 , a current measuring device 31 and a resistance measuring device 33.
  • the individual assemblies 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33 of the processing device 15 are connected to one another by bidirectional data lines.
  • a data line 35 leads from the data connection 9 to the input / output device 19.
  • the input / output device 19 is connected via a data line 37 to the control device 21 and via a data line 39 to the switching device 23, which in turn is connected to the control via a data line 40 - Er worn 21 is connected.
  • one data line 41 leads from the switchover device 23 to that of the digital interface 25, the analog / digital converter 27, the voltage measuring device 29, the current measuring device 31 and the resistance measuring device 33. All of these assemblies 25, 27, 29, 31, 33 are connected via data lines 43 connected to the input terminal 3.
  • the input / output device 19 receives and sends data via the data line 35 and the data connection 9 and converts this data into a form which can be processed by the other assemblies of the processing device 15. Conversely, the input / output device 19 processes the information provided in the processing device 15 for output to the data bus 11 into a form which can be transmitted on the data bus 11, for example the information coming from the external sensor 5 via the data line 39.
  • the control device 21 coordinates the interaction of the individual assemblies of the processing device 15, controls a voltage control device 45 provided in the voltage supply device 17 and activates or deactivates the external sensor 5. Certain control processes are firmly provided in the control device 21, and a large number of control processes can but are initiated by instructions which the central control device 13 sends to the circuit arrangement 1 via the data bus 11.
  • the level of the voltage to be output by the voltage regulating device 45 can be determined by such an instruction.
  • the control device 21 can act on the voltage regulating device 45.
  • the analog / digital converter 27 will be used accordingly. If the sensor signal consists of a voltage value, a current value or a resistance value, the voltage measuring device 29, the current measuring device 31 or the resistance measuring device 33 are used accordingly.
  • the activation or deactivation of the external sensor 5 is achieved in that the control device 21 sets the voltage supplied to the external sensor 5 via a voltage supply line 49 to zero. This can be achieved by controlling the voltage regulating device 45 or by controlling an additional switching element (not shown).
  • the power supply device 17 takes the energy required to supply the circuit arrangement 1 and the external sensors 5 via a line 47 from the data line 35, which forwards the AC voltage used for signal transmission from the data connection 9 to the input / output device 19.
  • the individual voltage supply lines that lead from the voltage supply device 17 to the individual assemblies of the processing device 15 are not shown for the sake of clarity.
  • the voltage supply line 49 leads from the controllable voltage regulating device 45 to the input connection 3. Via the control line 51, the control device 21 controls the level of the voltage output by the voltage regulating device 45.
  • FIG. 2 shows the circuit diagram of an embodiment of the circuit arrangement 1 according to the invention.
  • the assemblies of the circuit arrangement 1 shown in FIG. 1 and described above can in principle also be found in the circuit diagram shown in FIG. 2.
  • the input terminal 3 is formed by a multi-pin terminal block 60.
  • the connection bar 60 contains the connections which are required for communication with analog and digital sensors.
  • Connection 61 is used for the voltage supply.
  • a status line lies on connection 62, a clock line on connection 63, a trigger line on connection 64, a line for digital signals on connection 65, a line for analog signals on connection 66 and a ground line on connection 67.
  • a two-wire line with connections 69 is provided as the data connection 9.
  • two data lines 35 run from the connections 69 to a transmitter and receiver 71, which essentially corresponds to the input / output device from FIG. 1.
  • the connections 69 are connected via supply lines 47 to a bridge rectifier 73, which forms part of the voltage supply device of the circuit arrangement 1.
  • the voltage VCCI rectified by the bridge rectifier 73 is smoothed by a first capacitor 75.
  • This is connected via line 77 to the positive output of the bridge rectifier and via line 79 to the other output of the bridge rectifier, which represents the ground for circuit arrangement 1.
  • the live contact of the first capacitor 75 is connected to a voltage converter 81.
  • the voltage VCC2 output by the voltage converter 81 is preferably between 10 V and 20 V.
  • the voltage converter 81 is followed by a second capacitor 83 connected to ground for smoothing the voltage VCC2 output by the voltage converter 81.
  • the capacitors 75 and 83 also serve to store energy.
  • a line 85 leads the voltage VCC2 generated by the voltage converter 81 to a controllable voltage regulator 87, the output of which is connected to the terminal 61 of the terminal block 60.
  • the voltage VCC2 is tapped from the line 85 and fed to a first input 88 of a first operational amplifier 89.
  • a reference voltage is present at the second input 91 of the operational amplifier 89.
  • the operational amplifier 89 compares whether the voltage VCC2 generated by the voltage converter 81 corresponds to the reference voltage. In front of the voltage converter 81, the voltage VCCI for supplying the transmitter and receiver 71 is taken.
  • a control unit 93 is supplied with the voltage VCCI, which essentially has the functionality of the control device, the switching device, the digital interface and the analog / digital converter according to FIG. 1.
  • an analog / digital converter 95 is provided which has two inputs and an internal multiplexer. With the analog / digital converter, on the one hand, the analog input signals from connection 66 and, on the other hand, the voltage applied via line 97 can be digitized and thus measured.
  • a data line 99 is provided for communication between the control unit 93 and the transmitter and receiver 71.
  • a control line 101 leads from the control unit 93 to the voltage regulator 87. Through the control line 101, the control unit can influence the voltage output by the voltage regulator.
  • a line 103 leads from the output of the first operational amplifier 89 to the control unit. The control unit receives the information of the comparison between the voltage VCC2 present at the first operational amplifier 89 and the reference voltage present at the input 91 via the line 103.
  • a current measuring device and a device for activating and deactivating an external sensor (cf. FIG. 1), which is connected to the terminal strip 60 during operation, comprises a first and a second N-channel field effect transistor (FET) 105, 107 connected to ground and a second operational amplifier 109.
  • the external sensor can be activated and deactivated by the first N-channel FET 105.
  • a control line 111 starting from the control unit 93 is provided, which is connected to the gate connection of the first N-channel FET 105. If this line is connected to ground by the control unit, the N-channel FET is blocked. All field effect transistors used in the circuit shown are namely self-blocking enhancement MOSFETs. The sensor is therefore deactivated.
  • the second operational amplifier 109 is connected with an input connection 113 to a second reference voltage, with the other input connection 115 with the drain connection and with the output connection with the gate connection of the first N-channel FET 105.
  • a control circuit is implemented which causes the drain-source voltage of the first N-channel FET 105 to always remain the same as the second reference voltage. This ensures that the current measurement carried out by the first N-channel FET 105 has no effect on the voltage made available to the external sensor 5.
  • the gate connections of the two N-channel FETs 105, 107 are connected to one another.
  • the source connections are each connected to ground.
  • the identical gate-source voltage means that the source current of both N-channel FETs 105, 107 is also identical.
  • the transmission ratio can be set by means of different area ratios.
  • the advantage here is that the full sensor current does not have to be conducted via the internal current mirror.
  • a current mirror is implemented by means of a first and a second P-channel FET 117, 119 connected to the supply voltage VCC2 and a resistor 121.
  • the gate-source voltages are also identical in the P-channel FETs 117, 119. Due to the identical gate-source voltage, it also follows for identical P-channel FETs that the source current of the P-channel FET 117, 119 is identical.
  • This current mirror causes the current flowing through resistor 121 to be the same as that through second N-channel FET 107 flows, i.e. as high as the current from the external sensor via connection 67.
  • 3 and 4 show an example of the wiring of external sensors that can be used with a circuit arrangement according to FIG. 2.
  • 3 shows a Hall sensor 130.
  • the Hall sensor 130 is connected to a voltage supply connection 61 and a ground connection 67 of a terminal strip 60. In this sensor, only the sensor current of the Hall sensor is measured by the circuit arrangement according to FIG. 2, since this represents the measurement signal.
  • a digital acceleration sensor 132 is shown.
  • the digital acceleration sensor 132 is connected to a voltage supply connection 61, a connection 62 for a status line, a connection 63 for a clock line, a connection 64 for a trigger line, a connection 65 for digital signals and a connection 67 for a ground line.
  • the digital acceleration sensor 132 is supplied with energy on the one hand via these connections and, on the other hand, communication with the circuit arrangement 1 according to FIG. 2 can take place via the connections.

Landscapes

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Abstract

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Meßwerterfassung, insbesondere für ein Einsatzgebiet, bei dem eine zentrale Auswerteeinrichtung Signale mehrerer Sensoren verarbeitet. Die Schaltungsanordnung umfaßt einen Eingangsanschluß, einen Datenanschluß und eine Verarbeitungseinrichtung, welche über den Eingangsanschluß aufgenommene Eingangssignale in eine über den Datenbus übertragbare Form umwandelt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die gattungsgemäß Schaltungsanordnung derart weiter zu bilden, daß deren Einsatz in der Meßwerterfassung vereinfacht und verbessert wird. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Verarbeitungseinrichtung eine Umschalteinrichtung aufweist, welche das Verhalten der Verarbeitungseinrichtung an die Art des Eingangssignal derart anpaßt, daß die Verarbeitungseinrichtung verschiedenartige Eingangssignale verarbeiten und in die übertragbare Form umwandeln kann.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung und Verfahren zur Meßwerterfassung
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Schaltungsanordnung zur Meßwerterfassung mit einem Eingangsanschluß zum Aufbau einer Verbindung zu einem externen Sensor, einem Datenanschluß zum Aufbau einer Verbindung zu einem Datenbus und mit einer Verarbeitungseinrichtung, welche über den Eingangsanschluß aufgenommene Eingangssignale in eine u- ber den Datenbus übertragbare Form umwandelt, des weiteren um ein Verfahren zur Meßwerterfassung.
Solche Schaltungsanordnungen und Verfahren werden in der ge- samten Meßtechnik benötigt. Insbesondere finden diese in
Einsatzgebieten Anwendung, bei denen eine zentrale Auswerte-, Steuer- oder Regeleinrichtung Signale mehrerer Sensoren verarbeitet. Eines der möglichen Einsatzgebiete ist die Kraftfahrzeugtechnik. In modernen Kraftfahrzeugen finden sich eine Vielzahl von unterschiedlichen Sensoren, beispielsweise Sensoren, die Informationen für die Motorregelung oder die Steuerung von Insassenschutzsystemen liefern.
Aus der internationalen Patenanmeldung WO 89/09146 ist eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Meßwerterfassung bekannt. In der bekannten Schaltungsanordnung sind einzelne Sensoren jeweils einer Verarbeitungseinrichtung, einer sogenannten Auswerteschaltung, zugeordnet. Diese Auswerteschaltungen sind jeweils auf den entsprechenden Sen- sor, von dem sie Signale erhalten, abgestimmt. Die von den Sensoren abgegebenen Signale werden von den entsprechenden Auswerteschaltungen am jeweiligen Einbauort der Sensoren m eine für ein zentrales Steuergerat kompatible und über eine zur Übertragung geeignete Form aufbereitet. Die derart aufbe- reiteten Ausgangssignale werden dann, gegebenenfalls noch u- ber eine zugeordnete Schnittstelle, über eine zwischen der Schaltungsanordnung und dem Steuergerat vorgesehenen Ein- drahtleitung zu dem Steuergerät übertragen. Das Steuergerät übernimmt die weitere; Auswertung der von den Sensoren gelieferten Informationen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zu Meßwerterfassung vorzuschlagen und die gattungsgemäße Schaltungsanordnung derart weiter zu bilden, daß deren Einsatz in der Meßwerterfassung vereinfacht und verbessert wird.
Die Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung zur Meßwerterfassung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach weist die Verarbeitungseinrichtung eine Umschalteinrichtung auf, welche das Verhalten der Verarbeitungseinrichtung an die Art des Eingangssignal derart anpaßt, daß die Verarbeitungseinrichtung verschiedenartige Eingangssignale verarbeiten und in die übertragbare Form umwandeln kann.
Des weiteren wird die Aufgabe durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst, bei welchem nach Empfang eines über einen Datenanschluß ankommenden Auforderungssignals zunächst ein an einem Eingangsanschluß liegender Sensor aktiviert, danach ein durch den Sensor gelieferte Meßwert erfaßt, anschließend der Sensor deaktiviert und der Meßwert über den Datenanschluß gesendet wird.
Die mit der vorliegenden Erfindung erzielten Vorteile beste- hen insbesondere darin, daß die Schaltungsanordnung universeller einsetzbar ist. Als besonders günstig erweist sich, daß sie die Meßdaten von unterschiedlichen Sensortypen aufnehmen und weiterleiten kann. Es muß nicht mehr für jeden Sensortyp eine entsprechend angepaßte Schaltungsanordnung eingesetzt werden. Hierdurch werden Wartungs- und Lagerhaltungskosten eingespart, denn es müssen nicht viele verschiedenen Schaltungsanordnungen und entsprechend unterschiedliche Ersatzteile bereitgehalten werden. Durch die verbesserten Einsatzmöglichkeiten aufgrund der Universalität der Schaltungsanordnung ergibt sich ein erhöhter Bedarf. Dieser resultiert in höheren Stückzahlen, die wiederum eine wirtschaftli- chere Produktion der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist insbesondere den Vorteil auf, daß Sensoren besonders energiesparend eingesetzt werden. Des weiteren kann durch das Verfahren auf Anforderung gemessen werden. Es finden also nur dann Messungen statt, wenn tatsächlich die Meßergebnisse auch verwertet werden sollen. Daneben kann auch ein Betriebsmodus vorgesehen sein, bei dem der Sensor regelmäßig Messungen durchführt und die Meßergeb- nisse zwischenspeichert, die dann zu beliebigen Zeiten über den Datenbus abgefragt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Verarbeitungseinrichtung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mehrere unterschiedliche Schnittstellen, mit denen sie verschiedenartige von den externen Sensoren stammende Eingangssignale verarbeiten kann. Hierzu können alternativ oder in Kombination bevorzugt eine Digitalschnittstelle zur Verarbeitung eines digitalen Eingangssignals, ein Analog/Digital- Wandler zum Verarbeiten eines analogen Eingangssignals, eine Spannungsmeßeinrichtung zum Messen einer am Eingangsanschluß anliegenden Spannung, eine Strommeßeinrichtung zum Messen eines am Eingangsanschluß anliegenden Stroms und eine Widerstandsmeßeinrichtung zum Messen eines am Eingangsanschluß anliegenden Widerstands vorgesehen sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Umschalteinrichtung derart ausgebildet, daß sie in Abhängigkeit von einem am Datenanschluß empfangenen Signal das Verhalten der Verarbeitungseinrichtung an die Art des Eingangssignal anpaßt. Dies erweist sich sowohl bei dem Aufbau eines Netzwerkes aus mehreren Sensoren, die über den Datenbus mit einer zentralen Meßwerterfassungseinheit verbunden sind, als auch für die spätere Wartung einer solchen Anordnung als sehr vorteilhaft. Bei dem Aufbau müssen die eingesetzten Schaltungsanordnungen nicht mechanisch oder schaltungstechnisch verändert werden, um sie an die jeweilige Art des Eingangssignals, also an einen bestimmten Sensortyp, anzupassen. Auch wenn ein Sensor gegen einen neuen, andersartigen Sensor ausgetauscht wird, reicht eine softwaremäßige Umschaltung oder Programmierung der Schaltungsanordnung über den Date- nanschluß, um diese an den neuen Sensor entsprechend anzupassen.
Im praktischen Einsatz ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung möglichst nahe an dem mit dem Eingangsanschluß ver- bundenen Sensor angeordnet. Dadurch soll eine Verfälschung des vom Sensor gelieferten Eingangssignals vermieden werden. Durch die Umwandlung des Eingangssignals in eine übertragbare Form wird im folgenden eine weitgehend störungssichere Übertragung der Sensorsignale über den Datenbus gewährleistet. Diese Anordnung bringt es mit sich, daß in der Regel die Sensoren und die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung an entfernten und oft unzugänglichen Stellen angeordnet sind.
Besonders bevorzugt weist deshalb die Verarbeitungseinrich- tung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine Steuereinrichtung zum Aktivieren und Deaktivieren des mit dem Eingangsanschluß verbundenen externen Sensors auf. Der Sensor läßt sich dadurch von einem entfernten Ort über den mit dem Datenanschluß verbundenen Datenbus an- und abschalten. Dies ist besonders bei solchen Sensoren von Vorteil, die einen hohen Energiebedarf haben und nur selten abgefragt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine Spannungsversorgungs- einrichtung zum Versorgen des mit dem Eingangsanschluß verbundenen externen Sensors mit Energie. In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Schaltungsanordnung, bei der die am Date- nanschluß anliegenden Signale durch eine alternierende Spannung oder eine überlagerte Gleichspannung übertragen werden, entnimmt die Spannungsversorgungseinrichtung die Energie aus der am Datenanschluß anliegenden alternierenden Spannung bzw, der überlagerten Gleichspannung. Dies erleichtert die Installation der gesamten Anordnung aus Sensoren, Schaltungsanordnungen und Datenbus, da nicht zu jedem einzelnen Sensor eine Energieversorgungsleitung gelegt werden muß.
Besonders zweckmäßig umfaßt die Spannungsversorgungseinrichtung eine steuerbare Spannungsregelungseinrichtung, wobei diese derart ausgebildet ist, daß sie in Abhängigkeit von einem am Datenanschluß empfangenen Signal unterschiedliche Ausgangsspannungen abgibt. Auch dies wirkt sich vorteilhaft auf den Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit unterschiedlichen Sensortypen aus, da eine hardwaremäßige Anpassung oder Änderung der Schaltungsanordnung nicht erforderlich ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen angegeben.
Ausführungsformen der Erfindung sind beispielhaft in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Meßwerterfassung;
Fig. 2 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Meßwerterfassung;
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines ersten Sensors, der mit der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 verbunden werden kann;
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines zweiten Sensors, der mit der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 verbunden werden kann; Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ... Die Schaltungsanordnung 1 weist einen Eingangsanschluß 3 auf, der zum Aufbau einer Verbindung zu einem externen Sensor 5 dient. Die Verbindung zu dem externen Sensor 5 wird durch eine elektrische Leitung 7 realisiert, die aus mehreren Signal- und Versorgungsleitungen bestehen kann. Ein ebenfalls an der Schaltungsanordnung 1 vorgesehener Datenanschluß 9 dient zum Aufbau einer Verbindung zu einem Datenbus 11. Über den Datenbus 11 kann die Schaltungsanord- nung 1 mit einem zentralen Steuergerät 13 kommunizieren. Auf dem Datenbus können weitere Schaltungsanordnungen (nicht dargestellt) angeordnet sein.
Des weiteren umfaßt die Schaltungsanordnung 1 eine Verarbei- tungseinrichtung 15 und eine Spannungsversorgungseinrichtung 17. Die Verarbeitungseinrichtung 15 weist eine Ein- /Ausgabeeinrichtung 19, eine Steuereinrichtung 21, eine Umschalteinrichtung 23, eine Digitalschnittstelle 25, einen A- nalog/Digitalwandler 27, eine Spannungsmeßeinrichtung 29, ei- ne Strommeßeinrichtung 31 und eine Widerstandsmeßeinrichtung 33 auf. Die einzelnen Baugruppen 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33 der Verarbeitungseinrichtung 15 sind untereinander durch bidirektionale Datenleitungen verbunden.
Vom Datenanschluß 9 führt eine Datenleitung 35 zu der Ein- /Ausgabeeinrichtung 19. Die Ein-/Ausgabeeinrichtung 19 ist über eine Datenleitung 37 mit der Steuereinrichtung 21 und über eine Datenleitung 39 mit der Umschalteinrichtung 23 verbunden, die wiederum über eine Datenleitung 40 mit der Steu- ereinrichtung 21 verbunden ist. Jeweils eine Datenleitung 41 führt von der Umschalteinrichtung 23 zu der der Digitalschnittstelle 25, dem Analog/Digitalwandler 27, der Spannungsmeßeinrichtung 29, der Strommeßeinrichtung 31 und der Widerstandsmeßeinrichtung 33. Alle diese Baugruppen 25, 27, 29, 31, 33 sind über Datenleitungen 43 mit dem Eingangsanschluß 3 verbunden. Die Ein-/Ausgabeeinrichtung 19 empfängt und sendet Daten über die Datenleitung 35 und den Datenanschluß 9 und wandelt diese Daten in eine Form, die von den anderen Baugruppen der Verarbeitungseinrichtung 15 verarbeitet werden kann. Umgekehrt bereitet die Ein-/Ausgabeeinrichtung 19 die in der Verarbeitungseinrichtung 15 zur Ausgabe an den Datenbus 11 vorgesehenen Informationen in eine auf dem Datenbus 11 übertragbare Form auf, beispielsweise die über die Datenleitung 39 kommenden von dem externen Sensor 5 stammenden Informationen.
Die Steuereinrichtung 21 koordiniert das Zusammenwirken der einzelnen Baugruppen der Verarbeitungseinrichtung 15, steuert eine in der Spannungsversorgungseinrichtung 17 vorgesehene Spannungsregelungseinrichtung 45 und aktiviert bzw. deakti- viert den externen Sensor 5. Bestimmte Steuerungsabläufe sind dabei in der Steuereinrichtung 21 fest vorgesehen, eine Vielzahl von Steuerungsabläufen können aber durch Anweisungen i- nitiiert werden, die das zentrale Steuergerät 13 über den Datenbus 11 zur Schaltungsanordnung 1 sendet.
Beispielsweise kann durch eine solche Anweisung die Höhe der von der Spannungsregelungseinrichtung 45 abzugebenden Spannung bestimmt werden. Dazu kann die Steuereinrichtung 21 auf die Spannungsregelungseinrichtung 45 einwirken. Des weiteren ist es möglich die Umschalteinrichtung 23 über die Datenleitung 40 so zu steuern, daß die zu der Art des vom Sensor 5 gelieferten Signals passende Baugruppe 25, 27, 29, 31, 33 eingesetzt wird.
Liefert der Sensor beispielsweise ein digitales Signal, so wird dieses von der Digitalschnittstelle 25 weiterverarbeitet, handelt es sich aber um ein analoges Signal, dann wird entsprechend der Analog/Digitalwandler 27 zum Einsatz kommen. Besteht das Sensorsignal aus einem Spannungswert, einem Stromstärkenwert oder einem Widerstandswert, wird entsprechend die Spannungsmeßeinrichtung 29, die Strommeßeinrichtung 31 bzw. die Widerstandsmeßeinrichtung 33 eingesetzt. Die Aktivierung bzw. Deaktivierung des externen Sensors 5 wird dadurch erreicht, daß die Steuereinrichtung 21 die über eine Spannungsversorgungsleitung 49 an den externen Sensor 5 gelieferte Spannung auf Null setzt. Dies kann durch Steuerung der Spannungsregelungseinrichtung 45 oder durch Steuerung eines zusätzlichen Schaltorgans (nicht dargestellt) erreicht werden.
Die für die Versorgung der Schaltungsanordnung 1 und der externen Sensoren 5 erforderliche Energie entnimmt die Spannungsversorgungseinrichtung 17 über eine Leitung 47 aus der Datenleitung 35, welche die zur Signalübertragung dienende Wechselspannung vom Datenanschluß 9 an die Ein- /Ausgabeeinrichtung 19 weiterleitet.
Die einzelnen Spannungsversorgungsleitungen, die von der Spannungsversorgungseinrichtung 17 zu den einzelnen Baugruppen der Verarbeitungseinrichtung 15 führen, sind der Über- sichtlichkeit halber nicht dargestellt. Von der steuerbaren Spannungsregelungseinrichtung 45 führt die Spannungsversorgungsleitung 49 zu dem Eingangsanschluß 3. Über die Steuerleitung 51 steuert die Steuereinrichtung 21 die Höhe der von der Spannungsregelungseinrichtung 45 abgegebene Spannung.
Fig. 2 zeigt den Schaltplan einer Ausführungsform der erfin- dungsgemäßen Schaltungsanordnung 1. Die in Fig. 1 dargestellten und oben beschriebenen Baugruppen der Schaltungsanordnung 1 finden sich prinzipiell auch in dem in Fig. 2 dargestellten Schaltplan. Der Eingangsanschluß 3 wird durch eine mehrpolige Anschlußleiste 60 gebildet. Auf der Anschlußleiste 60 befinden sich die Anschlüsse, die zur Kommunikation mit analog und digital arbeitenden Sensoren erforderlich sind. Für die Spannungsversorgung dient Anschluß 61. Eine Statusleitung liegt auf Anschluß 62, eine Taktleitung auf Anschluß 63, eine Triggerleitung auf Anschluß 64, eine Leitung für digitale Signale auf Anschluß 65, eine Leitung für analoge Signale auf Anschluß 66 und eine Masseleitung auf Anschluß 67.
Als Datenanschluß 9 ist eine Zweidrahtleitung mit Anschlüssen 69 vorgesehen. Von den Anschlüssen 69 verlaufen zum einen zwei Datenleitungen 35 zu einem Sender und Empfänger 71, der im wesentlichen der Ein-/Ausgabeeinrichtung aus Fig. 1 entspricht .
Zum anderen sind die Anschlüsse 69 über Versorgungsleitungen 47 mit einem Brückengleichrichter 73 verbunden, der einen Teil der Spannungsversorgungseinrichtung der Schaltungsanordnung 1 darstellt. Die durch den Brückengleichrichter 73 gleichgerichtete Spannung VCCI wird durch einen ersten Kon- densator 75 geglättet. Dieser ist über die Leitung 77 mit dem positiven Ausgang des Brückengleichrichters und über eine Leitung 79 mit dem anderen Ausgang des Brückengleichrichters, welcher für die Schaltungsanordnung 1 die Masse darstellt, verbunden. Der spannungsführende Kontakt des ersten Kondensa- tors 75 ist mit einem Spannungswandler 81 verbunden. Die vom Spannungswandler 81 abgegebene Spannung VCC2 liegt bevorzugt zwischen 10 V und 20 V. Dem Spannungswandler 81 schließt sich ein zweiter gegen Masse geschalteter Kondensator 83 zur Glättung der vom Spannungswandler 81 abgegebenen Spannung VCC2 an. Die Kondensatoren 75 und 83 dienen ebenfalls dazu Energie zu speichern.
Eine Leitung 85 leitet die vom Spannungswandler 81 erzeugte Spannung VCC2 zu einem steuerbaren Spannungsregler 87, dessen Ausgang mit dem Anschluß 61 der Anschlußleiste 60 verbunden ist. Außerdem wird von der Leitung 85 die Spannung VCC2 abgegriffen und einem ersten Eingang 88 eines ersten Operationsverstärker 89 zugeführt. Am zweiten Eingang 91 des Operationsverstärkers 89 liegt eine Referenzspannung an. Der Opera- tionsverstärker 89 vergleicht, ob die vom Spannungswandler 81 erzeugte Spannung VCC2 der Referenzspannung entspricht. Vor dem Spannungswandler 81 wird die Spannung VCCI für die Versorgung des Senders und Empfängers 71 entnommen. Außerdem wird mit der Spannung VCCI ein Steuerwerk 93 versorgt, das im wesentlichen die Funktionalität der Steuereinrichtung, der Umschalteinrichtung, der digitalen Schnittstelle und des Analog/Digitalwandlers gemäß Fig. 1 aufweist. Im Steuerwerk 93 ist ein Analog/Digitalwandler 95 vorgesehen der zwei Eingänge und intern einen entsprechenden Multiplexer aufweist. Mit dem Analog/Digitalwandler können zum einen die analogen Eingangs- Signale vom Anschluß 66 und zum anderen die über eine Leitung 97 anliegende Spannung digitalisiert und damit gemessen werden. Zur Kommunikation des Steuerwerks 93 mit dem Sender und Empfänger 71 ist eine Datenleitung 99 vorgesehen.
Eine Steuerleitung 101 führt vom Steuerwerk 93 zum Spannungsregler 87. Durch die Steuerleitung 101 kann des Steuerwerk die vom Spannungsregler abgegebene Spannung beeinflussen. Vom Ausgang des ersten Operationsverstärkers 89 führt eine Leitung 103 zum Steuerwerk. Über die Leitung 103 erhält das Steuerwerk die Information des Vergleichs zwischen der am ersten Operationsverstärker 89 anliegenden Spannung VCC2 und der am Eingang 91 anliegenden Referenzspannung.
Eine Strommeßeinrichtung und eine Einrichtung zur Aktivierung und Deaktivierung eines externen Sensors (vgl. Fig. 1), der im Betrieb an die Anschlußleiste 60 angeschlossen ist, umfaßt einen ersten und einen zweiten gegen Masse geschalteten N- Kanal-Feldeffekttransisor (FET) 105, 107 und einen zweiten Operationsverstärker 109. Der externe Sensor kann durch den ersten N-Kanal-FET 105 aktiviert und deaktiviert werden. Dazu ist eine vom Steuerwerk 93 ausgehende Steuerleitung 111 vorgesehen, die mit dem Gateanschluß des ersten N-Kanal-FET 105 verbunden ist. Wird diese Leitung durch das Steuerwerk auf Masse gelegt, so sperrt der N-Kanal-FET. Bei allen in der dargestellten Schaltung verwendeten Feldeffekttransisoren handelt es sich nämlich um selbstsperrende Enhancement- MOSFETs. Der Sensor ist somit deaktiviert. Wird durch die Steuerleitung 111 kein Einfluß auf den Gateanschluß des ersten N-Kanal-FET 105 ausgeübt, so kann dieser zur Messung des durch ihn hindurchfließenden, vom exter- nen Sensor stammenden Stroms genutzt werden. Der zweite Operationsverstärker 109 ist mit einem Eingangsanschluß 113 an eine zweite Referenzspannung, mit dem anderen Eingangsanschluß 115 an den Drainanschluß und mit dem Ausgangsanschluß an den Gateanschluß des ersten N-Kanal-FET 105 an- geschlossen. Durch diese Anordnung wird ein Regelkreis realisiert, der bewirkt, daß die Drain-Source-Spannung des ersten N-Kanal-FET 105 stets gleich der zweiten Referenzspannung bleibt. Damit ist sichergestellt, daß die durch den ersten N- Kanal-FET 105 durchgeführte Strommessung keine Rückwirkung auf die dem externen Sensor 5 zur Verfügung gestellte Spannung hat.
Die Gateanschlüsse der beiden N-Kanal-FETs 105, 107 sind miteinander verbunden. Die Source-Anschlüsse sind jeweils mit Masse verbunden. Durch die identische Gate-Source-Spannung folgt für identische N-Kanal-FETs, daß der Source-Strom beider N-Kanal-FETs 105, 107 ebenfalls identisch ist.
Bei nicht identischen N-Kanal-FETs 105, 107 kann durch ver- schiedene Flächenverhältnisse das Übersetzungsverhältnis eingestellt werden. Vorteil dabei ist, daß nicht der volle Sensorstrom über den internen Stromspiegel geleitet werden muß.
Durch einen ersten und einen zweiten gegen die Versorgungs- Spannung VCC2 geschalteten P-Kanal-FET 117, 119 und einen Widerstand 121 wird ein Stromspiegel realisiert. Auch bei den P-Kanal-FETs 117, 119 sind die Gate-Source-Spannungen identisch. Durch die identische Gate-Source-Spannung folgt für identische P-Kanal-FETs ebenfalls, daß der Source-Strom bei- der P-Kanal-FET 117, 119 identisch ist. Dieser Stromspiegel bewirkt, daß der durch den Widerstand 121 fließende Strom genauso hoch ist wie der, der durch den zweiten N-Kanal-FET 107 fließt, also genauso hoch wie der Strom vom externen Sensor über den Anschluß 67.
Vom Widerstand 121 wird nun die dort abfallende Spannung ab- gegriffen und über die Leitung 97 dem Analog/Digitalwandler 95 zugeführt. Aus der über dem Widerstand 121 abfallenden Spannung kann das Steuerwerk nun umgekehrt die Stärke des gemessenen Stroms berechnen.
Die Fig. 3 und 4 zeigen beispielhaft die Beschaltung von externen Sensoren, die mit einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 eingesetzt werden können. In Fig. 3 ist ein Hall-Sensor 130 dargestellt. Der Hall-Sensor 130 ist mit einem Spannungsver- sorgungsanschluß 61 und einem Masseanschluß 67 einer Anschlußleiste 60 verbunden. Bei diesem Sensor wird von der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 lediglich der Sensorstrom des Hall-Sensors gemessen, da dieser das Meßsignal repräsentiert .
In Fig. 4 ist ein digitaler Beschleunigungssensor 132 dargestellt. Der digitale Beschleunigungssensor 132 ist mit einem Spannungsversorgungsanschluß 61, einem Anschluß 62 für eine Statusleitung, einem Anschluß 63 für eine Taktleitung, einem Anschluß 64 für eine Triggerleitung, einem Anschluß 65 für digitale Signale und einem Anschluß 67 für eine Masseleitung verbunden. Über diese Anschlüsse wird der digitale Beschleunigungssensor 132 zum einen mit Energie versorgt und zum anderen kann über die Anschlüsse die Kommunikation mit der Schaltungsanordnung 1 gemäß Fig. 2 stattfinden.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung (1) zur Meßwerterfassung mit einem Eingangsanschluß (3) zum Aufbau einer Verbindung zu ei- nem externen Sensor (5, 130, 132), einem Datenanschluß (9) zum Aufbau einer Verbindung zu einem Datenbus (11) und mit einer Verarbeitungseinrichtung (15), welche über den Eingangsanschluß (3) aufgenommene Eingangssignale in eine über den Datenbus (11) übertragbare Form umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (15) eine Umschalteinrichtung (23) aufweist, mit der in der Verarbeitungseinrichtung vorhandene Anpassungsschaltungen (25, 27, 29, 31, 33) zur Anpas- sung an verschiedenartige externe Sensoren (5, 130, 132) wahlweise mit dem Eingangsspannungsanschluß (3) verbindbar sind, so daß die Verarbeitungseinrichtung (15) verschiedenartige Eingangssignale verarbeiten und in die übertragbare Form umwandeln kann.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (15) eine Digitalschnittstelle (25) zur Verarbeitung eines digitalen Eingangssignals aufweist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (15) einen Analog/Digital-Wandler (27, 95) zum Verarbeiten eines analogen Eingangssignals aufweist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (15; eine Spannungsmeßeinrichtung (29, 95) zum Messen einer am Eingangsanschluß (3) anliegenden Spannung aufweist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (15) eine Strommeßeinrichtung (31) zum Messen eines am Eingang- sanschluß (3) anliegenden Stroms aufweist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (15) eine Widerstandsmeßeinrichtung (33) zum Messen eines am Eingangsanschluß (3) anliegenden Widerstands aufweist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (23) derart ausgebildet ist, daß sie in Abhängigkeit von einem am Datenanschluß (9) empfangenen Signal das Verhalten der Verarbeitungseinrichtung (15) an die Art des Eingangssignal anpaßt.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (15) eine Steuereinrichtung (21) zum Aktivieren und Deaktivieren des mit dem Eingangsanschluß (3) verbundenen externen Sensors (5) aufweist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Spannungsversorgungseinrichtung
(17) zum Versorgen des mit dem Eingangsanschluß (3) verbundenen externen Sensors (5) mit Energie.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, bei der die am Da- tenanschluß (9) anliegenden Signale durch eine alternierende
Spannung übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinrich- tung (17) die Energie aus der am Datenanschluß (9) anliegenden alternierenden Spannung entnimmt.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, bei der die am Datenanschluß (9) anliegenden Signale durch eine überlagerte Gleichspannung übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinrichtung (17) die Energie aus der am Datenanschluß (9) anliegenden überlagerten Gleichspannung entnimmt.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinrichtung (17) eine steuerbare Spannungsregelungseinrichtung (45, 87) umfaßt, wobei diese derart ausgebildet ist, daß sie in Abhängigkeit von einem am Datenanschluß (9) empfangenen Signal unterschiedliche Ausgangsspannungen bewirkt.
13. Verfahren zur Meßwerterfassung, insbesondere mittels einer Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorstehenden An- sprüche, bestehend aus folgenden Schritten: nach Empfang eines über einen Datenanschluß (9) ankommenden Auforderungssignals wird zunächst ein an einem Eingangsanschluß (3) liegender Sensor aktiviert, danach wird der durch den externen Sensor (5) gelieferte Meßwert erfaßt, anschließend wird der externe Sensor (5) deaktiviert und der Meßwert über den Datenanschluß (9) gesendet.
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