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Dokumentenidentifikation DE10128754A1 19.12.2002
Titel System und Verfahren zur synchronen Datenerfassung von analogen und digitalen Werten
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Wirth, Peter, 68753 Waghäusel, DE
DE-Anmeldedatum 13.06.2001
DE-Aktenzeichen 10128754
Offenlegungstag 19.12.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.12.2002
IPC-Hauptklasse G06F 3/05
IPC-Nebenklasse H03M 1/00   
Zusammenfassung Es wird ein System (10) zur synchronen Datenerfassung von analogen und digitalen Werten beschrieben. Bei diesem ist eine Wandlervorrichtung (13) mit Mitteln zum Wandeln mindestens eines übertragenen digitalen Signals in ein analoges Signal und zum Ausgeben des analogen Signals vorgesehen. Das analoge Signal trägt Informationen zum Zeitpunkt des Beginns der Übertragung des mindestens einen digitalen Signals.
Weiterhin weist das System (10) mindestens eine Schnittstelleneinheit zum Empfangen des mindestens einen übertragenen digitalen Signals und zum Weiterleiten dessen an eine elektronische Recheneinheit auf.
Eine A/D-Wandlereinheit dient zum Empfangen des von der Wandlervorrichtung 13 ausgegebenen analogen Signals sowie eines analogen Referenzsignals und zum Wandeln dieser Signale in digitale Auswertesignale. Diese Auswertesignale werden der elektronischen Recheneinheit zur Verfügung gestellt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur synchronen Datenerfassung von analogen und digitalen Werten.

Stand der Technik

In technischen Systemen ist es zur Sicherstellung einer korrekten Funktionsweise unerläßlich, bestimmte Systemzustände permanent zu überwachen. Hierzu bedient man sich einer Anzahl von Sensoren, die Meßwerte unterschiedlicher Art aufnehmen, und elektrische Signale, die jene Meßwerte repräsentieren, weitergeben.

Sensoren werden in analoge und digitale Sensoren unterteilt, je nach dem, ob diese ein analoges oder ein digitales Signal ausgeben.

Zur Verarbeitung der erhaltenen Meßsignale werden heutzutage in der Regel Digitalrechner, bspw. Personal Computer, eingesetzt, so daß es erforderlich ist, die von analogen Sensoren bereitgestellten Analogsignale in digitale Signale zu wandeln. Um nun sowohl digitale als auch analoge Signale an den Digitalrechner weitergeben zu können, sind Schnittstellenkarten vorgesehen, die Analog- Digital-Wandler (A/D-Wandler) enthalten. Diese Schnittstellenkarten verarbeiten sowohl digitale als auch analoge Signale. Die digitalen Signale werden direkt an den Digitalrechner weitergegeben. Die analogen Signale werden zunächst mittels der A/D-Wandler in digitale Signale gewandelt und dann dem Digitalrechner zur Verfügung gestellt.

Hierbei ergibt sich das Problem, die analogen und die digitalen Werte in der richtigen zeitlichen Beziehung zueinander zu erfassen.

Im Fahrzeugbereich aber auch bei industriellen Anwendungen findet das Controller Area Network (CAN) immer häufiger Anwendung. Die verwendeten CAN-Sensoren geben Digitalsignale aus, die von CAN-Controller-Karten aufgenommen werden. Die CAN-Controller-Karten fungieren dabei als Schnittstellenkarten und sind an den CAN-Bus angekoppelt.

Bei neu eingeführten Systemen ist es notwendig, das zeitliche und dynamische Verhalten der eingesetzten Sensoren zu bestimmen. Hierzu verwendet man einen sogenannten Referenzsensor, der ein Referenzsignal ausgibt. Die Überprüfung erfolgt dann im Prüfstand. Dies ist beispielsweise ein Drehtisch, bei dem ein Referenzsensor vorgesehen ist. Die zu prüfenden Sensoren werden dann zusätzlich an dem Drehtisch angeordnet. Das Referenzsignal kann so mit den digitalen Signalen verglichen werden.

Referenzsensoren sind jedoch häufig analoge Sensoren. Man muß somit zur Bestimmung des zeitlichen und dynamischen Verhaltens der CAN-Sensoren deren digitale Signale in eine zeitliche Beziehung zu dem analogen Signal des Referenzsensors bringen. Die digitalen Signale müssen daher zeitsynchron mit dem analogen Referenzsignal erfaßt werden.

Erhältlich sind derzeit CAN-Controller-Karten, die A/D- Wandler-Karten enthalten. Bei diesen ist man aber an die Ausführungen des Herstellers bezüglich Sample-Rate und Auflösung gebunden. Selbst wenn die Karten synchronisierbar sind, ergeben sich oftmals Verzögerungen (Delays) zwischen Auslösung des CAN-Triggers und der gemessenen Analogwerte.

Da derzeit bekannte Vorrichtungen nur jeweils eine CAN- Controller-Karte und eine A/D-Wandler-Karte aufweisen, erhöhen sich die Kosten bei der parallelen Erfassung von mehreren Sensoren erheblich. Man braucht für jeden zu messenden Sensor eine solche Kombination aus CAN- Controller-Karte und A/D-Wandler-Karte. Es wäre aber wünschenswert, Sensoren, bspw. CAN-Sensoren, in möglichst großer Zahl im Prüfstand zu überprüfen und Digitalwerte und Analogwerte zeitsynchron mit unterschiedlichen Schnittstellenkartentypen zu erfassen, ohne von Herstellerrestriktionen abhängig zu sein.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße System dient zur synchronen Datenerfassung von analogen und digitalen Werten. Es weist eine Wandlervorrichtung, die Mittel zum Wandeln mindestens eines übertragenen digitalen Signals in ein analoges Signal und zum Ausgeben des analogen Signals hat, auf. Das ausgegebene analoge Signal trägt Informationen zum Zeitpunkt des Beginns der Übertragung des mindestens einen digitalen Signals.

Weiterhin weist das erfindungsgemäße System mindestens eine Schnittstelleneinheit zum Empfangen des mindestens einen übertragenen digitalen Signals und zum Weiterleiten dessen an eine elektronische Recheneinheit auf. Außerdem ist eine A/D-Wandlereinheit zum Empfangen des von der Wandlervorrichtung ausgegebenen analogen Signals sowie eines analogen Referenzsignals, und zum Wandeln dieser Signale in digitale Auswertesignale vorgesehen. Die digitalen Auswertesignale werden für die elektronische Recheneinheit zur Auswertung bereitgestellt. Anhand dieser Auswertesignale können die von den CAN-Sensoren ausgegebenen digitalen Signale ausgewertet werden, d. h. in eine zeitliche Beziehung zum analogen Referenzsignal gebracht werden.

Das erfindungsgemäße System ermöglicht es, digitale Sensoren, die die digitalen Signale liefern, in großer Zahl im Prüfstand zu überprüfen und digitale Werte und analoge Werte zeitsynchron mit unterschiedlichen Schnittstelleneinheiten zu erfassen.

Bevorzugt ist die elektronische Recheneinheit ein Personalcomputer (PC). Computerprogramme, die zum Auswerten der Auswertesignale dienen, sind für den PC problemlos zu erstellen und zu implementieren.

Wird ein PC eingesetzt, ist die mindestens eine Schnittstelleneinheit vorzugsweise eine Schnittstellenkarte und die A/D-Wandlereinheit eine A/D-Wandler-Karte, die in dafür vorgesehene Steckplätze des PC einsteckbar sind. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau des gesamten Systems, wodurch dieses problemlos zum jeweiligen Einsatzort gebracht werden kann.

Die mindestens eine Schnittstelleneinheit ist bevorzugt eine CAN-Schnittstelleneinheit. In dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems können ein oder mehrere CAN- Sensoren, die in einen CAN-Bus eingebunden sind, überprüft werden.

Das erfindungsgemäße System ermöglicht die Überprüfung lediglich eines digitalen Sensors, aber auch die Überprüfung einer Anzahl von Sensoren. Für diesen Fall ist eine Anzahl von Schnittstelleneinheiten vorgesehen, von denen jede ein übertragenes digitales Signal eines Sensors empfangen kann. Die Wandlervorrichtung weist Mittel zum Wandeln einer entsprechenden Anzahl von über Datenstränge übertragenen Signalen in ein analoges Signal auf, wobei der Verlauf des analogen Signals Informationen zu den Zeitpunkten der Beginne der Übertragungen der digitalen Signale und der dafür genutzten Datenstränge trägt. Dies bedeutet, daß das analoge Signal Auskunft darüber gibt, wann und über welche der Datenstränge eine Übertragung erfolgte, unabhängig davon, ob nur über einen der Datenstränge eine Übertragung erfolgte oder über einige der Datenstränge oder über alle Datenstränge. Der Datenverkehr über die Datenstränge wird somit auf einem Kanal der A/D- Wandlereinheit abgebildet.

Hat die A/D-Wandlereinheit eine 16 Bit-Auflösung, können theoretisch 16 parallele Datenstränge synchronisiert werden. Die maximale Anzahl der Datenstränge ist somit durch das Auflösungsvermögen der A/D-Wandlereinheit begrenzt, wobei aber ein gewisser meßtechnischer Sicherheitsabstand berücksichtigt werden sollte.

Das Mittel zum Wandeln der digitalen Signale in der Wandlervorrichtung ist beispielsweise ein Widerstandsnetzwerk, beispielsweise ein R2R- Widerstandsnetzwerk. Alternativ hierzu kann ein Parallelumsetzer auf Basis von Stromaddition oder auch ein Stufenwandler auf Basis eines Integrierers eingesetzt werden.

Das analoge Referenzsignal wird vorzugsweise durch einen analogen Referenzsignalgeber bereitgestellt. Als analoger Referenzsignalgeber dient in diesem Fall ein hochgenauer analoger Sensor.

Die erfindungsgemäße Wandlervorrichtung hat Mittel zum Wandeln mindestens eines übertragenen digitalen Signals in ein analoges Signal, wobei das analoge Signal Informationen zum Zeitpunkt des Beginns der Übertragung des mindestens einen digitalen Signals trägt. Die erfindungsgemäße Wandlervorrichtung kann in einem System zur synchronen Datenerfassung von analogen und digitalen Werten wie zuvor beschrieben eingesetzt werden. Die Wandlervorrichtung weist vorzugsweise ein Widerstandsnetzwerk zum Wandeln des mindestens einen übertragenen digitalen Signals in ein analoges Signal auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Wandlervorrichtung Mittel zum Wandeln einer Anzahl von über Datenstränge übertragenen digitalen Signalen in ein analoges Signal auf. Dieses trägt dabei Informationen zu den Zeitpunkten der Beginne der Übertragungen der digitalen Signale und zu den dafür genutzten Datensträngen. Mit einer solchen Wandlervorrichtung können gleichzeitig mehrere Sensoren überprüft werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur synchronen Datenerfassung von analogen und digitalen Werten kommt ein vorstehend beschriebenes System zum Einsatz. Bei dem Verfahren wird mindestens ein übertragenes digitales Signal von einer Wandlervorrichtung eingelesen, in ein analoges Signal gewandelt und ausgegeben. Der Verlauf des analogen Signals trägt Informationen zum Zeitpunkt des Beginns der Übertragung des mindestens einen digitalen Signals. Außerdem wird das mindestens eine übertragene digitale Signal von mindestens einer Schnittstelleneinheit empfangen und an eine elektronische Recheneinheit weitergeleitet. Das von der Wandlervorrichtung ausgegebene analoge Signal sowie ein analoges Referenzsignal werden von einer A/D- Wandlereinheit empfangen, die diese analogen Signale in digitale Auswertesignale wandelt und der elektronischen Recheneinheit zur Auswertung zur Verfügung stellt.

Zur Auswertung des mindestens einen digitalen Signals in der elektronischen Recheneinheit wird das mindestens eine digitale Signal, welches von der mindestens einen Schnittstelleneinheit zur Verfügung gestellt wird, mit dem analogen Referenzsignal unter Berücksichtigung des von der Wandlervorrichtung ausgegebenen analogen Signals verglichen.

Vorzugsweise werden bei der Auswertung Ergebnisse einer Vorabmessung berücksichtigt.

Zur Überprüfung einer Anzahl von digitalen Sensoren werden von der Wandlervorrichtung eine entsprechende Anzahl von digitalen Signalen, die jeweils über einen von mehreren Datensträngen eingelesen werden, in ein analoges Signal gewandelt. Das analoge Signal gibt Informationen zu den Zeitpunkten der Beginne der Übertragungen der digitalen Signale und zu den dafür genutzten Datensträngen. D. h. dem Signal ist zu entnehmen, wann über welche der Datenstränge eine Übertragung erfolgte.

Bevorzugt wird jedem der Datenstränge ein analoger Wert zugewiesen. So repräsentiert das von der Wandlervorrichtung ausgegebene analoge Signal zu jedem Zeitpunkt eine Summe der analogen Werte, über deren entsprechende Datenstränge die Übertragung einer Nachricht zu diesem Zeitpunkt erfolgt. Das analoge Signal signalisiert, wann die Übertragung einer Nachricht beginnt, unabhängig vom Nachrichteninhalt.

Ein erfindungsgemäßes Computerprogamm weist Programmcodemittel auf, um alle Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens durchzuführen. Dieses Computerprogramm wird auf der elektronischen Recheneinheit zur Ausführung gebracht.

Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt weist Programmcodemittel auf, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das vorstehend beschriebene Verfahren durchzuführen. Die Programmcodemittel sind auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert. Als geeignete Datenträger können EE-PROMS, Flashmemories, aber auch CD-ROMS, Disketten oder Festplattenlaufwerke verwendet werden.

Zeichnung

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems im Einsatz in schematischer Darstellung.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens im Flußdiagramm.

Fig. 3 bis 6 verdeutlichen anhand dargestellter Signalverläufe die Vorgehensweise beim erfindungsgemäßen Verfahren.

In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße System, insgesamt mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet, gezeigt. Weiterhin ist ein Drehtisch 11 dargestellt, der die Prüfumgebung darstellt.

Das erfindungsgemäße System 10 weist eine elektrische Einheit, in diesem Fall einen Personalcomputer (PC) 12, und eine Wandlervorrichtung 13 auf. In vorgesehene Steckplätze des PC 12 sind eine A/D-Wandler-Karte 14 und drei CAN- Schnittstellenkarten 15 eingesteckt.

Auf dem Drehtisch 11 sind ein analoger Referenzsignalgeber 16 und drei CAN-Sensoren 17 angeordnet. Pfeile in der Darstellung verdeutlichen den Datenfluß. Dabei repräsentieren durchgehende Pfeile analoge Werte und durchbrochene Pfeile digitale Werte.

Um die CAN-Sensoren 17 vergleichen zu können, benötigt man einen Referenzsignalgeber 16, dessen Signal einen genauen Wert des augenblicklichen Zustandes abbildet. In diesem Fall ist das ein teuerer aber genauer Sensor, der Referenzsignalgeber 16, der die Drehrate über eine analoge Spannung ausgibt. Bei Anwendungen von anderen CAN-Sensoren könnte dies aber auch ein hochgenauer Drucksensor oder Winkelgeber (Lenkwinkelsensor) sein.

Die Wandlervorrichtung 13 hat Mittel zum Wandeln der drei übertragenen digitalen Signale in ein analoges Signal und zum Ausgeben des analogen Signals. Die digitalen Signale bzw. die für die Übertragung genutzten Datenstränge werden durch Pfeile 18 kenntlich gemacht. Das ausgegebene analoge Signal ist durch einen Pfeil 19 wiedergegeben.

Zweckmäßigerweise umfaßt die Wandlervorrichtung 13 ein R2R- Widerstandsnetzwerk. Damit erfolgt in der Wandlervorrichtung eine Digital-Analog-Wandlung.

Das ausgegebene analoge Signal trägt Informationen zum Zeitpunkt des Beginns der Übertragung der drei digitalen Signale. Jeder der drei CAN-Sensoren 17 mißt zu bestimmten Zeiten die Drehgeschwindigkeit und gibt nach einer gewissen Zeit den Wert über den entsprechenden Datenstrang aus. Den über die Datenstränge übermittelten digitalen Signalen sind somit sowohl die ermittelten Meßwerte als auch die Zeitpunkte der Beginne der Übertragungen der Meßwerte zu entnehmen. Diese letztere Information wird von der Wandlervorrichtung 13 ausgewertet. Alle drei Datenstränge werden permanent ausgewertet und das Ergebnis als analoges Signal ausgegeben.

Die drei übertragenen digitalen Signale werden jeweils auch von den drei CAN-Schnittstellenkarten 15 empfangen und an den PC 12 weitergeleitet. Die A/D-Wandler-Karte 14 empfängt das von der Wandlervorrichtung 13 ausgegebene analoge Signal sowie ein analoges Referenzsignal des Referenzsignalgebers 16 und wandelt diese Signale in digitale Auswertesignale und stellt diese dem PC 12 zu Verfügung.

Der PC 12 führt somit alle Daten zusammen. Zuerst werden alle Daten aufgenommen, was zu einem hohen Datendurchsatz, in diesem Fall etwa 120 MB/min. führt. Nach der Aufnahme des dynamischen analogen Signals der Wandlervorrichtung 13 werden die Daten ausgewertet und ein Großteil der Daten verworfen. Der PC 12 berechnet abschließend das eigentliche Meßfile.

Die A/D-Wandlerkarte 14 erfaßt alle analogen Werte und stellt sie dem PC 12 zur Verfügung. Sie mißt erstens ein definiertes Referenzsignal, in diesem Fall ein hochgenaues analoges Drehratensignal, und zweitens das analoge Signal der Wandlervorrichtung 13. Beide Signale werden typischerweise mit hoher Abtastrate, beispielsweise 500 kHz, abgetastet und mit 16 Bit-Auflösung ausgegeben.

Die CAN-Schnittstellenkarten 15 emfangen die digitalen Signale der CAN-Sensoren 17 mit einem beliebigen Takt, typischerweise 20 ms. Der bei vielen Karten ermittelte Zeitstempel wird später zur Resynchronisation herangezogen.

Die Wandlervorrichtung 13 hört jeden Datenstrang mit und generiert bei Start einer Nachricht, d. h. bei Anliegen eines Signals, auf einem beliebigen Strang ein primäres digitales Busysignal. In diesem Fall wird in einem R2R- Widerstandsnetzwerk aus dem digitalen Signal ein Analogwert erzeugt. Als Ausgangssignal steht dann die Summe aller Analogwerte als analoges Busy-Summenspannungssignal zur Verfügung. Mit diesem Signal wird der Zeitpunkt des Beginns der Nachrichtenübertragung durch den Spannungssprung, d. h. die positive Flanke, zum Zeitpunkt tp dargestellt und die Information der Datenstrangnummer durch den jeweiligen Spannungshub.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens im Flußdiagramm.

In einem Schritt 20 werden von den drei digitalen CAN- Sensoren 17 drei digitale Signale erzeugt und ausgegeben. Zur gleichen Zeit wird in einem Schritt 21 von dem analogen Referenzsignalgeber 16 im selben Prüfstand ein analoges Referenzsignal erzeugt und ebenfalls ausgegeben.

Die drei digitalen Signale werden in einem Schritt 22 von den drei CAN-Schnittstellenkarten 15 eingelesen und in einem darauffolgenden Schritt 23 dem PC 12 zur Verfügung gestellt. Die im Schritt 20 erzeugten digitalen Signale werden ebenfalls an die Wandlervorrichtung 13 weitergeleitet und von dieser in einem Schritt 24 empfangen. In einem darauffolgenden Schritt 25 werden die digitalen Signale in der Wandlervorrichtung 13 gewandelt. Das ausgegebene analoge Signal signalisiert, wann die Übertragung einer Nachricht beginnt, d. h. ab wann das Signal anliegt, unabhängig vom Nachrichteninhalt. Anschließend wird das analoge Signal in einem Schritt 26 von der A/D-Karte 14 eingelesen und in einem Schritt 27 in ein digitales Auswertesignal gewandelt. Dieses digitale Auswertesignal wird dem Personalcomputer 12 in einem Schritt 28 zur Verfügung gestellt.

Zur gleichen Zeit wird das im Schritt 21 erzeugte analoge Referenzsignal an die A/D-Wandler-Karte 14 in einem Schritt 29 weitergeleitet und von dieser empfangen. In einem Schritt 30 wird dieses Signal in ein digitales Auswertesignal gewandelt. In einem folgenden Schritt 31 wird das digitale Auswertesignal dem PC 12 zur Verfügung gestellt. Der PC 12 wertet die empfangenen Auswertesignale in einem Schritt 32 unter Zuhilfenahme einer Vorabmessung aus.

Diese Vorabmessung ist eine sogenannte Dummy-Messung, die zu Beginn eines jeden Meßdurchgangs durchgeführt wird. Dabei werden die von den CAN-Schnittstellenkarten 15 erfaßten Zeitstempel mit denjenigen der A/D-Wandler-Karte verglichen. Die Zeitstempel der CAN-Schnittstellenkarten 15 werden zur Resynchronisation herangezogen. Da die Zeitstempel der CAN-Schnittstellenkarten 15 eine höhere Auflösung haben als die der A/D-Wandler-Karte 14, läßt sich dadurch eine genauere Bestimmung des Zeitpunktes der Messung bestimmen.

Fig. 3 bis 6 verdeutlichen die Vorgehensweise bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 3 ist mit 35 das analoge Referenzsignal des Referenzsignalgebers 16 und mit 36 das analoge Ausgangssignal der Wandlervorrichtung 13 bezeichnet. Ein Bereich 37 in Fig. 3 ist in Fig. 4 näher dargestellt.

Zu bestimmten Zeitpunkten werden von den CAN-Sensoren 17 Werte ermittelt und als Signale auf die Datenstränge gegeben. In Fig. 4 sind die Signale auf einem ersten CAN- Strang 40, einem zweiten CAN-Strang 41 und einem dritten CAN-Strang 42 dargestellt. Dem ersten CAN-Strang 40 ist der analoge Wert 10 mV, dem zweiten CAN-Strang 41 der Wert 20 mV und dem dritten CAN-Strang 42 der Wert 40 mV zugewiesen. Entsprechend zeigt der Verlauf 43 den Wert 10 mV während der Übertragung der Nachricht über den ersten CAN-Strang 40. Der zweite Verlauf 44 zeigt entsprechend den analogen Wert 20 mV während der Übertragung der Nachricht über den zweiten CAN-Strang 41. Entsprechend zeigt der dritte Verlauf 45 den analogen Wert von 40 mV während der Übertragung der Nachricht über den dritten CAN-Strang 42. Immer ab Beginn der Übertragung einer Nachricht liegt das entsprechende Signal an.

In der Wandlervorrichtung 13 werden nun diese analogen Werte zu jedem Zeitpunkt addiert. So ergibt sich ein analoges Signal 46, welches das Ausgangssignal der Wandlervorrichtung 13 darstellt. Dieses Summensignal wird zur Auswertung der empfangenen Daten im Personalcomputer 12 herangezogen.

Die Wandlervorrichtung 13 erzeugt somit ein sogenanntes Busy-Summensignal. Dieses ist mit 37 in Fig. 3 bzw. mit 46 in Fig. 4 dargestellt. Dieses Signal zeigt an, wann die Übertragung einer Nachricht beginnt, unabhängig vom Nachrichteninhalt. Um ein gleichzeitiges Bearbeiten paralleler Datenstränge, in diesem Fall CAN-Stränge 40, 41 und 42, zu ermöglichen, erhält jeder dieser Stränge eine analoge Wertigkeit.

Der Vorteil der geschilderten Technik besteht darin, daß man bezüglich des Synchronisationsfehlers nahe an den zeitlichen Fehler der Abtastrate der A/D-Wandler-Karte 14 herankommt. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auch die Synchronisierung mit Start einer CAN-Übertragung, während bekannte Verfahren auf das Ende einer CAN-Übertragung synchronisieren. Dies ist ein großer Nachteil, da die zeitliche Länge einer CAN-Nachricht abhängig vom Dateninhalt ist und somit der Dateninhalt einen Synchronisationsfehler erzeugt. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß dynamische Signaluntersuchungen mittels CAN-Sensoren 17 möglich werden.

Die Auswertung erfolgt im sogenannten Reprocess-Modus. Hierbei wird sich zu eigen gemacht, daß CAN-Sensoren sich vor dem Absenden einer Nachricht "relativ" vorhersehbar verhalten. Man weiß, daß ein analoger Wert 240 µs vor dem Absenden gemessen wird. Die Zeit von 240 µs braucht das Programm zur Ermittlung des endgültigen Wertes und stellt ihn zum Zeitpunkt tp auf den Bus. Kennt man den Zeitpunkt so kann man den Zeitpunkt tmess (tp - 240 µs) und den zugehörigen analogen Wert ermitteln.

Fig. 5 entspricht Fig. 3 und ist zur Verdeutlichung nochmals dargestellt. Mit 50 ist der Verlauf des Busy- Summenspannungssignals und mit 51 der Verlauf des analogen Referenzsignals dargestellt. Der Bereich 52 ist in Fig. 6 näher erläutert.

In Fig. 6 ist die Auswertung, die im Personalcomputer 12 durchgeführt wird, verdeutlicht. Wieder zu erkennen ist ein Verlauf 60 des analogen Signals, welches von der Wandlervorrichtung 13 ausgegeben wird. Dieses ergibt sich als Summe aus den nachfolgend aufgeführten Verläufen der einzelnen CAN-Stränge. Mit Hilfe des Signals 60 können die Zeitpunkte tp bestimmt werden.

Der erste CAN-Strang ist mit 61, der zweite CAN-Strang mit 62 und der dritte CAN-Strang mit 63 dargestellt. Da die Zeitdifferenz zwischen Messen tmess und dem Zeitpunkt tP bekannt ist, kann nun ermittelt werden, wann genau die CAN- Sensoren 17 die Werte gemessen haben. Diese Zeitdifferenz ist durch Pfeile 64 verdeutlicht.

Die Werte zu den Zeitpunkten tp lassen sich dann mit den entsprechenden Werten aus dem Signalverlauf 65 des analogen Referenzsignalgebers 16 vergleichen. Somit läßt sich das dynamische Verhalten der Sensoren im Betrieb zuverlässig ermitteln. Synchronisationsprobleme zwischen CAN-Buskarten und A/D-Wandlerkarten werden eliminiert. Zusammenfassend läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren folgendermaßen beschreiben:

Der PC 12 zeichnet während einer Messung das dynamische Referenzsignal und das analoge Busy-Summenspannungssignal auf. Gleichzeitig werden die Signale der CAN-Stränge 40, 41 und 42 inklusive Zeitstempel erfaßt. Zu Beginn jedes Meßdurchgangs wird auf jedem CAN-Strang eine Dummy-Messung, die Vorabmessung, durchgeführt, deren Zeitstempel zur Resynchronisation herangezogen wird. Dann wird die zu messende Dynamikfahrt durchgeführt.

Der Datendurchsatz ist von der jeweiligen Abtastrate und der Auflösung abhängig und beträgt in dem hier erläuterten Fall:

1 MHz.16 Bit = 2 MB/s.

Daraus folgt:

120 MB/min analoge Daten und 800 kB/min digitale Daten.

Nach der Messung werden im Reprocess-Modus aus dem Busy- Summenspannungssignal wieder die jeweiligen CAN- Strangzustände zu den verschiedenen Timequantas berechnet.

Mittels des Zeitstempels der zu Beginn durchgeführten Dummy-Messung und dem zugehörigen Signal des CAN-Strangs kann für den jeweiligen CAN-Strang eine Synchronisationsoffsetzeit berechnet werden. Womit jede empfangene digitale Nachricht dem jeweiligen Busysignal auf Analogebene zugeordnet werden kann.

Im nächsten Schritt wird für jede Nachricht der Zeitpunkt ermittelt, zu dem diese auf dem CAN-Strang erschien. Das Timequanta dessen CAN-Strang "high" anzeigt und bei dem die entsprechende Signalinformation auf dem CAN-Strang erscheint, ist der Triggerzeitpunkt tp. Relativ zu diesem Zeitpunkt wird der analoge Referenzwert ermittelt.

Die restlichen Referenzwerte werden verworfen. Somit steht jedem digitalen Wert ein analoger Wert in genauer zeitlicher Relation gegenüber. Der Synchronisationsfehler, der damit noch in die Messung einfließt, wird hauptsächlich durch die Abtastrate der A/D-Wandler-Karte 14 verursacht.

Parallele CAN-Stränge sind notwendig, um eine große Anzahl von Sensoren gleichzeitig zu vermessen. Auch haben die Sensoren oftmals zwingenderweise denselben Identifer und sind somit nie auf einem CAN-Bus betreibbar. Aber selbst wenn die Sensoren unterschiedliche Identifer hätten, könnten sie sich durch Arbitrierung beim Absenden gegenseitig behindern. Somit wäre keine "vorhersagbare" Signalermittlung möglich.

Kern der Erfindung ist, daß man den Datenverkehr des CAN- Busses auf einem Kanal der A/D-Wandler-Karte 14 abbildet.

Während einer Messung nimmt der PC 12 alle Daten auf und generiert danach im sogenannten Reprocess-Modus die für jeden Sensor gültigen analogen Referenzwerte. Mit diesen gemessenen Referenzwerten können dann z. B. Liniaritätsfehler, Empfindlichkeitsfehler und vor allem Hysteresefehler berechnet werden.

Das beschriebe Verfahren ist für alle Baudraten anwendbar. Es kann für alle digitalen Schnittstellen eingesetzt werden, ist also nicht auf den CAN-Bus beschränkt. Die eingesetzte Wandlervorrichtung 13 muß lediglich der jeweiligen Schnittstellenart angepaßt sein.


Anspruch[de]
  1. 1. System (10) zur synchronen Datenerfassung von analogen und digitalen Werten, mit

    einer Wandlervorrichtung (13), die Mittel zum Wandeln mindestens eines übertragenen digitalen Signals in ein analoges Signal und zum Ausgeben des analogen Signals aufweist, wobei das analoge Signal Informationen zum Zeitpunkt des Beginns der Übertragung des mindestens einen digitalen Signals trägt,

    mindestens einer Schnittstelleneinheit zum Empfangen des mindestens einen übertragenen digitalen Signals und Weiterleiten dessen an eine elektronische Recheneinheit,

    einer A/D-Wandlereinheit zum Empfangen des von der Wandlervorrichtung (13) ausgegebenen analogen Signals sowie eines analogen Referenzsignals, und zum Wandeln dieser Signale in digitale Auswertesignale und Bereitstellen dieser digitalen Auswertesignale für die elektronische Recheneinheit, die Mittel zum Auswerten der digitalen Auswertesignale hat.
  2. 2. System (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronische Recheneinheit ein Personal Computer (12) dient.
  3. 3. System (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schnittstelleneinheit eine Schnittstellenkarte und die A/D- Wandlereinheit eine A/D-Wandler-Karte (14) ist, die in dafür vorgesehene Steckplätze des Personal Computers (12) einsteckbar sind.
  4. 4. System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schnittstelleneinheit eine CAN-Schnittstelleneinheit ist.
  5. 5. System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Schnittstelleneinheiten vorgesehen sind, von denen jede ein übertragenes digitales Signal empfangen kann, und die Wandlervorrichtung (13) Mittel zum Wandeln einer entsprechenden Anzahl von über Datenstränge übertragenen Signalen in ein analoges Signal aufweist, wobei der Verlauf des analogen Signals Informationen zu den Zeitpunkten der Beginne der Übertragungen der digitalen Signale und zu den dafür genutzten Datensträngen trägt.
  6. 6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die A/D-Wandlereinheit eine 16-Bit- Auflösung hat.
  7. 7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Wandeln der digitalen Signale in der Wandlervorrichtung ein Widerstandsnetzwerk sind.
  8. 8. System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen analogen Referenzsignalgeber (16), der das analoge Referenzsignal bereitstellt.
  9. 9. Wandlervorrichtung (13) mit Mitteln zum Wandeln mindestens eines übertragenen digitalen Signals in ein analoges Signal, wobei der Verlauf des analogen Signals Informationen zum Zeitpunkt des Beginns der Übertragung des mindestens einen digitalen Signals trägt.
  10. 10. Wandlervorrichtung (13) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Widerstandsnetzwerk.
  11. 11. Wandlervorrichtung (13) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlervorrichtung (13) Mittel zum Wandeln einer Anzahl von über Datenstränge übertragenen digitalen Signalen in ein analoges Signal aufweist, wobei der Verlauf des analogen Signals Informationen zu den Zeitpunkten der Beginne der Übertragungen der digitalen Signale und zu den dafür genutzten Datensträngen trägt.
  12. 12. Verfahren zur synchronen Datenerfassung von analogen und digitalen Werten mit einem System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem

    mindestens ein übertragenes digitales Signal von einer Wandlervorrichtung (13) eingelesen, in ein analoges Signal gewandelt und ausgegeben wird, wobei der Verlauf des analogen Signals Informationen zum Zeitpunkt des Beginns der Übertragung des mindestens einen digitalen Signals trägt,

    das mindestens eine übertragene digitale Signal von mindestens einer Schnittstelleneinheit empfangen und an eine elektronische Recheneinheit weitergeleitet wird,

    das von der Wandlervorrichtung (13) ausgegebene analoge Signal sowie ein analoges Referenzsignal von einer A/D- Wandlereinheit empfangen werden, diese analogen Signale in digitale Auswertesignale gewandelt und an die elektronische Recheneinheit zur Auswertung weitergeleitet werden.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß von der elektronischen Recheneinheit zur Auswertung des mindestens einen von der mindestens einen Schnittstelleneinheit zur Verfügung gestellten digitalen Signals, dieses mit dem analogen Referenzsignal unter Berücksichtigung des von der Wandlervorrichtung (13) ausgegebenen analogen Signals verglichen wird.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung Ergebnisse einer Vorabmessung berücksichtigt werden.
  15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß von der Wandlervorrichtung (13) eine Anzahl von digitalen Signalen, die jeweils über einen von mehreren Datensträngen eingelesen werden, in ein analoges Signal gewandelt werden, wobei der Verlauf des analogen Signals Informationen zu den Zeitpunkten der Beginne der Übertragungen der digitalen Signale und zu den dafür genutzten Datensträngen trägt.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Datenstränge ein analoger Wert zugewiesen wird, von der Wandlervorrichtung (13) zu jedem Zeitpunkt ermittelt wird, über welche der Datenstränge ein digitales Signal eingelesen wird, zu jedem Zeitpunkt eine Summe der analogen Werte gebildet wird, über deren entsprechende Datenstränge zu diesem Zeitpunkt ein digitales Signal übertragen wird, und das von der Wandlervorrichtung ausgegebene analoge Signal zu jedem Zeitpunkt diese Summe repräsentiert.
  17. 17. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 16 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird.
  18. 18. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird.






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