BUS DE SENSORES ANALÓGICO.

La presente invención se refiere a un sistema de bus de comunicación analógica a través del cual se conecta un sistema de medición común a una pluralidad de sensores pasivos. La conexión física del bus analógico se realiza sólo con dos cables. En el campo de la electrónica, existen sensores que son simplemente transductores, que están opcionalmente dotados de circuitos pasivos simples (por ejemplo, filtros), y otros sensores más sofisticados están dotados de circuitos lógicos adicionales adaptados, por ejemplo, para formatear y comunicar las señales de un modo adecuado. Tales circuitos de comunicación adicionales deben recibir una alimentación eléctrica. En el presente documento, el término sensores pasivos hace referencia a sensores que no están dotados de ninguna lógica de comunicación. Los transductores se pueden basar en diferentes principios físicos para traducir la variable física medida en el valor de un parámetro eléctrico. Los transductores más comunes pueden convertir cantidades físicas en: valores de voltaje (termopilas, fotodiodos utilizados en modo voltaje, células solares y sensores magnéticos basados en el efecto Hall), valores de resistencia (resistencias dependientes de la temperatura como los NTC o PT1000, transductores de humedad relativa), valores de corriente (fotodiodos utilizados en modo corriente), valores de capacidad (sensores de posición, sensores de nivel, sensores táctiles, sensores de presión) y valores de inductancia (sensores de posición). Es habitual en el campo de los sistemas de control electrónico conectar una pluralidad de sensores pasivos a un sistema común de control/medida. Esto se puede conseguir fácilmente conectando cada sensor al sistema de control/medida con un cableado cuyo número de conductores sea elevado. De hecho, este número es normalmente proporcional al número de sensores conectados, 2xn, como por ejemplo se ilustra en la arquitectura de la Fig. 1, donde n es el número de sensores utilizado. Además, con estas arquitecturas, cuando los sensores se deben conectar, de manera que puedan ser posteriormente desconectados, al sistema de control/medida, por ejemplo en el caso de una sonda múltiple de temperatura, el conector debe tener un número de polos igual al número de cables de conexión, lo cual requiere el uso de conectores complejos y costosos. Cuando el número de conexiones y cables debe minimizarse, por ejemplo para reducir el coste, la complejidad u por otras limitaciones técnicas, se puede utilizar la arquitectura de buses de comunicación conocida con un número reducido de cables. Estas arquitecturas se basan típicamente en sistemas de redes de comunicación digitales conocidos como buses de campo. Dentro de esta categoría existen los buses de comunicación que incluyen circuitos adicionales, conectados a los sensores mediante tres cables físicos, por ejemplo los buses de transmisión en serie Semi Dúplex". En los buses Semi Dúplex, un cable transmite la señal de referencia (GND) y los demás transmiten la alimentación de potencia y los datos suministrados por los circuitos en formato digital, y utilizando un protocolo serie. En otras arquitecturas menos sofisticadas, es posible conectar sensores pasivos por medio de una línea de transmisión de dos cables demultiplexados, que en cualquier caso requiere un circuito de alimentación de potencia y una cantidad relativamente grande de cables para conectar la lógica del demultiplexor, a los sensores individuales. También son conocidas soluciones que emplean únicamente un cable físico para conectar dispositivos lógicos de la misma red, como por ejemplo el bus de campo Dallas-Maxim, o el bus I2C. Con relación a los esquemas de comunicación, son conocidas en la técnica esquemas/métodos que permiten a los sensores conectados intercambiar datos por un canal de bus de comunicación común (métodos de comunicación por bus) como: Multiplexado de dominio de tiempo compartido (TDM), en el que cada sensor individual se comunica con la unidad de control común a través del canal de comunicación durante una ranura de tiempo definida de la trama de comunicación, como se describe en US 4818994; y Multiplexado de dominio de frecuencia compartido (FDM), en el que cada sensor se comunica utilizando una banda de frecuencia específica, como se describe en US 5200930. El esquema FDM hace los sensores indistinguibles a través de la banda de frecuencias de trabajo, debido a que cada sensor está conectado de manera lógica con circuitos resonantes activos incluyendo osciladores de pulsos que modulan las señales del sensor. Cada oscilador de pulsos está integrado con su sensor y oscila con una frecuencia de resonancia específica, debidamente espaciada en la banda de frecuencias. El dispositivo integrado está conectado al bus de comunicación. Multiplexado de dominio de código (CDM), donde se emplean sensores conectados al mismo canal de comunicación que se comunican digitalmente, de modo que cada sensor incluye circuitos digitales que 2   generan un código digital que es ortogonal a los códigos generador por los otros sensores, evitándose errores de transmisión. También se pueden utilizar combinaciones de los métodos anteriores para mejorar el funcionamiento. También son conocidos métodos de comunicación inalámbricos, que requieren complejos circuitos de comunicación. Sin embargo, todos estos métodos mencionados requieren una arquitectura distribuida de sensores equipados con algún tipo de inteligencia, circuitos lógicos electrónicos como microcontroladores, temporizadores y moduladores. Estos circuitos están adaptados para medir las señales eléctricas generadas en el sensor y para traducirlas a forma digital codificada, adecuada para su transmisión a través del canal de comunicación. Esto requiere también el uso de sensores inteligentes junto con circuitos de alimentación de potencia, lo que eleva aún más el número de conexiones físicas a utilizar. Además, cuando tales sensores inteligentes tienen que situarse en un entorno hostil en el que, por ejemplo, la temperatura se eleva por encima de la temperatura máxima que permiten los dispositivos (inteligentes) de silicio (que está alrededor de 85º para un IC normal), no es posible aplicar ninguna de las arquitecturas y métodos de comunicación antes mencionados sin un gran impacto en el coste. Por el contrario, si se utilizan sensores pasivos, los cuales permiten aumentar la temperatura del entorno de operación por encima de los límites admitidos por los dispositivos inteligentes, se solucionan estos problemas. El documento WO 00/23146 describe un montaje de sensor dual dotado de diodos de silicio en paralelo con sensores resistivos. Los diodos están dispuestos según una configuración inversa. La polaridad del voltaje se invierte periódicamente para conmutar al otro sensor. También es obvio a partir de la ley de Ohm que cuando se utiliza una pluralidad de sensores pasivos sencillos, no es posible aplicar ninguno de los métodos y arquitecturas anteriores para identificarlos unívocamente. Por ese motivo, es necesario introducir otros circuitos pasivos en la arquitectura del sistema. Por último, al tratar con los sensores pasivos, el menos número de conexiones/cables para definir un canal de comunicación es dos. En este caso, la información "disponible" en los sensores pasivos debe ser leída selectivamente por del sistema común de control/medida a través del canal de comunicación, que define un bus de comunicación analógica de dos cables. A diferencia de los sensores pasivos, el sistema de control/medida se puede ubicar en un entorno/posición adecuado. Por tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un método barato de leer sensores pasivos conectados a un bus de comunicación hecho de dos cables físicos, y familias de arquitecturas de bus a los que tal método es aplicable, y que no presenten los inconvenientes de la técnica anterior. En consecuencia, los dispositivos de la presente invención y el método de la misma permiten la conexión y comunicación de una pluralidad de sensores pasivos a un sistema común de control/medida a través de un bus de comunicación analógico hecho de dos cables físicos. Otro aspecto de la presente invención es proporcionar un método de medida selectivo de elementos de impedancia variable incluidos en arquitecturas de circuitos no lineales y conectados a un sistema común de medida por medio de una conexión de dos cables, y arquitecturas relacionadas. Otras características y ventajas de la presente invención serán evidentes para un experto en la materia a partir de la siguiente descripción detallada leída a la luz de las figuras adjuntas, en las que: - La Figura 1 es un ejemplo de conexión de los sensores comunes a un sistema de control/medida común conocido en la técnica; - La Figura 2 es un primer ejemplo... [Seguir leyendo]

1. Aparato para la adquisición de señales generadas por una pluralidad de sensores (A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O) pasivos, definiendo dichos sensores pasivos un circuito (NL, NL1, NL2, FNL1, FNL2) no lineal conectado a un sistema (uC) común de medida/control a través de una conexión cableada física, estando formada la conexión cableada sólo por dos cables (W1, W2), caracterizado porque la pluralidad de sensores pasivos es una pluralidad de más de dos sensores (A, B, C) pasivos, y porque el aparato comprende además medios para dotar al circuito no lineal de una pluralidad de más de dos niveles de voltaje de polarización o medios para aplicar señales de amplitud variable que cubren dichos niveles de voltaje de polarización, o un generador AC (I2) que suministra al circuito no lineal corrientes alternativas a diferentes frecuencias de activación. 2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque los sensores (A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O) pasivos contienen sólo dispositivos analógicos. 3. Aparato de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque los sensores pasivos están conectados directamente a los cables físicos (W1, W2). 4. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cuando el aparato comprende medios para suministrar al circuito no lineal una pluralidad de más de dos niveles de voltaje de polarización o medios para aplicar señales de amplitud variable que cubren los mismos niveles de voltaje de polarización, también incluye un generador (I1, I01, CC, OSC) para la activación selectiva de los sensores pasivos, siendo dicho generador preferiblemente un generador (I2) de pequeña señal. 5. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye un sensor pasivo dotado de diodos de unión (D1, D2, D3, D4, D3A, D4A) y/i diodos Zener (DZ1, DZ2). 6. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque al menos un sensor pasivo (J, K, L) está asociado con una frecuencia característica (Fc0, Fc1, Fc2). 7. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque al menos un sensor pasivo es un circuito (M, N, O) resonante asociado a una frecuencia (FRO, FR1, FR2) de resonancia. 8. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los sensores pasivos incluyen transductores resistivos (R1, R2, R3, R4, R5, sensor RDT 1, sensor RDT 2, sensor RDT 3, sensor RTD 0, sensor RTD 1, sensor RTD 2, RTD 0, RTD 1, RTD 2). 9. Aparato de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque es una sonda para carne adecuada para medir temperaturas en diferentes lugares y adaptada para su uso en un horno doméstico. 10. Aparato de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el generador es un oscilador (Osc) para la activación selectiva de los sensores pasivos (J, K, L, M, N, O). 11. Método para leer una pluralidad o más de dos sensores pasivos, conectados a un sistema común de control/medida a través de una conexión física hecha de dos cables, definiendo dichos sensores pasivos un circuito no lineal, caracterizado porque el método comprende un paso de activación selectiva de el/los sensor/sensores pasivo/pasivos mediante el suministro al circuito no lineal de una pluralidad de más de dos niveles de voltaje de polarización o aplicando señales de amplitud variable que cubren los mismos niveles de voltaje, o con corrientes alternativas a diferentes frecuencias de activación, un paso de medida de los parámetros eléctricos del circuito no lineal (NL, NL1, NL2, FNL1, FNL2), y un paso de cálculo. 12. Método de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque cuando se lleva a cabo el paso de activación selectiva mediante el suministro al circuito no lineal de una pluralidad de más de dos niveles de voltaje de polarización, el nivel de voltaje de polarización es una señal de voltaje escalonada. 13. Método de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque cuando el paso de la activación selectiva es efectuado mediante el suministro al circuito no lineal aplicando señales de amplitud variable que cubren los mismos niveles de voltaje de polarización, las señales de amplitud variable es una señal de voltaje monotono. 14. Método de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque la señal monotono es generada por un componente (CC) reactivo durante su transitorio de carga y/o descarga. 15. Método de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque cuando el paso de la activación selectiva es efectuado mediante el suministro al circuito no lineal de corrientes alternativas dotadas de diferentes frecuencias de activación, al menos uno de los valores de frecuencia FOsci (i=0...n-1) comprende preferiblemente porciones planas (FL0, FL1, FL2) de una curva característica.   16. Método de acuerdo con la reivindicación 145, caracterizado porque dicha señal de frecuencia tiene una frecuencia igual o cercana a al menos una de las frecuencias (FRO, FR1, FR2) de resonancia del circuito no lineal o al menos una de las frecuencias características (Fc0, Fc1, Fc2) del circuito no lineal. 17. Método de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque el paso de medida comienza cuando se identifica una frecuencia (FRO, FR1, FR2) de resonancia. 18. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11-17, caracterizado porque el paso de medida está en sincronismo con la activación selectiva del sensor/sensores pasivo/pasivos. 19. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11-18, caracterizado porque el paso de cálculo se lleva a cabo utilizando una entrada de medidas tomadas en uno de los pasos precedentes. 11   12   13   14     16