Captador activo de energía de bus de comunicaciones para un sistema de comunicación de señal diferencial.

Un sistema de comunicación de señal diferencial equilibrada que tiene al menos dos líneas de datos (S+,

S-) que conectan múltiples nodos (11a, 11b, ... 11n) en serie, en el que cada nodo (11a, 11b, ... 11n) comprende un generador (21) de señal para aplicar señales a dichas líneas de datos (S+, S-) que producen un voltaje diferencial controlable a través de dichas líneas de datos (S+, S-),

un receptor (23) acoplado a dichas líneas de datos (S+, S-) para detectar dicho voltaje diferencial, un dispositivo (34) de almacenamiento recargable acoplado a dichas líneas de datos (S+, S-) para recibir energía eléctrica desde dichas líneas de datos (S+, S-) para cargar dicho dispositivo (34) de almacenamiento, al menos un dispositivo (40) acoplado a dicho dispositivo (34) de almacenamiento para recibir energía eléctrica desde dicho dispositivo (34) de almacenamiento, y

un convertidor (33) controlable que acopla dichas líneas de datos (S+, S-) a dicho dispositivo (34) de almacenamiento para controlar la carga de dicho dispositivo (34) de almacenamiento con energía capturada desde dichas líneas de datos (S+, S-),

en el que dicho generador (21) de señal genera señales para su transmisión a otros nodos (11a, 11b, ... 11n) acoplados a dichas líneas de datos (S+, S-) para estimular dichos otros nodos (11a, 11b, ... 11n) para generar señales para su transmisión a través de dichas líneas de datos (S+, S-), para proporcionar energía adicional que será capturada por dicho convertidor (33) desde dichas líneas de datos (S+, S-).

Captador activo de energía de bus de comunicaciones para un sistema de comunicación de señal diferencial Campo de la invención

La presente invención se refiere, en general, al suministro de energía a dispositivos acoplados a un sistema de comunicación de señal diferencial mediante la captación de energía eléctrica desde las líneas de datos del sistema de comunicación.

Antecedentes

Los sistemas de comunicación de señal diferencial son de uso generalizado. Por ejemplo, RS-485 es un sistema de comunicación digital serie, bien conocido, que usa señales diferenciales equilibradas para la comunicación con ordenadores y otros dispositivos. RS-485 permite que múltiples dispositivos mantengan una comunicación "semidúplex" a través de un único par de cables, más un hilo de tierra, a través de largas distancias. Tanto la longitud de la red como el número de nodos pueden ser extendidos fácilmente usando una diversidad de diferentes productos repetidores fácilmente disponibles. Las propiedades de las señales diferenciales proporcionan alta inmunidad al ruido y capacidades de comunicación a larga distancia.

RS-485 es el estándar de comunicación más versátil en las series estándar definidas por la EIA, ya que funciona bien para conectar equipos terminales de datos (Data Terminal Equipment, DTE) directamente sin necesidad de módems, para conectar varios DTE en una estructura de red, para comunicarse a largas distancias, y para comunicarse a altas velocidades de comunicación. En la actualidad, RS-485 es una interfaz de comunicación ampliamente usada en aplicaciones de adquisición de datos y de control, donde múltiples nodos se comunican entre sí. Las señales RS-485 son flotantes, transmitiéndose cada señal a través de una línea S+ y una línea S-. El receptor RS-485 compara la diferencia de voltaje entre las dos líneas, en lugar del nivel absoluto del voltaje en una única línea.

Frecuentemente, se prefieren las interfaces RS-485 para aplicaciones de control y adquisición de datos, ya que RS-485 tiene capacidad para interconectar múltiples transmisores y receptores en la misma red. Las entradas de alta resistencia de RS-485 permiten el uso de un gran número de nodos, y pueden usarse repetidores RS-485 para aumentar todavía más el número de nodos. La descripción de los documentos WO 28/11894 A1 y US 27/168596 A1 puede ser útil para comprender la presente invención.

Breve sumario

La presente descripción proporciona un sistema de comunicación de señal diferencial equilibrada según la reivindicación 1, así como un procedimiento para captar energía eléctrica desde dicho un sistema según la reivindicación 1.

Una implementación incluye un microcontrolador acoplado al convertidor controlable y que produce una señal de control que afecta a la cantidad de energía capturada desde las líneas de datos por el convertidor; un multiplexor acoplado entre el microcontrolador y el convertidor y que tiene un par de terminales de entrada para recibir un par de señales de entrada, un terminal de salida, y una entrada de control para recibir una señal de control desde el microcontrolador para seleccionar qué señales de entrada se incluyen en la señal de salida producida en el terminal de salida, en el que una de las entradas recibe la señal de control producida por el microcontrolador; y una fuente de un voltaje de referencia fijo acoplada a la otra de entre las entradas al multiplexor. El microcontrolador puede estar programado para enviar mensajes a través de las líneas de datos a otros nodos acoplados a las líneas de datos, para hacer que los otros nodos respondan a los mensajes a través de las líneas de datos, y el convertidor captura energía desde las respuestas para recargar el dispositivo de almacenamiento.

Una realización incluye un sensor acoplado a las líneas de datos para detectar la diferencia de voltaje entre las líneas de datos y suministrar una señal que representa la diferencia de voltaje al microcontrolador, y un microcontrolador está programado para usar la señal que representa la diferencia de voltaje para determinar una carga que puede ser impuesta a las líneas de datos sin interferir con las comunicaciones en las líneas de datos. Preferiblemente, el convertidor es controlable para variar la carga que el convertidor impone a las líneas de datos, de manera que la carga no interfiera con la comunicación a través de las líneas de datos.

Breve descripción de los dibujos

La invención puede entenderse mejor con referencia a la descripción siguiente, considerada en conjunción con los dibujos adjuntos, en los cuales:

La Fig. 1 es un diagrama de bloques de un sistema de comunicación RS-485 que incluye múltiples nodos y un dispositivo de captación de energía para captar energía eléctrica desde las líneas de datos del bus.

La Fig. 2 es un diagrama de bloques de uno de los nodos en el sistema de la Fig. 1.

La Fig. 3 es un diagrama de flujo de un programa ejecutado por el microcontrolador en el nodo de la Fig. 2 para controlar la captación de energía eléctrica desde el bus.

La Fig. 4 es un diagrama de flujo de un programa ejecutado por el microcontrolador en el nodo de la Fig. 2 para controlar la mensajería de radio/de bus.

Descripción detallada

Aunque la invención se describirá con relación a ciertas realizaciones preferidas, se entenderá que la invención no está limitada a esas realizaciones particulares. Por el contrario, la invención pretende cubrir todas las alternativas, modificaciones y disposiciones equivalentes que puedan estar incluidas dentro del espíritu y el alcance de la invención, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Con relación a los dibujos, la Fig. 1 es un diagrama de bloques funcional de un sistema de comunicación RS-485 que incluye un bus 1 diferencial que está formado por un par de líneas de datos S+ y S-, y múltiples nodos formados por los dispositivos 11a, 11b... 11 n acoplados al bus 1 en diferentes puntos a lo largo de la longitud del bus. Un canal de comunicación RS-485 puede ser compartido por múltiples receptores y múltiples emisores. En la realización ilustrativa, el bus 1 está terminado con las resistencias R1 y R2 en los extremos opuestos, y un voltaje de polarización es suministrado a un extremo del bus desde una fuente 12 a través del divisor de voltaje formado por un par de resistencias R3 y R4 en combinación con la resistencia R1 de terminación. Para altas velocidades de bits y largos tendidos de cable, las resistencias de terminación son necesarias en ambos extremos del bus 1 para eliminar las reflexiones, pero no en los puntos de caída a lo largo del bus. Las altas velocidades de bits son posibles debido a que la transición entre el lógico y el 1 lógico es sólo de unos pocos cientos de milivoltios, y los controladores RS-485 disponibles en la actualidad pueden conseguir velocidades de bits de al menos 35 mbps.

Aunque la Fig. 1 ilustra un bus RS-485 multipunto, de dos hilos, se entenderá que una red RS-485 puede ser conectada también en un modo de cuatro hilos, usando cuatro hilos de datos y un hilo de tierra de señal adicional. En una red de cuatro hilos, un nodo es un nodo maestro y todos los demás son nodos esclavos. La red está conectada de manera que el nodo maestro se comunica con todos los nodos esclavos, y todos los nodos esclavos se comunican sólo con el nodo maestro. Debido a que los nodos esclavos nunca escuchan otra respuesta de un esclavo al maestro, un nodo esclavo no puede responder incorrectamente a otro nodo esclavo. Los sistemas RS- 422 usan también señales diferenciales equilibradas, con un par de hilos dedicado para cada señal, un par de transmisión, un par recepción y un par adicional para cada señal de negociación ("handshake")/control usada (si es necesario). En una red "de dos hilos", el transmisor y el receptor de cada dispositivo están conectados a un par trenzado. Las redes "de cuatro hilos" tienen un puerto maestro con el transmisor conectado a cada uno de los receptores "esclavos" en un par trenzado. Todos los transmisores "esclavos" están conectados al receptor "maestro" en un segundo par trenzado. En ambas configuraciones, los dispositivos son direccionables, lo que permite comunicaciones independientes con cada nodo.

La Fig. 2 es una ilustración más detallada de uno de los dispositivos 11 de nodo, que incluye un control 2 de carga de bus y comunicación y un sistema 3 de captación de energía, ambos de los cuales están acoplados a las dos líneas de datos S+ y S- del bus 1. Como es bien sabido, las líneas de datos S+ y S-tienen, preferiblemente, la forma de un par trenzado, para proporcionar inmunidad al ruido. El sistema 12 de captación de energía suministra... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de comunicación de señal diferencial equilibrada que tiene al menos dos líneas de datos (S+, S-) que conectan múltiples nodos (11a, 11b,... 11 n) en serie, en el que cada nodo (11a, 11b,... 11 n) comprende

un generador (21) de señal para aplicar señales a dichas líneas de datos (S+, S-) que producen un voltaje diferencial controlable a través de dichas líneas de datos (S+, S-),

un receptor (23) acoplado a dichas líneas de datos (S+, S-) para detectar dicho voltaje diferencial,

un dispositivo (34) de almacenamiento recargable acoplado a dichas líneas de datos (S+, S-) para recibir energía eléctrica desde dichas líneas de datos (S+, S-) para cargar dicho dispositivo (34) de almacenamiento,

al menos un dispositivo (4) acoplado a dicho dispositivo (34) de almacenamiento para recibir energía eléctrica desde dicho dispositivo (34) de almacenamiento, y

un convertidor (33) controlable que acopla dichas líneas de datos (S+, S-) a dicho dispositivo (34) de almacenamiento para controlar la carga de dicho dispositivo (34) de almacenamiento con energía capturada desde dichas líneas de datos (S+, S-),

en el que dicho generador (21) de señal genera señales para su transmisión a otros nodos (11a, 11b,... 11 n) acoplados a dichas líneas de datos (S+, S-) para estimular dichos otros nodos (11a, 11b,... 11 n) para generar señales para su transmisión a través de dichas líneas de datos (S+, S-), para proporcionar energía adicional que será capturada por dicho convertidor (33) desde dichas líneas de datos (S+, S-).

2. Nodo de sistema de comunicación de señal diferencial equilibrada según la reivindicación 1, que incluye un microcontrolador (22) acoplado a dicho convertidor (33) controlable y programado para producir al menos una de entre (1) una señal de control que afecta a la cantidad de energía capturada desde dichas líneas de datos (S+, S-) por dicho convertidor (33), y (2) mensajes a ser enviados a través de dichas líneas de datos (S+, S-) a otros nodos (11a, 11b,... 11 n) acoplados a dichas líneas de datos (S+, S) para hacer que dichos otros nodos (11a, 11b,... 11 n) respondan a dichos mensajes a través de dichas líneas de datos (S+, S-) de manera que dicho convertidor (33) puede capturar energía desde dichas respuestas para recargar dicho dispositivo (34) de almacenamiento.

3. Sistema de comunicación de señal diferencial equilibrada según la reivindicación 1, en el que dicho convertidor (33) controlable impone una carga CC-a-CC en dichas líneas de datos (S+, S-) a un nivel por defecto, y que Incluye circuitos de control para anular dicha carga a un nivel por defecto para aumentar la carga de CC-a-CC en dichas líneas de datos (S+, S-) para aumentar la velocidad de carga de dicho dispositivo (34) de almacenamiento.

4. Nodo de sistema de comunicación de señal diferencial equilibrada según la reivindicación 1, que incluye un microcontrolador (22) acoplado a dicho convertidor (33) controlable y que produce una señal de control que afecta a la cantidad de energía capturada desde dichas líneas de datos (S+, S-) por dicho convertidor (33).

5. Nodo de sistema de comunicación de señal diferencial equilibrada según la reivindicación 1, que incluye una fuente (12) de voltaje de polarización acoplada a dichas líneas de datos (S+, S-) para aplicar un voltaje de polarización a través de dichas líneas de datos (S+, S-).

6. Nodo de sistema de comunicación de señal diferencial equilibrada según la reivindicación 1, que incluye una fuente (12) de voltaje y resistencias (R1, R2) de polarización conectadas a través de dichas líneas de datos (S+, S- ) para mantener un flujo mínimo de corriente de polarización en dichas líneas de datos (S+, S) para la supresión de ruido.

7. Nodo de sistema de comunicación de señal diferencial equilibrada según la reivindicación 1, en el que dicho voltaje diferencial controlable tiene dos niveles diferentes, que representan los dos estados de una señal binaria transmitida a través de dicha línea de comunicación.

8. Nodo de sistema de comunicación de señal diferencial equilibrada según la reivindicación 1, en el que dicho convertidor (33) es controlable para variar la carga que dicho convertidor (33) impone a dichas líneas de datos (S+, S-), de manera que dicha carga no interfiera con la comunicación a través de dichas líneas de datos (S+, S-).

9. Nodo de sistema de comunicación de señal diferencial equilibrada según la reivindicación 2, que incluye un sensor acoplado a dichas líneas de datos (S+, S-) para detectar la diferencia de voltaje entre dichas líneas de datos (S+, S-) y suministrar una señal representativa de dicha diferencia de voltaje a dicho microcontrolador (22), y dicho microcontrolador (22) está programado para usar dicha señal que representa dicha diferencia de voltaje para determinar una carga que puede ser impuesta en dichas líneas de datos (S+, S-) sin interferir con las

comunicaciones en dichas líneas de datos (S+, S-).

1. Nodo de sistema de comunicación de señal diferencial equilibrada según la reivindicación 2, que incluye

un multiplexor (35) acoplado entre dicho microcontrolador (22) y dicho convertidor (33) y que tiene un par de terminales de entrada para recibir un par de señales de entrada, un terminal de salida, y una entrada de control para recibir una señal de control desde dicho microcontrolador (22) para seleccionar qué señales de entrada se incluyen en la señal de salida producida en dicho terminal de salida, en el que una de dichas entradas recibe dicha señal de control producida por dicho microcontrolador (22), y

una fuente (36) de un voltaje de referencia fijo acoplada a la otra de dichas entradas a dicho multiplexor (35).

11. Un procedimiento de captación de energía eléctrica desde un sistema de comunicación de señal diferencial equilibrada que tiene al menos dos líneas de datos (S+, S-) que conectan múltiples nodos (11a, 11b,... 11 n) que incluye un generador (21) de señal para aplicar señales a dichas líneas de datos (S+, S-) para producir un voltaje diferencial controlable a través de dichas líneas de datos (S+, S-), y un receptor (23) acoplado a dichas líneas de datos (S+, S-) para detectar dicho voltaje diferencial, en el que dicho procedimiento comprende

acoplar un dispositivo (34) de almacenamiento recargable a dichas líneas (S+, S-) de datos a través de un convertidor (33) controlable que carga dicho dispositivo (34) de almacenamiento con energía eléctrica capturada desde dichas líneas de datos (S+, S-),

acoplar al menos un dispositivo (4) a dicho dispositivo (34) de almacenamiento para recibir energía eléctrica desde dicho dispositivo (34) de almacenamiento, y

generar señales para su transmisión a otros nodos (11a, 11b,... 11 n) acoplados a dichas líneas de datos (S+, S-) para estimular dichos otros nodos (11a, 11b,... 11 n) para generar señales para su transmisión a través de dichas líneas de datos (S+, S-), para proporcionar energía adicional a ser capturada por dicho convertidor desde dichas líneas de datos (S+, S-).

12. Procedimiento según la reivindicación 11, que incluye la rectificación de la energía no CC extraída desde dichas líneas de datos (S+, S-), la imposición por parte de dicho convertidor (33) controlable de una carga CC-a- CC en dichas líneas de datos (S+, S-), y el control de dicha carga CC-a-CC para ajustar la velocidad de carga de dicho dispositivo (34) de almacenamiento sin Interferir con las comunicaciones en dichas líneas de datos (S+, S-).

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que dicha carga CC-a-CC es impuesta en dichas líneas de datos (S+, S-) a un nivel por defecto, y que Incluye anular dicha carga a un nivel por defecto para aumentar la carga CC-a-CC en dichas líneas de datos (S+, S-) para aumentar la velocidad de carga de dicho dispositivo (34) de almacenamiento.

14. Procedimiento según la reivindicación 11, que incluye producir una señal de control con un microcontrolador (22) acoplado a dicho convertidor (33) controlable que afecta a la cantidad de energía capturada desde dichas líneas de datos (S+, S-) por dicho convertidor (33).

15. Procedimiento según la reivindicación 11, que incluye enviar mensajes a través de dichas líneas de datos (S+, S-) a otros nodos (11a, 11b,... 11 n) acoplados a dichas líneas de datos (S+, S-) para hacer que dichos otros nodos (11a, 11b,... 11 n) respondan a dichos mensajes a través de dichas líneas de datos (S+, S-), en el que dicho convertidor (33) capturara energía desde dichas respuestas para recargar dicho dispositivo (34) de almacenamiento.