電氣開關及其與外部裝置通信的方法與流程

2023-05-01 02:03:41

本發明涉及用於具有電動機的電器的電氣開關，還涉及一種用於該電氣開關與外部裝置通信的方法。

背景技術：
這樣的開關用在電器中，其中，所述電器優選能夠是具有電動機的電動工具，更確切地說是蓄電池式電動工具和/或電網供電式電動工具，尤其是電鑽、研磨機、電鋸、電刨、角度研磨機或類似物。然而所述電器還可以是家用電器，例如廚房用具、吸塵器或類似物。此類電氣開關具有兩個用於供給電壓、尤其是至蓄電池的電氣供電接頭以及兩個用於輸送電壓至電動機的電動機電氣接頭。此外，該開關還具有用於執行電器中控制過程的控制電子元件，例如微處理器、微控制器或類似物。電動工具的電動機例如能夠由控制過程以由用戶預選的轉速來運行，以便能夠以適合於工件的方式加工工件。電動工具中的控制電子元件通常藉助軟體來工作。在製造開關時，該控制電子元件配備相應的軟體。並未設置有軟體的後續修改和/或調整。

技術實現要素：
本發明所基於的任務是：通過如下方式進一步改進該電氣開關：可以事後配備軟體和/或事後修改軟體。尤其是應當可以用新的應用軟體從外部對電動工具開關進行編程。這尤其是意味著應當提供如下的技術可能性：電動工具開關中的微控制器的非易失性程序存儲器和/或數據存儲器能夠用新的內容、應用軟體或其它數據進行編寫。該內容應當在除了已經存在的接頭、即接頭蓄電池+、蓄電池-、電動機1以及電動機2以外儘可能無需另外附加電氣接頭的情況下從外部輸送到電動工具開關。此外，任務尤其是：針對所述問題情況尋找經濟的解決方案並且在下面進行描述。在這種類型的電氣開關中，該任務通過如下電器開關得到解決。也即，根據本發明的用於具有電動機的電器的電氣開關，具有兩個用於供給電壓的電氣供電接頭，具有兩個用於輸送電壓至所述電動機的電動機電氣接頭，並且具有位於該電氣開關內的用於執行所述電器中控制過程的控制電子元件，其中所述控制電子元件藉助軟體來工作。根據本發明，所述電氣開關內設有內部數據線，藉助該內部數據線在兩個電動機電氣接頭中的一個電動機電氣接頭和所述控制電子元件之間建立連接，設置用於在所述控制電子元件和外部裝置之間進行通信的外部數據線，並且所述兩個電動機電氣接頭中的所述一個電動機電氣接頭被用於所述外部數據線。在按照本發明的開關中，可設置用於在控制電子元件和外部裝置之間進行通信的數據線，其中，尤其是所述電動機電氣接頭之一用於該數據線。換句話說，在有相應需要時該數據線能夠為了在開關和外部裝置之間進行數據傳輸而連接到所述一個電動機電氣接頭上。由此，該控制電子元件能夠在需要時配備相應軟體，使得尤其是提供了用於與電動工具開關進行通信的、目的在於將軟體裝載到嵌入式微控制器中的方法。在簡單的拓展方案中提出：針對通過數據線的數據傳輸使用異步串行數據協議。所述電器是蓄電池式或電網供電式電動工具。所述蓄電池式或電網供電式電動工具是電鑽、研磨機、電鋸、電刨或角度研磨機。所述兩個電氣供電接頭能被用於向所述電器的蓄電池供給電壓。所述控制電子元件是微處理器或微控制器。此外，本發明提供了用於電氣開關與外部裝置通信的方法，所述電氣開關是用於具有電動機的電器的電氣開關，其中，所述開關具有兩個用於供給電壓的電氣供電接頭，所述開關具有兩個用於輸送電壓至所述電動機的電動機電氣接頭，其中在所述開關內設置用於執行電器中控制過程的控制電子元件，並且所述控制電子元件藉助軟體來工作。根據本發明，在所述電氣開關內設置內部數據線，以便藉助該內部數據線在兩個電動機電氣接頭中的一個電動機電氣接頭和所述控制電子元件之間建立連接，在所述開關上能連接外部數據線以用於在所述控制電子元件和所述外部裝置之間進行通信，並且所述兩個電動機電氣接頭中的所述一個電動機電氣接頭被用於所述外部數據線上的數據傳輸。該電氣開關具有藉助軟體來工作的控制電子元件，其中，用於在控制電子元件和外部裝置之間進行通信的數據線可連接到該開關上。在另一拓展方案中，所述外部裝置是編程器，其方式使得可用應用軟體對控制電子元件進行編程。優選地，所述電器是蓄電池式或電網供電式電動工具。所述蓄電池式或電網供電式電動工具可以是電鑽、研磨機、電鋸、電刨或角度研磨機。所述兩個電氣供電接頭能被用於向所述電器的蓄電池供給電壓。所述控制電子元件可以是微處理器或微控制器。該開關通常具有操作機構，所述操作機構用於開關所述電氣供電接頭之一上的接通觸頭。然後提出：在接通該接通觸頭時激活該控制電子元件。在此，必要時還能夠啟動應用軟體的流程(Ablauf)。適宜地，應用軟體存儲在該控制電子元件的程序存儲器中。在功能安全的拓展方案中，該控制電子元件具有引導裝載程序軟體(Boot-Loader-Software)，該引導裝載程序軟體用於用應用軟體對控制電子元件進行編程。然後一方面進一步提出：在操作操作機構並且程序存儲器中不存在應用軟體時直接執行存在的引導裝載程序軟體。另一方面，在操作操作機構並且程序存儲器中已經存在應用軟體時僅在存在有預定義條件的情況下才啟動存在的引導裝載程序軟體。該條件例如可以是：沒有電動機連接到電動機電氣接頭上或電氣供電接頭上的供電電壓處在特定值域內。在另一簡單但功能安全的拓展方案中，該引導裝載程序軟體能夠在其運行期間監視用於數據傳輸的電動機接頭的數據。所提供的串行輸入數據能夠由引導裝載程序軟體根據預給定協議收集。此外，輸出數據能夠由引導裝載程序軟體通過用於數據傳輸的電動機接頭串行發送。利用本發明獲得的優點尤其是在於：電氣開關、尤其是電動工具開關能夠在無軟體的情況下、更確切地說僅裝配引導裝載程序的情況下製成。由此的優點是：該軟體能夠事後根據客戶願望製作和修改。還能夠向客戶提供由較小的零件量組成的生產批次(Produktionslose)，客戶然後又自行通過用期望的應用軟體進行編程來構成變型(variantenbildung)。附圖說明具有不同改進方案和拓展方案的發明實施例在附圖中示出且在下文更詳細地描述。其中：圖1示意示出具有電氣開關的電動工具，其中，該電動工具的殼體局部剖示地示出；圖2示意示出與計算機相連的圖1電氣開關；圖3以原理框圖示出為DC(直流電流)電動機而構造的電氣開關；圖4示出用於數據傳輸的比特幀；圖5示出用於數據傳輸的命令響應幀；圖6示出用於數據傳輸的命令幀；圖7示出用於數據傳輸的響應幀。具體實施方式在圖1中可見具有電動機2的電動工具1，電動機2用於驅動工具3。在此，電動工具1可以是蓄電池式電動工具和/或電網供電式電動工具。例如在圖1中示出了蓄電池式電鑽作為電動工具1，它利用來自以蓄電池方式的移動式能量存儲器8的供電電壓來運行。當然，該電動工具1還可以是研磨機、電鋸、電刨、角度研磨機或類似物。在電動工具1的殼體4中設置具有開關殼體10的開關5。該開關5被容納在殼體4中，其方式使得開關5的可由用戶手動移動的操作機構6從該殼體4中伸出。該開關5具有接觸系統7，用於進行轉換的操作機構6作用於該接觸系統7，從而使來自能量存儲器8的用於電動工具1、更確切地說尤其是用於運行電動機2的供電電壓可由用戶藉助操作機構6接通和/或斷開。為此，該開關5具有兩個用於供給電壓至蓄電池8的電氣供電接頭11、12以及兩個用於輸送電壓至電動機2的電動機電氣接頭13、14。最後，該開關5包括用於控制和/或調節電動機2的電氣電路裝置和/或電子電路裝置。該電路裝置用作控制電子元件9，其例如用於與由用戶所移動的操作機構6的位置相應地設定和/或修改電動機2的轉速。該控制電子元件9包括微處理器、微控制器或類似物且適宜地位於開關殼體10中。該藉助軟體來工作的控制電子元件9還用於執行電動工具1中的控制過程。如已經所述的，該控制電子元件9中的控制過程用於操控電動機2。對此，該控制電子元件9藉助脈寬調製信號與由用戶藉助操作機構6所設定的轉速相應地運行電動機2。然而，在需要時，該控制電子元件9還能夠通過如下方式來執行另外的控制過程：在電氣開關5中、例如在控制電子元件9的程序存儲器16中存儲相應的軟體。在藉助操作機構6接通電氣供電接頭11、12之一上的接通觸頭7時激活控制電子元件9且必要時啟動相應應用軟體的流程。為了在電氣開關5中存儲相應軟體，也或為了傳輸另外的數據，在開關5中設置有數據線15』。電動機電氣接頭13、14之一用於該數據線15』，更確切地說，當前情況下是電動機接頭14，藉此，內部數據線15』在電動機接頭14和控制電子元件9之間建立連接。然後藉助內部數據線15』以及另一外部數據線15，使控制電子元件9和外部裝置17之間的通信成為可能，如在圖2中示出的。該外部裝置17當前是計算機，它用於從開關5中讀出數據、用於將數據寫入開關5和/或用於將相應軟體傳輸到電氣開關5上。因此，該計算機17能夠作為編程器使用，其方式使得可用應用軟體對控制電子元件9進行編程。出於簡單的拓展方案目的，可連接到開關5的電動機接頭14上的該數據線15構造成所謂的「單線連接」。然後，針對通過數據線15的數據傳輸，使用異步串行數據協議。該控制電子元件9能夠具有引導裝載程序軟體，該引導裝載程序軟體用於用應用軟體對控制電子元件9進行編程。在由用戶操作操作機構6並且程序存儲器16中不存在應用軟體時直接執行存在的引導裝載程序軟體。如果相反在程序存儲器16中已經存在應用軟體，那麼僅在存在有預定義條件的情況下才啟動存在的引導裝載程序軟體。該條件例如可以是：沒有電動機2連接到電動機電氣接頭13、14上，例如在圖2中參考仍未嵌入到電動工具1的殼體4中的電動工具開關5示出的。對此，另一預定義條件還能夠在於：電氣供電接頭11、12上的供電電壓位於特定的值域內。然後還能夠以簡單的方式用應用軟體對已經嵌入到電動工具1的殼體4中的電動工具開關5進行編程。該引導裝載程序軟體在其運行期間監視用於數據傳輸的電動機接頭14的數據。在此所提供的串行輸入數據由引導裝載程序軟體根據預給定協議收集。輸出數據由引導裝載程序軟體通過用於數據傳輸的電動機接頭14串行發送。可編程電動工具開關5的詳細拓展方案在圖3中可見。應當能夠通過編程器17(見圖2)從外部、即與交貨狀態相應地在密封(verschlossen)狀態下對該電動工具開關5進行編程。對此，需要使用開關5的四個接頭11、12、13、14，即蓄電池B+、蓄電池B-、電動機M1、電動機M2，而無須通過額外接頭來拓展這些接頭。在該小數量接頭可能性的情況下，使用串行協議用於數據傳輸。藉助該協議及額外的小軟體、所謂的引導裝載程序共同提供了如下可能性：從外部接收應用軟體和應用數據、將所述應用軟體和應用數據寫入非易失性存儲器16(見圖1)中且出於控制目的重新讀出所述應用軟體和應用數據。供電接頭：必須從外部向該微控制器9供給電流和電壓，供電接頭11(B+)和供電接頭12(B-)用於此目的。在電動工具開關5的內部無較大的電路花費和/或軟體花費(引導裝載程序)時，這兩個接頭11、12不能用於數據傳輸。因此，接頭11、12(B+和B-)繼續用作純粹的供電接頭。通信接頭：通過用於電動機2的順時針旋轉/逆時針旋轉(R/L)的內部轉換開關18，始終有兩個電動機接頭13、14之一與接頭11(B+)相連，更確切地說，當前兩個電動機接頭13、14之一是電動機接頭13(M2)。因此，僅剩餘的第二電動機接頭14(M1)仍作為通信接頭。用於操控電動機2的功率Mosfet19和用於測量電動機2的電動機電流的電阻20能夠用作微控制器9上的數據輸出端22(SO：串行輸出)和數據輸入端21(SI：串行輸入)的通信信道。因此，第二電動機接頭14(M1)和微控制器9之間的在開關5中已經存在的連接用作內部數據線15』。引導裝載程序的激活：通過按鈕6(設置點)，供電接頭12(B-)上的接通觸頭7能夠被閉合。由此電子元件9被激活且微控制器9被啟動。1a.如果程序存儲器16中不存在應用軟體，那麼已經存在的引導裝載程序軟體直接被執行。1b.然而如果程序存儲器16中已經存在應用軟體，那麼該應用軟體啟動且預定義條件用作啟動引導裝載程序的標準，例如沒有電動機2連接在電動機接頭13、14(M1和M2)上或供電電壓在特定的範圍內。2.該引導裝載程序在其數據輸入端21(SI)上監聽數據是否通過通信接頭14被提供。如果是這種情況，那麼它能夠根據特定協議來收集這些串行輸入數據且必要時通過數據輸出端22(SO)串行發送輸出數據。串行數據傳輸：按照圖2，在電動工具開關5和從外部連接的編程器17之間進行串行通信。為了使串行通信順利地運轉，該通信遵循預給定協議。串行數據傳輸能夠是異步或同步的。使用異步數據傳輸。因為僅存在通信線15，所以該時鐘(Takt)作為時幀由編程器17預給定且該編程器17和引導裝載程序在該時間窗內進行通信。因此，雖然是異步數據傳輸，在發送器(編程器17)和接收器(電動工具開關5)之間仍實現同步。數據傳輸頻率容差：這樣的做法的優點在於：相對於例如RS232接口情況下約為±3%的容差範圍，編程器17和電動工具開關5的同步允許較大的容差範圍，約為±10%。因此，該優點有特別積極的影響，這是因為出於商業原因在微控制器9中僅能夠使用便宜RC振蕩器，它雖然幾乎不能滿足±3%的精確性，但是具有約為±10%的精確性。由此，如同在傳統異步數據傳輸情況下，發送器和接收器彼此間的調諧不是必需的。因此，引導裝載程序軟體能夠更簡單地、也就是說更節省存儲器地得到開發。各個比特的傳輸(比特幀)：數據的各個比特從編程器17傳輸至電動工具開關5以及又傳輸回去以時分復用方法進行，且因此是雙向的。該時幀表示為在圖4中示出的比特幀23。與圖4相應地，待傳輸的比特由編程器17通過時鐘比特(Clock，時鐘)導入，接著是來自編程器17的數據比特(主，Host)且之後向引導裝載程序提供一個比特長度的時隙供使用，以便在其側將比特(設備)發送給編程器17。反向的時鐘比特(Stop，停止)結束該時幀23。命令和響應的傳輸：按照圖5，命令響應幀24(Command-Response-Frame)由24個比特幀23組成。該命令響應幀24根據通信方向分成命令幀和響應幀。命令：根據圖6的命令幀25包含所有24個主比特，這些主比特分成16比特長的數據字(比特23-比特8)和8比特長的命令字節(比特7-比特0)。命令可以是對非易失性程序存儲器和/或數據存儲器16進行讀取、刪除和寫。響應：響應幀26包含所有的設備比特，這些設備比特分成16比特長的數據字(比特23-比特8)和8比特長的響應字節(比特7-比特0)。命令之後是相應的響應，更確切地說命令之後讀取存儲器內容以及刪除命令和寫命令之後是確認。通信和編程：因此，藉助所述方法存在如下可能性：由編程器17向電動工具開關5或向其微控制器9發送命令。因此，該編程器17能夠將電動工具開關5置於如下狀態：引導裝載程序通過微控制器9被激活且等待命令。編程器17和開關5之間的通信由編程器17發起。在第一命令幀25的傳輸期間，引導裝載程序以空的響應幀26響應。現在將另外的命令幀25發送給開關5的同時，該引導裝載程序現在能夠針對相應先前的命令將響應打包到響應幀26中。現在該編程器17能夠繼續處理這些響應、對此作出反應且又向引導裝載程序發送新的命令。因此，微控制器9的非易失性存儲器16能夠被讀出、刪除且用新的內容、即應用軟體和/或應用數據進行編寫。本發明不僅適合於直流電壓(DC)電動工具，而且適合於包含用於控制的微控制器的交流電壓(AC)電動工具。電網饋電的這種AC電動工具針對藉助相位截止控制(Phasenanschnitt-Steuerung)和/或相位反向截止控制(Phasenabschnitt-Steuerung)的轉速設定來工作。此外，本發明參考電動工具進行闡述，但並不限於所述的和示出的實施例。而是本發明還包括通過權利要求所限定的本發明範圍內的所有專業的改進方案。因此，這樣的具有編程接口的電氣開關還能夠應用在另外的電器中，例如應用在家用電器、園用工具或類似物上。參考標記列表1：電動工具2：電動機3：工具4：(電動工具的)殼體5：開關/電動工具開關6：操作機構/按鈕7：接觸系統/接通觸頭8：能量存儲器/蓄電池9：控制電子元件/電子元件/微控制器10：開關殼體11、12：供電接頭/接頭13、14：電動機接頭/接頭/通信接頭15、15』：數據線16：程序存儲器/存儲器/程序存儲器和/或數據存儲器17：外部裝置/編程器18：轉換開關19：功率Mosfet20：電阻21：數據輸入端22：數據輸出端23：比特幀/時幀24：命令響應幀25：命令幀26：響應幀