Brevet FR2674996A1 — publié le 19921009

SYSTEME D'ECHANGES DE DONNEES ENTRE POSTE CENTRAL ET STATIONS A DISTANCE La présente invention concerne l'échanges de données électroniques entre une station centrale et des stations éloignées distribuées autour de la station centrale. L'invention s'applique tout particulièrement (mais non exclusivement) dans le domaine de la gestion d'appareils électriques à l'intérieur d'une maison, d'un immeuble ou d'un groupe d'immeubles rapprochés. A titre d'exemple précis de domaines dans lesquels l'invention peut s'appliquer, on peut citer - toute la domotique, c'est-à-dire la gestion électronique automatisée des appareils électriques domestiques d'un appartement ou d'une maison (régulation de chaudières, ouvertures automatiques de volets ou portes de garages, allumage de lumières, surveillance d'intrusions, arrosage de jardin, etc.); - la gestion de lampes et batteries d'éclairage de secours, dans des immeubles ou groupes d'immeubles comportant un grand nombre de blocs d'éclairage de secours destinés à suppléer à l'éclairage normal en cas de panne du réseau d'alimentation électrique. Cette gestion inclut soit la commande soit le test des blocs de secours. D'autres exemples d'application pourraient être envisagés. L'invention part de la remarque que dans ce type d'application les appareils électriques à gérer sont tous raccordés directement à un réseau de distribution d'énergie électrique commun, et qu'on peut utiliser ce réseau pour transmettre les données à échanger, par exemple en utilisant une modulation de signal sur une fréquence porteuse superposée à la tension du réseau de distribution. On peut ainsi effectuer un échange de données entre une station centrale et des postes éloignés répartis autour de cette station centrale. Toutefois, on a constaté que si les distances entre la station centrale et les postes éloignés sont trop grandes la communication n'est pas bonne. En particulier, il y a un affaiblissement important des signaux de données. Cela est dû à la nature du réseau de distribution qui est conçu pour servir à la distribution d'énergie électrique mais qui n'est pas conçu pour servir de réseau de transmission d'informations. C'est pourquoi on propose selon la présente invention un nouveau système d'échanges de données entre une station centrale et des appareils dispersés, alimentés par un réseau de distribution d'énergie électrique, les informations transitant à travers le réseau lui-même; dans ce système, on prévoit que - un processeur de données est associé à chaque appareil, et un code d'identification est associé à chaque processeur, - les processeurs sont programmés pour pouvoir fonctionner soit en mode "normal" soit en mode "répéteur", en fonction d'un ordre reçu du réseau; - les processeurs fonctionnant en mode répéteur sont aptes à recevoir un message qui ne leur est pas destiné et à le réémettre amplifié;; - chaque processeur est apte, en mode normal ou en mode répéteur, à exécuter un ordre individuel reçu du réseau, lorsque cet ordre est accompagné du code d'identification correspondant à ce processeur. L'ordre reçu peut être notamment une demande d'informations relatives à ce processeur ou à l'appareil qui lui est associé, et le processeur est alors apte à transmettre ces informations. On peut envisager que le choix entre le mode normal et le mode répéteur pour un processeur donné soit effectué manuellement (par exemple par positionnement d'un commutateur lors de l'installation du système), mais la solution préférée selon l'invention est une solution automatique dans laquelle les processeurs qui doivent travailler en mode "répéteur" sont désignés par la station centrale en fonction des niveaux de signaux reçus par les processeurs. Pour cela, on prévoit de préférence un protocole d'échanges, destiné à établir la configuration du système, qui comprend les phases suivantes - la station centrale émet un signal de test à destination de tous les processeurs; tous les processeurs sont capables de recevoir et reconnaître ce signal, quel que soit le code d'identification des processeurs (le signal de test peut être par exemple précédé d'un code général auquel tous les processeurs répondent ou bien peut être précédé par un masquage de diffusion en mode écoute du bus dans le but de mettre en veille certain des processeurs). - les processeurs sont pourvus de moyens d'évaluation du niveau de signal qu'ils reçoivent; ils retransmettent une information dépendant de ce niveau; cette information est accompagnée de leur code d'identification, pour que la station centrale puisse identifier tous les processeurs qui auront reçu un signal suffisant; - parmi les processeurs qui ont reçu un niveau de signal suffisant, la station centrale désigne au moins un processeur particulier pour assumer la fonction de répéteur; elle émet un ordre de programmation en mode répéteur à destination de ce ou ces processeurs en les désignant par leur code; ces processeurs choisis se mettent en mode répéteur; les autres sont mis en attente jusqu'à la fin de la phase de configuration du système; - la phase de configuration est répétée à nouveau si nécessaire, et autant de fois qu'il est nécessaire la station émet à nouveau un signal de test à destination de tous les processeurs; ceux qui sont en attente ne réagissent pas; ceux qui sont en mode répéteur réémettent ce signal amplifié; les processeurs qui reçoivent alors un niveau de signal suffisant sont mis en attente sauf un ou plusieurs processeurs qui sont désignés par la station centrale pour être mis en mode répéteur, etc. Finalement, tous les processeurs qui ne sont pas en mode répéteur sont placés en mode normal. Lorsque tous les processeurs sont configurés, c'est-à-dire mis soit en mode normal soit en mode répéteur, le système peut fonctionner. La phase de configuration est terminée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un schéma bloc symbolique montrant une installation avec un poste central et plusieurs stations éloignées; - la figure 2 représente un schéma synoptique du poste central; - la figure 3 représente un schéma synoptique d'un processeur associé à un appareil; - la figure 4 représente schématiquement la configuration du système avec plusieurs processeurs fonctionnant en mode répéteur. L'installation selon l'invention est représentée symboliquement à la figure 1. Un poste central 10 contrôle plusieurs stations éloignées 12, pour émettre des instructions vers ces stations et pour recevoir d'elles des informations. Les stations éloignées comportent chacune un appareil électrique alimenté par un réseau de distribution d'énergie électrique 14. Selon l'application, les appareils sont par exemple des appareils domestiques (détecteurs d'intrusion, lampes, volets actionnés par des moteurs, appareils de chauffage, etc.) ou des blocs d'éclairage de secours autonomes comportant une lampe de secours, une batterie de secours et un chargeur de batterie connecté au réseau. Dans l'application "blocs d'éclairage de secours", le poste central va servir surtout à effectuer un contrôle à distance de l'état des batteries, et on adjoindra donc en principe à chaque appareil éloigné des moyens pour mesurer l'état de charge des batteries. La transmission d'ordres et de données entre le poste central et les appareils éloignés se fait uniquement à partir du réseau de distribution d'énergie électrique et non pas à travers une ligne de transmission réservée à la circulation des informations. Cependant, si une ligne de transmission réservée à la circulation des informations existe, on peut aussi l'utiliser à cette fin. Les information sont transmises sur le réseau par l'intermédiaire d'une modulation d'une fréquence porteuse. La fréquence porteuse est suffisamment différente de celle du réseau de distribution d'énergie pour qu'il n'y ait pas de risque de perte d'information, mais pas trop élevée, pour limiter l'affaiblissement des signaux le long des lignes. Par exemple, la fréquence porteuse peut être de quelques centaines de hertz pour un réseau de distribution à 50 ou 60 Hz. Selon la norme ISO, les bandes autorisées sont de préférence des bandes publiques ou privées dont la fréquence peut être de quelques dizaines de Hz à 140 KHz. La modulation est une modulation d'amplitude ou de fréquence. Dans un exemple simple, les informations transmises sont binaires et sont constituées par la présence ou l'absence d'une fréquence de modulation F0.Dans un autre exemple, les informations binaires 0 et 1 pourraient être représentées par la présence d'une première et une seconde fréquence porteuses F0 et F'0. Dans un perfectionnement, la transmission des informations peut être multiplexée dans l'espace fréquentiel. La constitution générale du poste central est représentée à la figure 2 : le poste comprend de préférence un circuit à microprocesseur 20 pour engendrer des signaux de commande et pour recevoir et traiter les signaux reçus. Ce circuit comporte ses propres programmes de fonctionnement, qui sont contrôlés par l'utilisateur par exemple par l'intermédiaire d'une console MC comprenant un clavier de commande et un écran de contrôle. On peut aussi prévoir que le circuit à microprocesseur est contrôlé par un microordinateur personnel, l'utilisateur pouvant alors définir à volonté des programmes de fonctionnement du microprocesseur. Outre un microprocesseur MP, ses mémoires de programme et de travail (MEM), le circuit 20 comporte les moyens nécessaires pour établir les signaux à transmettre sur le réseau. Ces moyens comportent de préférence un oscillateur OSC pour établir une fréquence F0 qui servira à moduler les courants du réseau. La sortie de l'oscillateur est appliquée, à travers un modulateur MOD, à un amplificateur AMP, et la sortie de l'amplificateur AMP est appliquée au primaire d'un transformateur TR dont le secondaire est connecté au réseau de distribution électrique. Le modulateur peut être tout simplement un interrupteur commandé directement par le microprocesseur pour permettre l'émission d'impulsions ou de trains d'impulsions qui définissent sous forme binaire l'information ou l'instruction à transmettre. Les informations qui arrivent du réseau de distribution et qui sont destinées au poste central arrivent par le transformateur TR. Elles sont transmises à une cellule de filtrage FLT permettant de détecter la présence d'une modulation sur le réseau. La sortie de la cellule de filtrage est reliée à un circuit DEMOD de démodulation et mise en forme. La sortie de ce circuit DEMOD est reliée au microprocesseur MP. Les signaux reçus du réseau (donc des appareils éloignés) sont démodulés et transformés en successions d'impulsions binaires qui sont exploitables par le microprocesseur. Par ailleurs, un circuit processeur de données est associé à chaque appareil éloigné connecté au réseau de distribution d'énergie. Sur la figure 3 on a représenté la constitution générale de ce circuit processeur, qui est désigné par la référence 30. Ce circuit 30 est pratiquement constitué comme le circuit 20 de la figure 2, mais il n'est pas contrôlé par un clavier et un écran. Il comprend un microprocesseur MP1 avec une mémoire de programmes (MEM1) permettant au microprocesseur d'exécuter des opérations prédéterminées sous la commande des signaux reçus du réseau. Il comprend également un transformateur TR1 par lequel peuvent être transférés vers le réseau ou reçus du réseau des signaux modulés à fréquence F0. Et il comprend les moyens de modulation, filtrage et démodulation nécessaires pour la conversion de ces signaux dans une forme utilisable par le microprocesseur (OSC1, MOD1, AMPI, FLT1, DEMOD1), exactement comme dans le circuit 20 de la station centrale. Enfin, le microprocesseur MP1 est relié à l'appareil 12 auquel le circuit 30 est associé. Cette liaison permet d'une part de transmettre des ordres à l'appareil, et d'autre part éventuellement de recueillir des informations en provenance de l'appareil, y compris par exemple des données sur l'état de l'appareil. Le détail de cette liaison dépend bien entendu du type d'appareil 12 à commander, des ordres qu'on peut lui donner, des informations qu'on souhaite recueillir. Lors de la réception d'ordres en provenance du réseau, le microprocesseur MP1 pourra exécuter des programmes stockés dans sa mémoire de programmes. La nature des instructions qui peuvent être reçues du réseau est essentiellement fonction du type -d'appareil connecté au réseau. Par exemple, dans le cas où les appareils sont des blocs d'éclairage de secours, le poste central peut émettre des instructions de test de charge des batteries placées dans les blocs de secours; il peut émettre aussi des instructions de mise en route des blocs de secours. En réponse aux instructions de test, le microprocesseur associé à un bloc de secours peut déclencher une séquence de test et engendrer une information relative à l'état de charge des batteries de ce bloc, ou relative à l'état de fonctionnement des lampes de secours, etc.Bien entendu, selon les cas, il faut prévoir d'associer au circuit 30 tous les éléments de circuit (interfaces) qui sont nécessaires pour que le microprocesseur MP1 puisse accéder à ces informations. Le détail de ces circuits ntest pas l'objet de cette invention et est très dépendant du type d'appareils qu'on veut commander et des informations qu'on veut obtenir. Un code d'identification est associé à chaque appareil, de sorte que le microprocesseur correspondant puisse reconnaître ce code et comprendre que les instructions qui vont suivre lui sont personnellement destinées et ne sont pas destinées aux autres appareils connectés au réseau. De plus, il est préférable de prévoir aussi un code général "passe-partout" reconnaissable par tous les microprocesseurs des stations éloignées et autorisant l'exécution d'instructions par tous les microprocesseurs sans qu'un code d'identification individuelle soit envoyé au préalable. Selon l'invention, tous les microprocesseurs des stations éloignées sont programmés pour fonctionner selon deux modes possibles : un premier mode qu'on appellera. mode "normal", et un second mode qu'on appellera mode "répéteur". Dans les deux modes, les microprocesseurs sont aptes à exécuter un ordre individuel reçu à travers le réseau, à condition que cet ordre soit accompagné (en principe précédé) du code individuel correspondant à ce microprocesseur ou du code général passe-partout. En mode répéteur, un microprocesseur est apte à recevoir un ordre qui ne lui est pas destiné (donc non accompagné de son propre code individuel) et à le réémettre vers le réseau en l'amplifiant. Pour établir le mode répéteur dans un microprocesseur, on peut prévoir par exemple qu'un bit d'état déterminé est mémorisé dans un registre du circuit 30. Par exemple, un bit d'état logique zéro correspond au mode normal et un bit d'état logique 1 correspond au mode répéteur. Le registre peut être indépendant de la mémoire MEM1 ou en faire partie. Selon l'état de ce registre, le microprocesseur répondra d'une manière différente à la réception d'un code d'identification et d'une instruction. Dans des cas simples on peut prévoir que ce bit est défini manuellement, par exemple par positionnement d'un interrupteur accessible par l'utilisateur dans le circuit 30. Dans ce cas, l'utilisateur définira des groupes de stations éloignées différents : le groupe le plus proche géographiquement du poste central sera placé en mode normal à l'exception d'une ou plusieurs stations placées à la périphérie de ce premier groupe, qui seront désignées pour fonctionner en mode répéteur; un deuxième groupe de stations placées géographiquement au delà des répéteurs seront placées en mode normal. Et si cela est nécessaire, le deuxième groupe de stations placées au delà des répéteurs est à nouveau divisé en un premier groupe, placé en mode normal à l'exception d'une ou plusieurs à la périphérie (répéteurs), et un deuxième groupe (mode normal) au delà des répéteurs, etc. On divise ainsi les stations éloignées en groupes séparés par des répéteurs, le critère de répartition étant la possibilité que chaque station reçoive un niveau de signal suffisant malgré son éloignement du poste central. Dès lors qu'une station est trop éloignée du poste central, un répéteur doit être inséré entre cette station et le poste, la fonction du répéteur étant de rétablir un niveau de signal suffisant pour les stations qui sont au delà du répéteur. La figure 4 montre la répartition globale qui en résulte. Les stations (représentées par des points désignés par une lettre et un numéro) qui fonctionnent en mode répéteur sont désignées par la lettre R. L'installateur pourra être le juge de l'opportunité de placer des répéteurs à tel ou tel endroit. En pratique son critère sera l'évaluation de longueur de ligne de réseau de distribution entre le poste central et un appareil. On peut prévoir aussi, dans des installations relativement complexes, avec un grand nombre d'appareils et des distances importantes entre le poste central et les stations éloignées, que la configuration des modes "normal" et "répéteur" est faite automatiquement par le poste central. On prévoit alors un programme de configuration automatique dont les étapes principales sont de préférence les suivantes - émission par le poste central d'un signal de démarrage, par exemple une impulsion de durée 1 seconde; - émission ensuite du code général "passe-partout" à destination de toutes les stations; - émission d'un signal d'initialisation de la phase de configuration, par exemple quatre bits zéro suivis de quatre bits 1. - puis émission d'un signal stop qui peut être un créneau de durée 2 secondes. Les stations mesurent alors le niveau de réception de signal, ou détectent simplement si ce niveau est au dessus ou au dessous d'un seuil déterminé. Par exemple, on peut prévoir qutun niveau inférieur à 800 millivolts est insuffisant et qu'un niveau supérieur est suffisant. Le poste central envoie alors un message d'interrogation destiné à toutes les stations. Les stations éloignées qui ont reçu un niveau suffisant répondent en envoyant leur code d'identification. Les autres restent muettes. Le poste central stocke les réponses reçues qui correspondent donc à un premier groupe de stations éloignées, qui reçoivent toutes un niveau suffisant. Parmi ces stations, il en désigne une ou plusieurs (on verra plus loin comment) destinées à fonctionner en répéteur. Le poste émet alors des instructions spécifiques à destination des stations qu'il a ainsi réparties en deux catégories : mode normal et répéteurs. Les stations devant fonctionner en mode normal sont alors placées en attente, c'est-à-dire qu'elles ne répondront pas aux instructions ultérieures sauf une instruction de levée de l'état d'attente qui les remettra en mode normal. Les stations devant fonctionner en mode répéteur sont placées en mode répéteur. Le poste central émet alors à nouveau les différents signaux qui composent la séquence de mesure de niveau de réception de signal. Les stations mises en attente ne réagissent pas. Les stations mises en mode répéteur répètent, en les amplifiant, les signaux qu'elles reçoivent. Une nouvelle série de stations éloignées vont donc cette fois recevoir un niveau de signal suffisant, issu des répéteurs et non du poste central. Ces stations renvoient alors une information correspondante, avec leur code d'identification individuel. Les répéteurs répètent ce qu'ils reçoivent et le poste central reçoit donc ces informations. Il peut donc effectuer à nouveau une répartition entre des stations devant fonctionner en mode normal et des stations devant fonctionner en répéteur. Il donne les instructions appropriées, retransmises par les stations qui sont déjà en mode répéteur. Les stations devant fonctionner en mode normal sont mises en attente; celles qui doivent fonctionner en mode répéteur sont placées en mode répéteur Ces opérations sont encore recommencées si c'est nécessaire, jusqu'à ce que toutes les stations de l'installation aient été classées dans l'un des modes. Lorsque toutes les stations ont reçu un niveau de signal suffisant, un certain nombre d'entre elles ont été placées en mode répéteur; il ne reste plus qu'à envoyer un signal de levée du mode d'attente, qui place en mode normal les stations en attente et qui leur permet à nouveau de réagir au code général "passe-partout" et bien sûr aussi à leur code d'identification individuel. La phase de configuration est terminée et le système est prêt à fonctionner. Pour déterminer quelles stations doivent jouer le rôle de répéteurs parmi un groupe qui reçoit un signal de niveau suffisant, il y a plusieurs possibilités. La première repose sur une connaissance préalable de la disposition des stations et de l'ordre d'éloignement des stations le long des différentes branches du réseau central. On sait donc lesquelles sont les plus éloignées du poste central. Par conséquent, le poste central possède toutes les informations nécessaires pour désigner les stations les plus périphériques parmi celles qui ont reçu un niveau suffisant, et il peut les désigner comme "répéteurs". I1 peut d'ailleurs aussi choisir et désigner comme répéteurs des stations qui sont un peu avant les dernières stations, par sécurité. Par exemple, on peut imaginer que les stations sont disposées selon plusieurs branches A, B, C, D, etc... du réseau, et que leur numéro dans chaque branche est 1, 2, 3, etc. au fur et à mesure de leur éloignement. Une station serait identifiée par exemple par la référence B3 pour indiquer que c'est la troisième dans la branche B. Si les stations qui ont détecté un niveau de signal suffisant sont les stations Al à A4, B1 à B6, C1 à C9, D1 à D5, on peut prévoir que les stations désignées par le poste central comme répéteur seront les stations A4, B6, C9 et D5, ou, si on veut plus de sécurité, par exemple les stations A3, B5, C8, D4. La figure 4 représente la configuration qui peut en résulter. On peut aussi se trouver dans une situation où l'ordre des stations le long de différentes branches du réseau est inconnu, auquel cas une solution peut être d'attribuer aléatoirement le rôle de répéteur à une des stations et de vérifier que la désignation d'un répéteur conduit bien à une augmentation notable du nombre de stations qui reçoivent un signal de niveau suffisant. Par essais successifs, on peut d'ailleurs arriver à optimiser le nombre de répéteurs. On peut prévoir que le code d'identification des différentes stations inclut d'une part une désignation du type d'appareil placé à cette station et d'autre part une indication sur l'éloignement de la station par rapport à la station centrale (ou le rang de la station le long d'une branche du réseau). S'il y a plusieurs branches de réseau partant en étoile autour de la station centrale, une indication de la branche peut en outre être prévue dans le code d'identification individuelle de chaque station. Lorsque le poste central interroge simultanément toutes les stations au moment de la phase de configuration, ou lors de phases d'exploitation ultérieures, il peut y avoir des problèmes de collision de réponses. Pour éviter ces problèmes, on utilisera de préférence des systèmes fondés sur des délais de durée aléatoire : par exemple, la réponse est émise par une station au bout d'un temps qui est une durée aléatoire (en pratique pseudo-aléatoire) après la réception de la question. Egalement, on peut prévoir que chaque station "écoute" ce qu'elle émet sur la ligne et compare ce qui est émis sur la ligne avec ce qu'elle voulait véritablement émettre. S'il n'y a pas coïncidence entre le signal écouté et celui qui aurait du être émis, c'est sans doute qu'une autre station a émis simultanément. Dans ce cas, les deux stations réémettent leur signal, mais après une durée aléatoire qui a très peu de chances d'être la même pour les deux stations. Finalement, il faut signaler que les processeurs 30 peuvent très bien comprendre des mémoires de programmes non volatiles électriquement programmables, de manière que les programmes de fonctionnement des microprocesseurs puissent être écrits à partir de la station centrale 10 et par l'intermédiaire du réseau. REVENDICATIONS 1. Système d'échanges de données entre une station centrale (10) et des appareils dispersés (12) alimentés par un réseau de distribution d'énergie électrique (14), système dans lequel les informations transitent à travers le réseau lui-même, caractérisé en ce que - un processeur de données (30) est associé à chaque appareil, et un code d'identification est associé à chaque processeur, - les processeurs sont programmés pour pouvoir fonctionner soit en mode "normal" soit en mode "répéteur", en fonction d'un ordre reçu du réseau; - les processeurs fonctionnant en mode répéteur sont aptes à recevoir un message qui ne leur est pas destiné et à le réémettre amplifié; - chaque processeur est apte, en mode normal ou en mode répéteur, à exécuter un ordre individuel reçu du réseau, lorsque cet ordre est accompagné du code d'identification correspondant à ce processeur. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque processeur comprend un microprocesseur (MP1) et une mémoire de programmes (MEM1) contenant des programmes susceptibles d'être exécutés lors de la réception d'ordres reçus du réseau. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la mémoire de programme comporte une mémoire non volatile électriquement programmable susceptible de recevoir du réseau des données de programmes émis par la station centrale. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour établir la configuration du système, selon une succession d'étapes comprenant - émission par la station centrale d'un signal de test à destination de tous les processeurs; - transmission de leur code d'identification par les processeurs qui ont reçu un niveau de signal suffisant; - désignation par la station centrale d'au moins un processeur particulier pour assumer la fonction de répéteur, parmi les processeurs qui ont reçu un niveau de signal suffisant; - emission par la station centrale à destination de ce ou ces processeurs particuliers d'un ordre de programmation en mode répéteur, et mise en attente des autres processeurs qui ont reçu un niveau de signal suffisant; ; - répétition des étapes précédentes si nécessaire, et autant de fois qu'il est nécessaire pour affecter un mode normal ou répéteur à toutes les stations.