Блок интерфейсный

Полезная модель относится к области вычислительной техники и предназначена для использования в составе автотранспортных средств (АТС) с электронными системами управления двигателями (ЭСУД) уровня Евро-4, и может быть установлена в перспективных магистральных автопоездах и автобусах производства РУП «МАЗ», автозаводов России и республики Беларусь.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании блока интерфейсного для использования его в составе АТС и предназначенного для обеспечения взаимодействия электронных блоков управления двигателями уровня Евро-4 с органами управления, датчиками, устройствами индикации и другими электронными системами АТС.

Блок интерфейсный включает в себя микроконтроллер 1, приемопередатчики интерфейса CAN 2, 3, супервизор питания 4, буферные каскады входов для подключения аналоговых датчиков 5₁, 5₂, буферный каскад с входом для подключения резистивного датчика 6, буферный каскад с входом для подключения частотного сигнала 7, буферные каскады дискретных входов для подключения дискретных датчиков с коммутацией на массу 8₁-8 ₁₅, буферные каскады дискретных входов для подключения дискретных датчиков с коммутацией на питание 9 ₁, 9₂, генератор 10, EEPROM 11, интеллектуальные электронные ключи с коммутацией выходов на массу 12 ₁-12₁₀; интеллектуальный электронный ключ с коммутацией выхода на питание 13, преобразователь напряжения питания аналоговых датчиков 14, буферный каскад 15, приемопередатчик интерфейса J 1708 16, схему защиты 17, промежуточный преобразователь напряжения 18, линейный стабилизатор напряжения 19, технологический канал 20, интерфейс I2C 21, вход для подключения дискретного датчика с коммутацией на питание 22, интерфейс SPI 23.

5 п.ф. и., 4 з.п.ф. и., илл. 1.

Полезная модель относится к области вычислительной техники и предназначена для использования в составе автотранспортных средств (АТС) с электронными системами управления двигателями (ЭСУД) уровня Евро-4, и может быть установлена в магистральных автопоездах и автобусах производства Республиканского унитарного предприятия (РУП) «МАЗ», автозаводов России и республики Беларусь.

Известен программируемый логический контроллер (см. пат. РФ №2101757, МПК 6 G06F 9/00, опубл. 10.01.1998 г., по заявке №95120422/09 от 01.12.1995 г., патентообладатель Научно-исследовательский институт системных исследований РАН), содержащий микропроцессор, локальную шину, двухпортовое статическое ОЗУ, интерфейс шины VME, интерфейс шины ISA, ПЗУ, электрически программируемую постоянную память EEPROM, часы реального времени, контроллер клавиатуры, системный контроллер, универсальный программируемый сторожевой таймер, интерфейсы последовательных каналов RS232 и RS485, периферийную шину, интерфейс шины субмодулей, буферные усилители адреса и приемники/передатчики данных шины субмодулей, буферные усилители и приемники/передатчики данных ОЗУ, приемники/передатчики адреса и приемники/передатчики данных интерфейса шины VME, буферные усилители адреса и приемники/передатчики данных интерфейса шины ISA, буферные усилители адреса и приемники/передатчики данных периферийной шины.

Признаком аналога, совпадающим с признаком заявляемой полезной модели, является EEPROM.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, является то, что данный программируемый логический контроллер не предназначен для работы в составе АТС, так как не поддерживает цифровой мультиплексный информационный канал (ЦМИК) CAN2.0, что не позволяет обеспечить взаимодействие ЭСУД с органами управления, датчиками и электронными системами автомобиля.

Известен программируемый логический контроллер с интерфейсом последовательной передачи данных в двух стандартах (см. заявку РФ №2003115922/09 от 27.05.2003 г., МПК 7 G06F 9/00, G06F 13/00, опубл. 27.11.2004 г., заявитель Бабанин В.Б.), содержащий набор буферных элементов с преобразователем постоянного напряжения в двухполярное. микроконтроллер и коммутатор выводов микроконтроллера, имеющих альтернативные функции внутрисхемного программирования, схему распознавания протокола передачи на основе интегратора с двумя постоянными времени интегрирования, вход которой соединен с линией принимаемых микроконтроллером данных, а выход подключен к входу управления коммутатором и входу RESET микроконтроллера, причем в режиме программирования коммутатор подключает выводы микроконтроллера к сигналам интерфейса последовательной передачи данных, а в режиме обмена данными (автономном) - к устройствам контроля и/или управления.

Признак аналога, совпадающий с признаком заявляемой полезной модели, следующий: микроконтроллер.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, является то, что программируемый логический контроллер не предназначен для работы в АТС, так как не поддерживает ЦМИК CAN2.0, что не может обеспечить взаимодействие работы ЭСУЭД с органами управления, датчиками и электронными системами автомобиля.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является блок формирования управляющих сигналов (БФУС) (см. патент на полезную модель №53030 РФ, МПК G06F 9/00 (2006.01), опубл. 27.04.2006 г., по заявке №2006102082/22, патентообладатель Научно-исследовательский институт многопроцессорных вычислительных систем Таганрогского государственного радиотехнического университета (НИИ МВС ТРТУ) (RU)), содержащий микроконтроллер, соединенный с мультиплексированной шиной адрес/данные, с блоком оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), сетевыми контроллерами, блоком временного хранения адреса и данных, который демультиплексирует ее и соединен с блоком ОЗУ и блоками сетевых контроллеров шиной адреса и по линиям управляющих сигналов и адрес/данные образует интерфейс подключения модулей ввода/вывода, а блок анализа ошибок связан с микроконтроллером посредством линий диагностики микроконтроллера, а также линиями диагностики дополнительных БФУС, подключенными через блок гальванической развязки сигналов БФУС, и линией сигнала ошибки модулей ввода/вывода, кроме того, микроконтроллер подключен к интерфейсу CAN №1 через блок гальваноразвязки CAN №1 и блок приемопередатчика CAN №2, к интерфейсу SSI через блок гальваноразвязки

RS-485 №1, блок приемника CLK RS-485 №1 по линиям приема/передачи данных интерфейсов CAN №1, CAN №2 и SSI соответственно, а сетевые контроллеры соединены через блоки гальваноразвязок Ethernet №1 и Ethernet №2 по линиям приема/передачи с соответствующими интерфейсами Ethernet, причем блок временного хранения адреса и данных по линиям адрес/данные модулей ввода/вывода, а также по линиям управляющих сигналов и по линиям диагностики модулей ввода/вывода образует интерфейс для подключения модулей ввода/вывода.

Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемой полезной модели, следующие: микроконтроллер, приемопередатчики интерфейса CAN.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата является то, что блок формирования управляющих сигналов не предназначен для работы в составе АТС, так как не имеет входов для подключения дискретных и аналоговых датчиков, выходов для управления контрольными лампами и стрелочными указателями панели приборов АТС, что не обеспечивает взаимодействия ЭСУД с органами управления, датчиками и электронными системами автомобиля.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании блока интерфейсного для использования его в составе АТС и предназначенного для обеспечения взаимодействия электронных блоков управления двигателями уровня Евро-4 с органами управления, датчиками, устройствами индикации и другими электронными системами АТС.

Технический результат, обеспечиваемый при реализации заявляемого технического решения заключается в следующем:

- контроль состояния датчиков и органов управления двигателем за счет буферных каскадов дискретных входов для подключения дискретных датчиков с коммутацией на массу, буферных каскадов дискретных входов для подключения дискретных датчиков с коммутацией на питание, буферных каскадов частотных входов, буферных каскадов для подключения аналоговых датчиков и буферных каскадов для подключения резистивных датчиков;

- управление приборами и контрольными лампами, отображающими параметры работы двигателя, в соответствии с информацией, полученной от ЭСУД, осуществляется через интеллектуальные электронные ключи с коммутацией на массу и с коммутацией на питание; от интеллектуальных электронных ключей с коммутацией на массу и с коммутацией на питание в микроконтроллер передается диагностическая информация о состоянии подключенных нагрузок (обрыв, короткое замыкание);

- обмен данными с электронными системами по ЦМИК CAN 2.0 (в соответствии с протоколом SAE J 1939) и J 1708.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в блок интерфейсный, содержащий микроконтроллер, соединенный с двумя приемопередатчиками интерфейса CAN, дополнительно введены соединенные с микроконтроллером супервизор питания, генератор, EEPROM, k приемопередатчиков интерфейса CAN, d интеллектуальных электронных ключей с коммутацией выходов на массу, m интеллектуальных электронных ключей с коммутацией выходов на питание, n приемопередатчиков диагностического интерфейса J 1708, w приемопередатчиков диагностического интерфейса ISO 9141, промежуточный преобразователь напряжения, р буферных каскадов дискретных входов для подключения дискретных датчиков с коммутацией на питание, q буферных каскадов дискретных входов для подключения дискретных датчиков с коммутацией на массу, r буферных каскадов входов для подключения частотных сигналов, s буферных каскадов входов для подключения резистивных датчиков, t буферных каскадов входов для подключения аналоговых датчиков, преобразователь напряжения питания аналоговых датчиков, технологический канал, причем выход преобразователя напряжения питания аналоговых датчиков соединен с микроконтроллером через буферный каскад, вход промежуточного преобразователя напряжения соединен со схемой защиты, выход - с линейным стабилизатором, один из дискретных входов с коммутацией на питание соединен с промежуточным преобразователем напряжения.

Предельные значения k, d, m, n, w, р, q, r, s, t находятся в следующем диапазоне: k=(1, 2, ...4), d=(1, 2...12), m=(1, 2...35), n=(0, 1), w=(0, 1), p=(1, 2...40), q=(1, 2...16), r=(1, 2...4), s=(1, 2, 3), t=(1, 2, 3).

Микроконтроллер соединен с EEPROM последовательным интерфейсом I2C.

Микроконтроллер через интеллектуальные электронные ключи с коммутацией на массу по последовательному интерфейсу SPI управляет дискретными выходами с коммутацией на массу.

Микроконтроллер через интеллектуальные электронные ключи с коммутацией на массу сигналами с широтно-импульсной модуляцией управляет выходами для подключения стрелочных указателей

Поскольку блок интерфейсный предназначен для работы в составе различных типов АТС, то количество некоторых буферных каскадов и интеллектуальных электронных ключей блока интерфейсного зависит от количества датчиков, контрольных ламп и стрелочных приборов, установленных на данном типе АТС.

Один из вариантов исполнения структурной схемы блока интерфейсного для системы управления двигателем Deutz представлен на чертеже в качестве примера, для случая, когда k=2, t=2, s=1, r=1, q=15, p=2, d=10, m=1, n=1, w=0.

Блок интерфейсный включает в себя соединенные с микроконтроллером 1 приемопередатчики интерфейса CAN 2, 3, супервизор питания 4, буферные каскады входов для подключения аналоговых датчиков 5 ₁, 5₂, буферный каскад с входом для подключения резистивного датчика 6, буферный каскад с входом для подключения частотного сигнала 7, буферные каскады дискретных входов для подключения дискретных датчиков с коммутацией на массу 8₁-8₁₅, буферные каскады дискретных входов для подключения дискретных датчиков с коммутацией на питание 9₁, 9 ₂, генератор 10, EEPROM 11, интеллектуальные электронные ключи с коммутацией выходов на массу 12₁ -12₁₀, интеллектуальный электронный ключ с коммутацией выхода на питание 13, причем выход преобразователя напряжения питания аналоговых датчиков 14 соединен с микроконтроллером 1 через буферный каскад 15, микроконтроллер 1 соединен с приемопередатчиком интерфейса J 1708 16, схема защиты 17 соединена со входом промежуточного преобразователя напряжения 18, выход промежуточного преобразователя напряжения 18 соединен с линейным стабилизатором напряжения 19, технологический канал 20 соединен с микроконтроллером 1, причем микроконтроллер 1 соединен с EEPROM 11 через последовательный интерфейс I2C 21, вход для подключения дискретного датчика с коммутацией на питание 22 соединен с промежуточным преобразователем напряжения 18, микроконтроллер 1 соединен с интеллектуальными электронными ключами с коммутацией выходов на массу 12 ₁-12₁₀ последовательным интерфейсом SPI 23.

Напряжение питания бортовой сети АТС (на чертеже не показано) подается на схему защиты 17, которая предназначена для защиты от кондуктивных помех бортовой сети АТС. С выхода схемы защиты 17 напряжение питания поступает на промежуточный преобразователь напряжения 18, на выходе которого формируется стабилизированное напряжение 7 В. Включение промежуточного преобразователя напряжения 18 осуществляется сигналом одного из дискретных входов с коммутацией на питание 22, а также сигналом от микроконтроллера 1.

Питание цифровых и аналоговых цепей блока интерфейсного осуществляется напряжением 5 В, которое формируется на выходе линейного стабилизатора 19.

Напряжение питания аналоговых датчиков (5±0,25) В формируется на выходе преобразователя напряжения питания аналоговых датчиков 14. Данный преобразователь напряжения питания аналоговых датчиков 14 имеет защиту от короткого замыкания

выхода на массу и на положительную шину питания бортовой сети АТС (на чертеже не показано). Управление включением преобразователя напряжения питания аналоговых датчиков 14 осуществляется сигналом от микроконтроллера 1. Выход преобразователя напряжения питания аналоговых датчиков 14 подключен через буферный каскад 15 к микроконтроллеру 1.

Супервизор питания 4 вырабатывает сигнал сброса для микроконтроллера 1.

Генератор 10 формирует тактовую частоту для микроконтроллера 1.

Буферные каскады дискретных входов для подключения дискретных датчиков с коммутацией на массу 8₁-8₁₅ и буферные каскады дискретных входов для подключения дискретных датчиков с коммутацией на питание 9₁, 9 ₂ предназначены для преобразования логических уровней входных сигналов от датчиков, установленных на АТС (на чертеже не показано), в логические уровни ТТЛ для подключения к микроконтроллеру 1. Сигнал скорости, например, от тахографа АТС (на чертеже не показано) подается на вход микроконтроллера 1 через буферный каскад частотного входа 7, предназначенного для преобразования логических уровней сигнала скорости (0-8 В) в уровни ТТЛ.

Сигналы аналоговых датчиков и сигнал резистивного датчика АТС (на чертеже не показано) поступают на входы встроенного в микроконтроллер 1 аналого-цифрового преобразователя (на чертеже не показано) через буферные каскады для подключения аналоговых датчиков 5₁, 5₂ и буферный каскад для подключения резистивного датчика 6.

Интеллектуальные электронные ключи с коммутацией на массу 12₁-12₁₀ выполнены на базе микросхем интеллектуальных электронных ключей TLE6232GP. Управление дискретными выходами с коммутацией на массу осуществляется микроконтроллером 1 через интеллектуальные электронные ключи с коммутацией на массу 12₁-12 ₁₀ по последовательному интерфейсу SPI 23 (см. чертеж). Управление выходами для подключения стрелочных указателей осуществляется микроконтроллером 1 через интеллектуальные электронные ключи с коммутацией на массу 12₉-12 ₁₀ сигналами с широтно-импульсной модуляцией (см. чертеж). Управление дискретным выходом с коммутацией на питание осуществляется микроконтроллером 1 через интеллектуальный электронный ключ с коммутацией на питание 13. От интеллектуальных электронных ключей с коммутацией на массу 12₁-12 ₁₀ и интеллектуального электронного ключа с коммутацией на питание 13 в микроконтроллер 1 передается диагностическая информация о состоянии подключенных нагрузок (обрыв, короткое замыкание).

Сохранение конфигурационной информации и истории событий осуществляется в EEPROM 11. Обмен данными между микроконтроллером 1 и EEPROM 11 осуществляется по последовательному интерфейсу I2C 21.

Физические уровни цифровых последовательных интерфейсов (ЦМИК) CAN 1, CAN 2 реализованы на приемопередатчиках интерфейса CAN 2, 3. Физический уровень ЦМИК J 1708 реализован на приемопередатчике интерфейса J 1708 16.

Загрузка программного обеспечения в энергонезависимую память микроконтроллера 1 осуществляется по последовательному технологическому каналу 20.

Эксплуатация блока интерфейсного в составе АТС с двигателем Deutz уровня Евро-4 показала надежную работу блока интерфейсного в различных режимах работы: управление контрольными приборами двигателя, старт двигателя (включение питания электронного блока двигателя, включение реле стартера), работа двигателя под нагрузкой (передача двигателю информации о положении педали акселератора), управление двигателем в режиме круиз-контроля (передача электронному блоку двигателя команд коррекции крутящего момента), выключение двигателя (передача команды на выключение двигателя, выключение питания электронного блока двигателя). При этом блок интерфейсный разработан с учетом требований ГОСТ Р 50905-96 «Автотранспортные средства. Электронное оснащение. Общие технические требования». ГОСТ Р 52230-2004 «Электрооборудование автотракторное. Общие технические условия» и обеспечивает надежное функционирование в указанных режимах при условиях эксплуатации, соответствующих требованиям, предъявляемым к АТС.

Таким образом, из рассмотренного материала видно, что заявляемая полезная модель является новой, промышленно применимой и решает поставленную техническую задачу с заявленным техническим результатом.

1. Блок интерфейсный, содержащий микроконтроллер, соединенный с двумя приемопередатчиками интерфейса CAN, отличающийся тем, что в него дополнительно введены, соединенные с микроконтроллером супервизор питания, генератор, EEPROM, k приемопередатчиков интерфейса CAN, d интеллектуальных электронных ключей с коммутацией выходов на массу, m интеллектуальных электронных ключей с коммутацией выходов на питание, n приемопередатчиков диагностического интерфейса J 1708, w приемопередатчиков диагностического интерфейса ISO 9141, промежуточный преобразователь напряжения, р буферных каскадов дискретных входов для подключения дискретных датчиков с коммутацией на питание, q буферных каскадов дискретных входов для подключения дискретных датчиков с коммутацией на массу, r буферных каскадов входов для подключения частотных сигналов, s буферных каскадов входов для подключения резистивных датчиков, t буферных каскадов входов для подключения аналоговых датчиков, преобразователь напряжения питания аналоговых датчиков, технологический канал, причем выход преобразователя напряжения питания аналоговых датчиков соединен с микроконтроллером через буферный каскад, вход промежуточного преобразователя напряжения соединен со схемой защиты, выход - с линейным стабилизатором, один из дискретных входов с коммутацией на питание соединен с промежуточным преобразователем напряжения.

2. Блок интерфейсный по п.1, отличающийся тем, что предельные значения k, d, m, n, w, p, q, r, s, t находятся в следующем диапазоне: k=(1, 2, ...4), d=(1, 2...12), m=(1, 2...35), n=(0, 1), w=(0, 1), p=(1, 2...40), q=(1, 2...16), r=(1, 2...4), s=(1, 2, 3), t=(1, 2, 3).

3. Блок интерфейсный по п.1, отличающийся тем, что микроконтроллер соединен с EEPROM последовательным интерфейсом 12С.

4. Блок интерфейсный по п.1, отличающийся тем, что микроконтроллер через интеллектуальные электронные ключи с коммутацией на массу по последовательному интерфейсу SPI управляет дискретными выходами с коммутацией на массу.

5. Блок интерфейсный по п.1, отличающийся тем. что микроконтроллер через интеллектуальные электронные ключи с коммутацией на массу сигналами с широтно-импульсной модуляцией управляет выходами для подключения стрелочных указателей.