CN104020682A - 机器通信系统及通信单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器通信系统及通信单元。该机器通信系统包括通信单元及机器，该通信单元包括控制器、n个收发器电路、检测线路以及n选一开关电路，每一个收发器电路分别支持n种通信协议中的一种且包括连接到控制器以从其接收数据或向其发送数据的第一输入/输出端、以及连接到n选一开关电路的一个相应独立输入/输出端的第二输入/输出端，n选一开关电路的公共输入/输出端连接到通信单元的第一外部连接端且控制端连接到控制器以接收控制信号，控制器经由检测线路从机器接收检测信号并根据接收的检测信号向n选一开关电路发送控制信号以导通与支持机器的通信协议的收发器电路对应的通道，从而控制器能够使用该收发器电路经由第一外部连接端与机器进行数据通信。

Description

机器通信系统及通信单元

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，本发明涉及能够在至少两种通信协议之间自动切换的机器通信系统以及通信单元。

背景技术

目前，已经开发了一些用于对诸如挖掘机、运土车之类的机器进行控制和管理的通信单元，这些通信单元例如能够收集机器的各部件的参数以及工作状态信息，将这些参数和信息发送到控制后台以便对机器进行监视和控制。

然而，由于不同的机器可能采用支持不同类型通信协议的接口，需要为不同的机器提供不同的通信单元。或者，为了适用于更多机器，在同一通信单元中提供了不同的连接端来与不同类型的接口连接。这样，针对每一类型的接口，都需要单独的一组电路和连接线，在通信单元连接到机器时人工选择相应的连接端和外部连接端进行连接。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种机器通信系统，其包括：

通信单元，其具有控制器、n个收发器电路、检测线路以及n选一开关电路，其中n为自然数且n≥2，每一个所述收发器电路分别支持n种通信协议中的一种并且包括连接到所述控制器以从所述控制器接收数据或向其发送数据的第一输入/输出端、以及连接到所述n选一开关电路的n个独立输入/输出端中相应一个的第二输入/输出端，所述n选一开关电路的公共输入/输出端连接到该通信单元的第一外部连接端且控制端连接到所述控制器以接收来自所述控制器的控制信号，所述检测线路的一端连接到所述控制器且另一端连接到该通信单元的第二外部连接端；

机器，其支持所述n种通信协议中的一种并且具有：第一外部连接端，其能够与所述通信单元的第一外部连接端连接；以及第二外部连接端，其能够与所述通信单元的第二外部连接端连接以便经由所述检测线路向所述控制器提供与该机器所支持的通信协议对应的检测信号，

其中所述控制器根据所接收的检测信号向所述n选一开关电路发送控制信号以导通与所述收发器电路中的一个连接的独立输入/输出端所对应的通道，该一个收发器电路支持所述机器所支持的通信协议，从而所述控制器能够经由该一个收发器电路与所述机器进行数据通信。

根据本发明的第二方面，提供了一种一种通信单元，其包括：

控制器；n选一开关电路，其公共输入/输出端连接到该通信单元的第一外部连接端且控制端连接到所述控制器以接收来自所述控制器的控制信号，其中n为自然数且n≥2；

n个收发器电路，每一个所述收发器电路分别支持n种通信协议中的一种并且包括连接到所述控制器以从所述控制器接收数据或向其发送数据的第一输入/输出端、以及连接到所述n选一开关电路的n个独立输入/输出端中相应一个的第二输入/输出端；以及

检测线路，其一端连接到所述控制器且另一端连接到该通信单元的第二外部连接端，以经由该第二外部连接端从外部机器接收检测信号，

其中在所述通信单元经由所述第一外部连接端和第二外部连接端与外部机器连接时，所述控制器能够根据所述检测信号向所述n选一开关电路发送控制信号以导通与所述收发器电路中的一个连接的独立输入/输出端所对应的通道，该一个收发器电路支持所述外部机器所支持的通信协议，从而所述控制器能够经由该一个收发器电路与所述外部机器进行数据通信。

根据本发明的第三方面，提供了一种机器通信系统，其包括：

通信单元，其具有控制器、n个收发器电路、检测线路以及n选一开关电路，其中n为自然数且n≥2，每一个所述收发器电路包括连接到所述控制器以从所述控制器接收数据或向其发送数据的第一输入/输出端、以及连接到所述n选一开关电路的n个独立输入/输出端中相应一个的第二输入/输出端，所述n选一开关电路的公共输入/输出端连接到该通信单元的第一外部连接端且控制端连接到所述控制器以接收来自所述控制器的控制信号，所述检测线路的一端连接到所述控制器且另一端连接到该通信单元的第二外部连接端；

机器，包括：第一外部连接端，其能够与所述通信单元的第一外部连接端连接；以及第二外部连接端，其能够与所述通信单元的第二外部连接端连接以便经由所述检测线路向所述控制器提供检测信号，

其中所述控制器根据所接收的检测信号向所述n选一开关电路发送控制信号以导通与所述收发器电路中的一个连接的独立输入/输出端所对应的通道，从而所述控制器能够经由该一个收发器电路与所述机器进行数据通信。

根据本发明的第四方面，提供了一种通信单元，其包括：

控制器；

n选一开关电路，其公共输入/输出端连接到该通信单元的第一外部连接端且控制端连接到所述控制器以接收来自所述控制器的控制信号，其中n为自然数且n≥2；

n个收发器电路，每一个所述收发器电路包括连接到所述控制器以从所述控制器接收数据或向其发送数据的第一输入/输出端、以及连接到所述n选一开关电路的n个独立输入/输出端中相应一个的第二输入/输出端；以及

检测线路，其一端连接到所述控制器且另一端连接到该通信单元的第二外部连接端，以经由该第二外部连接端从外部机器接收检测信号，

其中在所述通信单元经由所述第一外部连接端和第二外部连接端与外部机器连接时，所述控制器能够根据所接收的检测信号向所述n选一开关电路发送控制信号以导通与所述收发器电路中的一个连接的独立输入/输出端所对应的通道，从而所述控制器能够经由该一个收发器电路与所述外部机器进行数据通信。

附图说明

图1示出了根据本发明第一示例性实施例的机器通信系统的示意性框图。

图2示出了根据本发明第二示例性实施例的机器通信系统的示意性框图。

图3示出了图1所示的机器通信系统的操作的示意性流程图。

具体实施方式

下面将结合附图更详细地描述本发明的实施例及其优点。应当理解，附图只是为了更方便说明，并不构成对本发明的限制，本发明的保护范围由所附权利要求限定。贯穿附图，相同或相似的部件使用相同或相似的附图标记。

图1示出了根据本发明第一实施例的机器通信系统。该系统包括通信单元100和机器200。通信单元100具有控制器101、支持第一通信协议的第一收发器电路103、支持第二通信协议的第二收发器电路105、具有两个独立输入/输出端以及一个公共输入/输出端的二选一开关电路107、以及检测线路109。所述控制器101可以是例如微控制器（MCU）或微处理器等。所述第二通信协议不同于所述第一通信协议。例如，所述第一通信协议可以是包括但不限于CDL协议、J1939协议、CAN协议、RS485协议以及RS232协议的组中的一个，所述第二通信协议可以是该组中的另一个。所述第一收发器电路103的第一输入/输出端连接到所述控制器101以从所述控制器101接收数据或向其发送数据，并且其第二输入/输出端连接到所述二选一开关电路107的第一独立输入/输出端。所述第二收发器电路105的第一输入/输出端连接到所述控制器101以从所述控制器101接收数据或向其发送数据，且其第二输入/输出端连接到所述二选一开关电路107的第二独立输入/输出端。所述二选一开关电路107的控制端连接到所述控制器101并从该控制器101接收控制信号DATABUS_SEL以选通与其第一或第二独立输入/输出端对应的通道。所述开关电路107的公共输入/输出端连接到该通信单元100的第一外部连接端111。该二选一开关电路107可以使用本领域熟知的任何合适的二选一开关实现，因此在此不再对其具体结构进行详细描述。所述检测线路109的一端连接到所述控制器101且另一端连接到该通信单元100的第二外部连接端113，所述检测线路109还与电源电压Vcc连接。

所述机器200可以是移动的或固定的机器，并且可以选自在例如工程、建筑、农业或采矿领域中使用的机器的组。所述机器例如可以是装载机、平地机、推土机、挖掘机、压实机或运载卡车等等。所述机器200支持第一通信协议或第二通信协议并且具有第一外部连接端201和第二外部连接端203，所述第一外部连接端201可以与所述通信单元100的所述第一外部连接端111连接从而使得能够在所述通信单元100和所述机器200之间进行数据通信。所述第二外部连接端203与所述通信单元100的所述第二外部连接端113连接，所述第二外部连接端203配置成在所述机器200支持第一通信协议时将所述第二外部连接端113连接到地电位（即，低电平），此时检测线路109向控制器101输入低电平信号；且在所述机器200支持第二通信协议时将所述第二外部连接端113悬空，此时检测线路109向控制器101输入电源电压Vcc（即，高电平）。

优选地，通信单元100还包括用于与机器200快速建立电连接的线束。所述通信单元100的第一外部连接端111对应于该线束中的两个引脚，所述通信单元100的第二外部连接端113对应于该线束中的一个引脚。

图2示出了根据本发明第二实施例的机器通信系统。与图1所示的机器通信系统中相同的部件使用相同的附图标记并且在此不再详细描述。图2所示的机器通信系统包括通信单元300和机器200。通信单元300具有控制器101、支持第一通信协议的第一收发器电路103、支持第二通信协议的第二收发器电路105、支持第三通信协议的第三收发器电路306、具有三个独立输入/输出端和一个公共输入/输出端的三选一开关电路307、以及检测线路309。所述第一、第二和第三通信协议可以是选自包括但不限于CDL（CAT DATA LINK）协议、J1939协议、CAN协议、RS485协议以及RS232协议的组中的三个不同通信协议。所述第一收发器电路103的第一输入/输出端连接到所述控制器101以从所述控制器101接收数据或向其发送数据，并且其第二输入/输出端连接到所述三选一开关电路307的第一独立输入/输出端。所述第二收发器电路105的第一输入/输出端连接到所述控制器101以从所述控制器101接收数据或向其发送数据，且其第二输入/输出端连接到所述三选一开关电路307的第二独立输入/输出端。所述第三收发器电路306的第一输入/输出端连接到所述控制器101以从所述控制器101接收数据或向其发送数据，且其第二输入/输出端连接到所述三选一开关电路307的第三独立输入/输出端。所述三选一开关电路307的控制端连接到所述控制器101并从该控制器101接收控制信号DATABUS_SEL_1和DATABUS_SEL_2以选通与其第一、第二或第三独立输入/输出端对应的通道。所述开关电路307的公共输入/输出端连接到该通信单元300的第一外部连接端111。该开关电路307可以使用本领域熟知的任何合适的三选一开关实现，因此在此不再对其具体结构进行详细描述。检测线路309可以由并联连接在所述控制器101和该通信单元100的第二外部连接端313之间的两条导线构成，每一条导线均连接到电源电压Vcc。

所述机器200的第二外部连接端子303例如配置成能够使所述两条导线中的每一条接地（由此向控制器101提供低电平信号）或悬空（由此向控制器101提供高电平信号），使得支持不同通信协议的机器能够向控制器101提供不同的检测信号。例如，以“0”表示接地的导线向控制器101提供低电平信号，“1”表示悬空的导线向控制器101提供高电平信号，下表示出了不同机器可以提供的不同检测信号。

机器类型	检测信号
		支持第一通信协议	00
支持第二通信协议	01（或10）
		支持第三通信协议	11

本领域技术人员可以想到，在提供更多个收发器电路的情况下，可以在检测线路中提供更多条导线，以提供更多种由不同的高电平信号和低电平信号的组合构成的检测信号。或者，例如，还可以将检测线路的309的两条导线分别标识为第一导线和第二导线，使得“01”和“10”分别代表不同的检测信号。

检测线路309的结构并不限于上面所描述的那种。例如，检测线路309也可以由连接在所述控制器101和该通信单元100的第二外部连接端之间的一条导线构成。相应地，可以通过使支持不同通信协议的机器通过检测线路309向控制器101提供具有不同电平的电压信号，来使得（通信协议）不同的机器向控制器提供不同的检测信号。

应当理解，以上图示和描述的实施例是示例性的，本发明不限于此。例如可以根据实际需要为通信单元配置任何合适数量的不同类型的收发器以及采用相应的n（n≥2）选一开关；或者例如，可以采用不同结构的检测线路并相应地配置机器的第二外部连接端，只要支持不同协议的机器的第二外部连接端能够通过检测线路向控制器输入不同的检测信号即可。此外，例如，所述第一、第二和第三收发器电路中的一个或多个还可以包括连接到所述控制器101的控制端，用于从所述控制器101接收去激活信号，以便去激活不需要的收发器电路（即，除了支持机器200的通信协议的收发器电路之外的剩余收发器电路）；或者，可以使所有收发器电路处于常关闭（即去激活）状态，控制器101根据所接收的检测信号向所需的收发器电路的控制端发送激活信号以激活该收发器电路，由此可以节省电能。例如，通信单元100、300还可以包括位于所述n（n=2或3）选一开关电路107、307与所述第一外部连接端111之间的保护电路（未示出）。通信单元100、300例如还可以包括用于与后台进行无线通信的通信模块（未示出），以便向后台发送信息（例如，所收集的机器200的各种工作参数等）和/或从后台接收命令，从而实现对机器200的远程控制。此外，例如，检测线路109还可以经由适当的电阻器连接到电源电压Vcc并且/或者包括合适的放大器等其它电路部件。

工业实用性

图3的流程图示出了图1的机器通信系统的操作。在通信单元100和机器200通过第一和第二外部连接端111、113以及第一和第二外部连接端201、203连接之后，控制器101根据从检测线路109接收到信号判断机器200支持第一通信协议还是第二通信协议（S100）。如果控制器101从检测线路109接收到低电平，则判断机器200支持第一通信协议，由此向二选一开关107发出控制信号使得与第一收发器电路103连接的通道导通（S110），从而第一收发器电路103可以经由开关电路107连接到第一外部连接端111（S120），由此支持第一通信协议的机器200能够经由第一收发器电路103与控制器101进行通信。如果控制器101从检测线路109接收到高电平，则判断机器200支持第二通信协议，由此向二选一开关107发出控制信号使得与第二收发器电路105连接的通道导通（S130），从而第二收发器电路105可以经由开关电路107连接到第一外部连接端111（S140），由此支持第二通信协议的机器200能够经由第二收发器电路105与控制器101进行通信。

图2所示的机器通信系统的操作与图1所示的机器通信系统的操作相似。更具体地，如果控制器101从检测线路309的两条导线上都接收到低电平信号，则判断机器200支持第一通信协议，由此向开关电路307发出控制信号使得与第一收发器电路103连接的通道导通，从而第一收发器电路103可以经由开关电路307连接到第一外部连接端111，由此支持第一通信协议的机器200能够经由第一收发器电路103与控制器101进行通信；如果控制器101从检测线路309中的一条导线上接收到高电平信号而从另一条导线上接收到低电平信号，则判断机器200支持第二通信协议，由此向开关电路307发出控制信号使得与第二收发器电路105连接的通道导通，从而第二收发器电路105可以经由开关电路307连接到第一外部连接端111，由此支持第二通信协议的机器200能够经由第二收发器电路105与控制器101进行通信；如果控制器101从检测线路309中的两条导线上都接收到高电平信号，则判断机器200支持第三通信协议，由此向开关电路307发出控制信号使得与第三收发器电路306连接的通道导通，从而第三收发器电路306可以经由开关电路307连接到第一外部连接端111，由此支持第三通信协议的机器200能够经由第三收发器电路306与控制器101进行通信。

根据本发明，无需在通信单元侧为每种协议配置单独的连接端并且不需要人工选择相应的连接端和机器外部连接端，由此使得操作更简单；在采用保护电路的情况下，可以仅使用一个保护电路，由此实现了更简单的电路构造；此外，在通过控制端对收发器电路进行激活/去激活的情况下，可以节省电能。

尽管以上描述和示出了根据本发明第一和第二示例性实施例的机器通信系统，但是应当理解，本发明并不限于上面的具体实施例。可以理解的是，本发明的收发器电路不限于对应于不同的通信协议的收发器。在本发明的其他实施例中，同样的检测线路、控制器和开关电路可以用于对不同种类或不同性质的若干个收发器电路进行选择。

因此，在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的范围内，本领域技术人员可能对根据本发明的系统中的部件或线路做出各种修改，这些修改也落入本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种机器通信系统，包括：

通信单元，其具有控制器、n个收发器电路、检测线路以及n选一开关电路，其中n为自然数且n≥2，每一个所述收发器电路分别支持n种通信协议中的一种并且包括连接到所述控制器以从所述控制器接收数据或向其发送数据的第一输入/输出端、以及连接到所述n选一开关电路的n个独立输入/输出端中相应一个的第二输入/输出端，所述n选一开关电路的公共输入/输出端连接到该通信单元的第一外部连接端且控制端连接到所述控制器以接收来自所述控制器的控制信号，所述检测线路的一端连接到所述控制器且另一端连接到该通信单元的第二外部连接端；

机器，其支持所述n种通信协议中的一种并且具有：第一外部连接端，其能够与所述通信单元的第一外部连接端连接；以及第二外部连接端，其能够与所述通信单元的第二外部连接端连接以便经由所述检测线路向所述控制器提供与该机器所支持的通信协议对应的检测信号，

其中所述控制器根据所接收的检测信号向所述n选一开关电路发送控制信号以导通与所述收发器电路中的一个连接的独立输入/输出端所对应的通道，该一个收发器电路支持所述机器所支持的通信协议，从而所述控制器能够经由该一个收发器电路与所述机器进行数据通信。

2.根据权利要求1所述的机器通信系统，其中n等于2，所述n种通信协议包括第一通信协议和第二通信协议。

3.根据权利要求2所述的机器通信系统，其中所述检测线路还连接到电源电压Vcc，支持第一通信协议的机器的第二外部连接端经由所述检测线路向所述控制器提供低电平信号，并且支持第二通信协议的机器的第二外部连接端将所述机器的第二外部连接端悬空使得经由所述检测线路向所述控制器提供具有电压V的高电平信号，其中低电平＜V≤Vcc。

4.根据权利要求3所述的机器通信系统，其中所述低电平信号具有电池地电位。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的机器通信系统，还包括保护电路，该保护电路连接在所述n选一开关电路的公共输入/输出端与所述通信单元的第一外部连接端之间。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的机器通信系统，其中每一个所述收发器电路包括连接到所述控制器的控制端，并且所述控制器配置成通过所述控制端向除了所述一个收发器电路之外的剩余收发器电路传送去激活信号，以去激活剩余收发器电路。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的机器通信系统，其中每一个所述收发器电路包括连接到所述控制器的控制端并且配置成处于常关闭状态，所述控制器配置成通过所述一个收发器电路的控制端向其发送激活信号，以激活该一个收发器电路。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的机器通信系统，其中所述n种通信协议选自包括CDL协议、J1939协议、CAN协议、RS485协议以及RS232协议的组。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的机器通信系统，其中所述机器选自在工程、建筑、农业或采矿领域中使用的机器的组。

10.根据权利要求9所述的机器通信系统，其中所述机器是装载机、平地机、推土机、挖掘机、压实机或运载卡车。

11.根据权利要求2-4中任一项所述的机器通信系统，其中所述通信单元还包括线束，所述通信单元的第一外部连接端对应于所述线束中的两个引脚，所述通信单元的第二外部连接端对应于所述线束中的一个引脚。

12.一种通信单元，包括：

控制器；n选一开关电路，其公共输入/输出端连接到该通信单元的第一外部连接端且控制端连接到所述控制器以接收来自所述控制器的控制信号，其中n为自然数且n≥2；

n个收发器电路，每一个所述收发器电路分别支持n种通信协议中的一种并且包括连接到所述控制器以从所述控制器接收数据或向其发送数据的第一输入/输出端、以及连接到所述n选一开关电路的n个独立输入/输出端中相应一个的第二输入/输出端；以及

检测线路，其一端连接到所述控制器且另一端连接到该通信单元的第二外部连接端，以经由该第二外部连接端从外部机器接收检测信号，

其中在所述通信单元经由所述第一外部连接端和第二外部连接端与外部机器连接时，所述控制器能够根据所述检测信号向所述n选一开关电路发送控制信号以导通与所述收发器电路中的一个连接的独立输入/输出端所对应的通道，该一个收发器电路支持所述外部机器所支持的通信协议，从而所述控制器能够经由该一个收发器电路与所述外部机器进行数据通信。

13.根据权利要求12所述的通信单元，其中n=2，所述n种通信协议包括第一通信协议和第二通信协议。

14.根据权利要求12或13所述的通信单元，还包括保护电路，该保护电路连接在所述n选一开关电路的公共输入/输出端与所述第一外部连接端之间。

15.根据权利要求12或13所述的通信单元，其中每一个所述收发器电路包括连接到所述控制器的控制端并且配置成处于常激活状态，并且所述控制器配置成通过所述控制端向除了所述一个收发器电路之外的剩余收发器电路传送去激活信号，以去激活剩余收发器电路。

16.根据权利要求12或13所述的通信单元，其中每一个所述收发器电路包括连接到所述控制器的控制端并且配置成处于常关闭状态，并且所述控制器配置成通过所述一个收发器电路的控制端向其发送激活信号，以激活该一个收发器电路。

17.根据权利要求12或13所述的通信单元，其中所述n种通信协议选自包括CDL协议、J1939协议、CAN协议、RS485协议以及RS232协议的组。

18.根据权利要求13所述的通信单元，其中所述通信单元还包括线束，所述通信单元的第一外部连接端对应于所述线束中的两个引脚，所述通信单元的第二外部连接端对应于所述线束中的一个引脚。

19.一种机器通信系统，包括：

通信单元，其具有控制器、n个收发器电路、检测线路以及n选一开关电路，其中n为自然数且n≥2，每一个所述收发器电路包括连接到所述控制器以从所述控制器接收数据或向其发送数据的第一输入/输出端、以及连接到所述n选一开关电路的n个独立输入/输出端中相应一个的第二输入/输出端，所述n选一开关电路的公共输入/输出端连接到该通信单元的第一外部连接端且控制端连接到所述控制器以接收来自所述控制器的控制信号，所述检测线路的一端连接到所述控制器且另一端连接到该通信单元的第二外部连接端；

机器，包括：第一外部连接端，其能够与所述通信单元的第一外部连接端连接；以及第二外部连接端，其能够与所述通信单元的第二外部连接端连接以便经由所述检测线路向所述控制器提供检测信号，

其中所述控制器根据所接收的检测信号向所述n选一开关电路发送控制信号以导通与所述收发器电路中的一个连接的独立输入/输出端所对应的通道，从而所述控制器能够经由该一个收发器电路与所述机器进行数据通信。

20.一种通信单元，包括：

控制器；

n选一开关电路，其公共输入/输出端连接到该通信单元的第一外部连接端且控制端连接到所述控制器以接收来自所述控制器的控制信号，其中n为自然数且n≥2；

n个收发器电路，每一个所述收发器电路包括连接到所述控制器以从所述控制器接收数据或向其发送数据的第一输入/输出端、以及连接到所述n选一开关电路的n个独立输入/输出端中相应一个的第二输入/输出端；以及

检测线路，其一端连接到所述控制器且另一端连接到该通信单元的第二外部连接端，以经由该第二外部连接端从外部机器接收检测信号，

其中在所述通信单元经由所述第一外部连接端和第二外部连接端与外部机器连接时，所述控制器能够根据所接收的检测信号向所述n选一开关电路发送控制信号以导通与所述收发器电路中的一个连接的独立输入/输出端所对应的通道，从而所述控制器能够经由该一个收发器电路与所述外部机器进行数据通信。