CN104081678A - 在电子模块和传感器之间的通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种在电子模块(10)的微控制器(11)和传感器(20)的微控制器(22)之间进行通信的设备，所述传感器通过供给线(W1)由电子模块(10)供电，和：所述电子模块包括操控信号发生器(40)，其生成通过供给线上的电压调制的操控信号，所述传感器包括被连到供给线的操控信号调节设备(30)，其包括：高通滤波器(FPH)、限压器(LT)、集电极开路输出端(CO)，被配置以使得操控信号调节设备的输出端处的操控信号为恒定平均值的电压信号且被包括在传感器的微控制器的供给电压窗口中。

Description

在电子模块和传感器之间的通信设备

发明领域

本发明涉及一种在电子模块和传感器之间的通信设备。更具体地，本发明提出在机动车辆上车载的电子模块和远离所述电子模块并且位于所述车辆上的传感器之间的通信设备。

背景技术

当今，机动车辆包括对位于车辆上的各种传感器和/或致动器进行控制的多个电子模块。某些模块管理发动机组的传感器和/或致动器。它们被称为ECU(英文为“Engine Control Unit(引擎控制单元)”)，或发动机控制单元。其它模块管理位于车辆车身上的传感器和/或致动器，它们被称为BCM(英文为“BodyControl Module(车身控制模块)”)，即与位于车辆车身上的传感器和/或致动器相关的控制模块。所述BCM于是尤其管理位于车辆车门把手上的检测靠近和/或接触的传感器。

这些检测靠近和/或接触的传感器为本领域技术人员已知的电容式传感器，其检测使用者的手在把手的锁定或解锁区上的靠近和/或接触。电容式传感器检测该靠近和/或接触，然后将检测信息发送给BCM。BCM接收该信息以及来自车辆的其它传感器和/或致动器的其它信息，例如涉及车门状态(锁定/解锁)的信息，或涉及免提访问车辆的设备、即由使用者持有的钥匙或标签(badge)的标识符的信息。然后BCM微控制器分析所有这些数据，以便验证使用者确实被授权访问车辆并且可以实现锁定或解锁。如果使用者被授权，那么BCM触发对车辆的锁定或解锁，即其操控对车门进行锁定或解锁的致动器。

车辆车门把手的尺寸很小，该把手通常仅含有检测传感器，即检测电极、微控制器和相关联的电子器件(例如电源)。通过被集成于传感器上的微控制器来实现检测，但是车门的锁定或解锁的控制被集中在BCM中，在接收到由集成于传感器的微控制器发送的靠近和/或接触的检测信息时，和根据所述情况，如前述所解释的在接收到来自车辆的其它信息时。

因此，在检测传感器和BCM之间存在单向通信，这是因为传感器的唯一功能在于在已检测到靠近时告知BCM。在图1中表示出在检测传感器20和BCM10之间的通信的电子示意图。BCM10包括微控制器11，其通过供电线W1被连到电池电压VBAT以及连到地线GND。BCM10还包括位于供给线W1上的电阻R1。BCM10的微控制器11被连到电阻R1的端子。

传感器20包括通过供给线W1直接连到电池电压VBAT的电源21，并通过BCM10连到地线GND。传感器20此外包括微控制器22，其被连到对靠近和/或接触进行检测的电极23。传感器20的微控制器22监测电极23的端子上的电容变化。当该电容超过阈值时，这表明使用者的手靠近和/或接触在把手上，于是微控制器22向BCM10发送靠近和/或接触的检测信号。为此，微控制器22闭合第一开关S1。该闭合造成穿过位于开关S1和供给线W1之间、在电阻R1下游的电阻R10和二极管D1的电流引入(appel de courant)。该电流引入向BCM10传导并且于是由BCM10的在电阻R1的端子上的微控制器11进行检测。通过根据所确定的顺序闭合开关S1，传感器20的微控制器22于是通过供给线W1向BCM10的微控制器11发送靠近和/或接触的检测信号。BCM10的微控制器11在分析该检测信号之后进行锁定或解锁。

该设备对本领域技术人员来说是已知的。

然而，实际的趋势是在车辆的车门把手中再添加功能性，具体地，再添加例如根据由BCM10检测到的一个或多个具体事件而要发光的光源。该光源通常为LED(英文为“Light Emitting Diode(发光二极管)”)，即被集成在传感器20中和被连到微控制器22的电致发光二极管。

这样实现的目的在于对于使用者的舒适或目的在于美观。例如已检测到车辆周围的某种昏暗时以及被授权访问车辆的使用者已被检测到在车辆附近时，该光源发光。在使用者离开其车辆和在关闭车门之后也可以触发光源的发光，以用于照亮位于把手上的锁定区，他应当按压于该锁定区以锁定其车门。或甚至，在使用者已接触把手时该光源发光，以便照亮解锁区，使用者应当按压于该解锁区以解锁其车辆的门扇和进入其车辆内。通过BCM10检测这些事件(被授权的使用者出现在车辆周围、使用者离开、车门关闭、检测到接触于把手等)。因此，是BCM10其集中这些信息且根据这些信息将发光操控信号发送给光源。

更确切地，该光源的发光由BCM10的微控制器11控制，其根据来自车辆的不同传感器/致动器的信息来协调对LED的发光进行操控的信号的发送。

根据现有技术，通过添加附加有线链路、即通过有线通信、例如LIN(英文为“Local Interconnect Network”，即局域互连网)型总线来实现由BCM10的微控制器11对该光源发光的控制。这被图示于图2。通过被连到位于传感器20中的接口24的有线通信W2，BCM10的微控制器11将光源发光的操控信号发送到传感器20。该接口24格式化操控信号然后将其发送给电极23的微控制器22。该接口24处理其接收自BCM10的信号以便使其与传感器20的微控制器22的供给电压相兼容。然后传感器20的微控制器22在接收到操控信号时触发光源的发光，在该示例中，为通过闭合第二开关S2使LED LED1发光。该闭合造成穿过电阻R11、然后在BCM10方向上穿过LED LED1的电流引入，所述BCM10通过供给线W1被连到电池电压VBAT。然后BCM10通过该相同路径供电给发光的LED LED1。

于是有线通信W2确保自BCM10的微控制器11向传感器20的微控制器22的方向上的通信，用于发送对LED LED1的发光进行操控的信号。并且供给线W1确保了对LED LED1的供电(根据由微控制器22接收的发光操控信号)以便使其发光。

可以考虑对LED LED1进行操控的其它可能性。例如，在BCM10的微控制器11和开关S2之间对穿过LED LED1的电流引入进行控制的直接有线链路W3是有可能的，而没有经过传感器20的微控制器22。

这些解决方案是稳健的，但是其呈现以下缺点，即需要附加的有线链路W2或W3以用于管理自BCM10向传感器20的通信，以便控制位于传感器20中的致动器(LED1)。

要注意到，除LED之外，同样可以控制位于车门把手中的其它致动器。

然而，在位于车门把手中的传感器20和BCM10之间添加有线链路W2(或W3)伴随着集成的问题，这是由于把手中受限的空间和针对BCM10的连接和成本问题，因为为了包括LED的把手模型应当特别地更改该BCM10，并且因此不再可考虑对于所有把手模型而言公共的一般BCM。

发明内容

本发明提出要解决的就是这些问题。在这种情况下，本发明提出使用供给线W1用于自BCM10的微控制器11向传感器20的微控制器22发送操控信号，以便控制位于传感器20中的致动器(例如LED LED1)的运行。相对于现有技术，本发明的优点因此在于消除了在BCM10和传感器20之间用于管理该致动器运行的第二有线链路(W2或W3)。

于是，使用供给线W1，不仅是用于将靠近检测信号从传感器20发送给BCM10(如现有技术中的情况)和用于给LED LED1供电，还为了将该LED LED1的发光操控信号从BCM10的微控制器11发送给传感器20的微控制器22。

根据本发明，供给线W1因此使得能够在传感器20和BCM10之间进行双向通信：

·在传感器20向BCM10的方向上以用于发送靠近和/或接触的检测信号，

·在BCM10向传感器20的方向上以用于发送致动器(LED LED1的发光)的操控信号。

然而，自供给线W1(即自电池电压VBAT)生成的LED LED1的发光操控信号呈现出重大缺陷，即其不位于传感器20的微控制器22的供给电压窗口中并且为波动平均值(根据自车辆的不同装备朝向电池的电流引入)。这种类型的信号不与传感器的微控制器22相兼容，以及不可由该微控制器22作为操控信号来处理。因此，本发明此外提出一种通信设备，其自电池电压VBAT向传感器20的微控制器22供应操控信号，该操控信号位于该微控制器22的供给电压的窗口中且其平均电压值是恒定的，以便该微控制器22可以将其用作操控信号，以用于控制LED的发光或用于管理位于把手中的所有其它致动器的运行。

本发明提出一种在电子模块的微控制器和传感器的微控制器之间进行通信的设备，以便将电子模块的微控制器的操控信号发送给传感器的微控制器，所述传感器的微控制器配备有供给电压的窗口，所述传感器通过被连到电压的供给线而由电子模块供电，本发明在于以下特征：

·所述电子模块包括操控信号发生器，其被连到电子模块的微控制器且被连到供给线，以生成通过供给线上的电压调制的操控信号，

·所述传感器包括操控信号调节设备，其被连到供给线和传感器的微控制器

·所述操控信号调节设备包括：

-高通滤波器，

-限压器，

-集电极开路输出端，

·被布置以使得操控信号调节设备的输出端处的操控信号为恒定平均值的电压信号且其值被包括在传感器的微控制器的供给电压窗口中。

在优选的实施例中，所述设备包括如下特征：

·所述高通滤波器包括电容器，其被连到并联安置的第一和第二电阻，和

·所述限压器包括第一和第二二极管，其被布置以使得：

·所述第一二极管以导通方向自地线被连接到所述电容器的输出端，

·所述第二二极管以导通方向被安置成与第二电阻并联，所述第二电阻被连到所述电容器的输出端，和

·所述集电极开路输出端包括第三和第四电阻和晶体管，其被布置以使得：

·所述第三电阻被串联连到第二电阻，和

·所述第三电阻被连到所述晶体管的基极输入端，

·所述晶体管的发射极输出端被连到地线，并且集电极输出端被并联连到所述传感器的微控制器，以及被连到第四电阻。

合理地，所述操控信号发生器包括：

·被连到地线的开关，和

·电阻。

有利地，所述信号调节设备此外包括被连到所述传感器的微处理器和被连到所述第一电阻和第四电阻的开关。

在实施例中，所述操控信号为被集成在所述传感器中的致动器的控制信号或光源的发光信号，并且更具体地，所述传感器被集成在机动车辆的车门把手中，以及所述电压为来自车辆电池的电压。

在第二实施例中，所述操控信号为传感器的校准信号，其使得能够根据由电子模块的微控制器接收的信息来配置传感器的运行参数。这些信息来自位于车辆上的各种传感器和致动器。

本发明还涉及包括根据以上特征中任一项的通信设备的任何机动车辆。

附图说明

从随后作为非限制性实施示例、参照示意性附图所进行的描述，本发明的其它目的、特征和优点将变得更加明显，其中：

·图1表示了根据现有技术的在检测靠近和/或接触的传感器以及BCM之间的通信设备的电学示意图，

·图2表示了根据现有技术的在装配有LED的检测传感器以及BCM之间的通信设备的电学示意图，

·图3表示了根据本发明的在装配有LED的检测传感器以及BCM之间的通信设备的电学示意图，

·图4包括图形4a、4b、4c和4d且作为时间的函数来表示根据本发明的LED发光操控信号，该信号在供给线上的不同点处自BCM发送到传感器。

具体实施方式

已在前面解释了图1和2。

在图3中表示了根据本发明的双向通信设备。BCM10通过供给线W1将LED LED1的发光操控信号发送给传感器20。

通过供给线W1而自传感器20向BCM10的通信相对于现有技术没有改变。即由电极23对使用者手的靠近进行的检测产生检测信号，其由传感器20的微控制器22通过供给线W1发送给BCM10。

为了实现自BCM10向传感器20的通信，以用于操控位于传感器20中的致动器(LED1)的启动，本发明提出在BCM10的微控制器11的输出端处再添加操控信号发生器40。该操控信号发生器40包括开关S4(例如以晶体管的形式)和被连到供给线W1的电阻R2。通过根据所确定的顺序闭合开关S4，BCM10的微控制器11生成操控信号，这通过供给线W1上的电压调制，在传感器20的微控制器22方向上。在点P2上的处于所确定的频率的该操控信号经受电池电压VBAT的波动，并且因此它为波动平均值。接近电池电压VBAT的其电压不位于传感器20的微控制器22的供给电压的窗口F(参照图4b)中，所述窗口通常确实位于电池电压VBAT以下。因此，操控信号诸如在BCM10的输出端处不能被传感器20的微控制器22用作LED LED1的发光操控信号。

根据本发明，该操控信号被发送到信号调节设备30，所述信号调节设备30被集成在传感器20中且被连到传感器20的微控制器22。该信号调节设备30的目的在于将来自BCM10的操控信号转换成恒定平均值的电压信号且位于传感器20的微控制器22的供给电压窗口F中，以便该微控制器22能够如操控信号那样处理它。

被图示于图3的该操控信号调节设备30包括高通滤波器FPH、限压器LT和集电极开路输出端CO，即本领域技术人员已知的双极技术的逻辑集成电路的输出类型。

所述调节设备30的元件如下：

·包括电容器C1、第一和第二电阻R3、R4的高通滤波器FPH，

·包括第一和第二二极管D2和D3的限压器LT，

·包括第三和第四电阻R5和R6以及晶体管T1的集电极开路输出端CO，

·所述设备此外包括被连到微控制器22的开关S3。

以如下方式布置所述元件：

·电容器C1的输出端被并联连接：

-至第一电阻R3的输入端，

-至第一二极管D2的导通方向上的输出端，

-至第二二极管D3的输入端，

-至第二电阻R4的输入端，以及

·第一电阻R3的输出端被连到开关S3，

·第一二极管D2被连到地线，

·第二二极管D3以导通方向被接线成与第二电阻R4并联，且被连到该电阻的端子，

·第二电阻R4的输出端被串联连接到第三电阻R5的输入端，

·第三电阻R5的输出端被连到晶体管T1的基极，晶体管T1的集电极输出端被并联连到微控制器22的输入端和第四电阻R6的输入端，且其另一发射极输出端被连到地线，

·第四电阻R6的输出端被连到开关S3。

在下面解释操控信号调节设备30的运行。

以解释的目的，图4图示了作为时间t的函数、在供给线W1上的不同位置处、从BCM10的微控制器11的输出端到传感器20的微控制器22的输入端的LED LED1的发光操控信号：

·在图形4a上表示了在点P1处由BCM10的微控制器11生成的操控信号(参照图3)，

·在图形4b上表示了在点P2处由BCM10生成的操控信号(参照图3)，即在BCM10的输出端处，在供给线W1上，且被连到电池电压VBAT，

·在图形4c上表示了在点P3处的操控信号，即在调节设备30的高通滤波器FPH的输出端处(参照图3)，

·在图形4d上表示了在点P4处的操控信号(参照图3)，即在调节设备30的输出端处和传感器20的微控制器22的输入端处。

在点P1处由BCM10的微控制器11生成的操控信号(参照图形4a)为小于电池电压VBAT的幅度V1的固定频率信号，例如V1＝3，3伏特和VBAT＝13伏特。

该操控信号通过供给线W1传输到传感器20。在点P2处，操控信号为电池电压VBAT的调制信号。其具有与在点P1处微控制器11输出端处相同的频率，但是其不再参考0伏特且其最小值V2MIN接近电压值VBAT。在我们的示例的情况下，其中开关S4为晶体管，其还被反向的。在该点P2处，操控信号在两个电压值V2MIN(例如8伏特)和V2MAX(例如11伏特)之间振荡。电池电压VBAT不断波动(例如由于外部温度的波动或被连接到电池的辅助装备的启动)，因此操控信号的最小值和最大值V2MIN和V2MAX同样波动，并且在该点P2处的操控信号不能由传感器20的微控制器22用作操控信号，如前文所解释的。

在图4c中(点P3处)，在高通滤波器FPH之后，操控信号为最大值V3MAX(约为3伏特)和被参考于接近0伏特。对于最小值其具有V3MIN＝-1伏特。其还经受来自电池的动态波动，且没有被包括在微控制器的供给电压窗口F(其为[0；2，5V])中。

在图4d中(点P4处)，即在操控信号的调节设备30的输出端处，操控信号相对于图4c所示的被反向(由于晶体管T1的导通)且其被参考于0伏特。操控信号为恒定平均值且其具有明显小于VBATT的最大电压值V4(约为2，5伏特)，其被包括在传感器20的微控制器22的供给电压窗口F中。

如此格式化的操控信号可以由传感器20的微控制器22作为曼彻斯特(Manchester)信号型操控信号进行处理，即在图4d中得到的操控信号根据状态改变的交替而进行编码，例如状态“0”对应于操控信号在所确定时段t1期间处于电压值V4，并且状态“1”对应于操控信号在不同于t1的所确定时段t2期间处于电压值V4。如此由传感器20的微控制器22识别出的0和1的序列使得能够形成其进行解码的LED LED1的发光操控消息。

在说明性示例中，为了在传感器20的微控制器22的输入端处产生被包括在0和2，5V之间的信号，操控信号调节设备30的不同组件的值的窗口如下：

·电容器C1：从4，7nF到100nF，

·第一和第二二极管D2、D3：“BAS21”类型的标准二极管，

·第一电阻R3：从47kΩ到470kΩ，

·第二电阻R4：从10kΩ到100kΩ，

·第三电阻R5：从100Ω到1kΩ，

·第四电阻R6：从1kΩ到100kΩ。

在传感器20的微控制器22接收到该操控信号时，其因此闭合开关S2，以用于进行来自BCM10的电流引入，以便使LED LED1发光。

如前文所解释的，通过供给线W1将涉及靠近检测的信息从传感器20发送到BCM10仍然保持与现有技术相同。靠近和/或接触的检测信号通过传感器20的微控制器22以电流引入的形式发送给BCM10，其由BCM10的微控制器11进行检测和解码。

该检测信号只持续几毫秒且为固定频率，其只有在传感器20的微控制器22检测到电极23端子处的电压已达到阈值时才被发送。

该信号在该信号的各个周期之间为固定频率，供给线W1可以被BCM10用于将LED LED1的发光操控信号发送给传感器20。为此，操控信号被插入在两个接连的检测信号之间就足够了，以便避免在这两个信号之间的冲突。操控信号可以是与接收信号不同的频率或相同的频率。

注意到，自BCM10朝向传感器20的LED LED1的发光操控信号可以依赖于来自位于车辆上的其它传感器并由BCM10接收的其它信息。LED LED1的发光逻辑由BCM10的微控制器11管理。该微控制器11管理供给线W1上的通信，和因此管理在检测信号的接收和LED LED1的发光操控信号的发送之间的协调。

操控信号调节设备30的开关S3是可选的。这使得传感器20的微控制器22能够激活或去活其与操控信号调节设备30的连接。于是，如果例如传感器20的微控制器22检测到LED LED1有故障，则其可以断开开关S3且不再接收来自BCM10的操控信号。开关S3还使得传感器20的微控制器22能够只在固定时间间隔内或在具体事件之后、如在靠近和/或接触的检测之后接收操控信号。这使得能够降低传感器20的微控制器22的能量消耗。

因此，本发明使得能够通过供给线W1在BCM10和传感器20之间进行双向通信，从而在自BCM10向传感器20的通信方向上供应对被集成在传感器20上的致动器或其它设备(例如LED)的操控信号，其以这样的信号的形式：所述信号的平均值是恒定的且被包括在传感器20的微控制器22的供给电压窗口F中，即被格式化以使得其可以通过该微控制器22作为例如曼彻斯特(Manchester)型操控信号来处理。

当然，本发明不限于所描述的实施例，并且可以考虑通过实施本发明的供给线W1来一起操控LED和致动器。本发明的另一种实施包括根据传感器所在的环境、通过操控信号向传感器的校准表发送参考来校准传感器。本发明在该情况下使得能够在各种汽车上使用一般传感器并且使得能够根据自每个车辆上的BCM接收的数据(把手的尺寸、希望的检测区等)来进行其校准。

Claims (8)

1.一种在电子模块(10)的微控制器(11)和传感器(20)的微控制器(22)之间进行通信的设备，以便从所述电子模块(10)的微控制器(11)向所述传感器(20)的微控制器(22)发送操控信号，所述传感器(20)的微控制器(22)配备有供应电压窗口(F)，并且所述传感器(20)通过被连到电压源(VBAT)的供给线(W1)由所述电子模块(10)供电，所述设备的特征在于：

·所述电子模块(10)包括操控信号发生器(40)，其被连到所述电子模块(10)的微控制器(11)且被连到供给线(W1)，生成通过供给线(W1)上的电压调制的操控信号，

·所述传感器(20)包括操控信号调节设备(30)，其被连到供给线(W1)和所述传感器(20)的微控制器(22)，

·所述操控信号调节设备(30)包括：

o高通滤波器(FPH)，

o限压器(LT)，

o集电极开路输出端(CO)，

·被布置以使得所述操控信号调节设备(30)的输出端处的操控信号为恒定平均值的电压信号且其值被包括在所述传感器(20)的微控制器(22)的供给电压窗口(F)中。

2.根据前项权利要求所述的通信设备，其特征在于：

·所述高通滤波器(FPH)包括电容器(C1)，其被连到并联安置的第一电阻(R3)和第二电阻(R4)，和

·所述限压器(LT)包括第一和第二二极管(D2，D3)，和

-所述第一二极管(D2)以导通方向自地线被连向所述电容器(C1)的输出端，

-所述第二二极管(D3)以导通方向被安置成与第二电阻(R4)并联，所述第二电阻(R4)被连到所述电容器(C1)的输出端，

·所述集电极开路输出端(CO)包括第三和第四电阻(R5，R6)和晶体管(T1)，和

-所述第三电阻(R5)被串联连到第二电阻(R4)，和

-所述第三电阻(R5)被连到所述晶体管(T1)的基极输入端，和

-所述晶体管(T1)的发射极输出端被连到地线，以及集电极输出端被并联连到所述传感器(20)的微控制器(22)，以及被连到第四电阻(R6)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的通信设备，其特征在于，所述操控信号发生器(40)包括：

·被连到地线的开关(S4)，和

·电阻(R2)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的通信设备，其特征在于：

·所述信号调节设备(30)此外包括被连到所述传感器(20)的微处理器(22)的开关(S3)，和

·所述第一电阻(R3)和第四电阻(R6)被连到开关(S3)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的通信设备，其特征在于，所述操控信号为被集成在所述传感器(20)中的致动器的控制信号和/或光源(LED1)的发光信号。

6.根据权利要求1到4所述的通信设备，其特征在于，所述操控信号为传感器(20)的校准信号。

7.根据前述权利要求中任一项所述的通信设备，其特征在于，所述传感器(20)被集成在机动车辆的车门把手中，以及所述电压(VBAT)为来自车辆电池的电压。

8.包括根据前述权利要求中任一项所述的通信设备的机动车辆。