CN112148321B - 一种汽车智能电子设备微控制器抗干扰升级系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种汽车智能电子设备微控制器抗干扰升级系统及方法，本发明通过在主、从设备间增加第一三极管转换电路、第二三极管转换电路将两端的TX,RX信号合成复用为一根信号进行通信传输。升级时主设备主动发出升级命令和升级数据，等待从设备应答。从设备处于监听状态，收到对于自己的命令和数据后，进行相应编程工作，并返回成功应答。
Description
技术领域
本发明涉及智能设备在线升级技术领域，尤其是一种汽车智能电子设备微控制器抗干扰升级系统及方法。
背景技术
随着无人驾驶汽车、电动汽车的兴起，汽车中传统的机械设备，钥匙、门窗、雨刮、散热水泵，它们将被智能电子钥匙、电子门窗、电子雨刮、直流无刷散热水泵所替代。智能设备的一个特点就是软件可升级。现有的汽车智能电子设备升级系统中，主设备端向从设备端发送升级文件或数据，从设备端接收到升级数据后升级本地系统配置。而主、从智能设备的控制中心通常是一颗通用MCU，全双工的异步串口是通用MCU的必备接口，异步串口的信号管脚包括TX，RX 两根管脚。图1所示为现有的一种汽车智能电子设备系统中，在这个系统中，汽车的发电机、引擎都是噪声源，汽车里面信号走线由于有规范，往往走线很长，很容易引入干扰。该系统通过CAN总线升级，就需要额外的接口芯片，总体成本贵，而且CAN协议升级软件开发复杂，工作量大。
也有的升级系统采用的是全双工的RS232串口，如图2所示。但是RS232串口通信需要增加2根全双工信号线，需要增加接口电平转换芯片，成本增加总体成本也较贵。
发明内容
发明目的：为克服现有技术的CAN网络协议复杂，软件工作量巨大，成本高的缺陷，本发明提出一种汽车智能电子设备微控制器抗干扰升级系统及方法，通过简单的三极管电路将主设备和从设备之间的两根信号线转换为一根信号线，提高传输电平，并增强抗干扰性能。
技术方案：为实现上述目的，本发明给出的技术方案为：
一种汽车智能电子设备微控制器抗干扰升级系统,包括主设备MCU、从设备、第一三极管转换电路、第二三极管转换电路，主设备和从设备MCU均具备全双工的异步串口，主、从设备之间通过第一三极管转换电路和第二三极管转换电路进行数据交互，实现主设备对从设备的升级；其中，
第一三极管转换电路包括：PNP三极管
、及电阻,、的发射极接地，的基极通过
连接从设备异步串口的TX管脚，的集电极连接的基极，同时通过连接抗干扰高电平，的集电极通过连接抗干扰高电平，同时通过、串联支路接地，的集电极还作为第一三极管转换电路的信号复用端；、的连接点连接从设备异步串口的RX管脚；
第二三极管转换电路包括：PNP三极管、及电阻，、的发射极接地，的基极与的集电极相连，的集电极作为第二三极管转换电路的信号复用端，与串联，串联支路一端接地，另一端连接的集电极，与的连接点连接主设备异步串口的RX管脚，的集电极通过连接抗干扰高电平，的基极通过连接主设备异步串口的TX管脚；
第一三极管转换电路的信号复用端与第二三极管转换电路的信号复用端相连。
一种基于所述汽车智能电子设备微控制器抗干扰升级系统的升级方法，在进行升级时，主设备执行以下步骤：
（1）在主设备上，将待升级的文件或数据分割成多个数据包；
（2）主设备通过第二三极管转换电路向从设备MCU主动发起升级命令和升级数据包，等待从设备应答；
（3）如果收到从设备的应答，则主设备发送下一包升级数据；如果没有收到应答，则重新传输当前数据包；
（4）如果所有数据包发送完成，说明升级完成，结束整个升级过程；
从设备执行以下步骤：
（5）从设备MCU不主动发送数据，仅在正确接收到主设备发送的升级命令和升级数据包后才通过第一三极管转换电路反馈应答消息；从设备的TX管脚在不发送数据时输出高电平，使Q1导通且Q2不导通，此时第二三极管转换电路的信号复用端的电压被R3拉高，此时从设备的RX管脚不接收数据，而当第二三极管转换电路的信号复用端的电压信号被主设备驱动时，Q1导通，Q2不导通，从设备的RX管脚才能正确接收数据；此时需要用R4、R5分压，将12V电平降低为从设备MCU可以接受的电压；
（6）每当正确接收到主设备发送的升级数据包，从设备MCU就根据接收到的升级数据包升级本端设备。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
本发明采用时分复用的主从应答机制，通过三极管提高传输信号的电平幅度，利用一根低成本的信号，独立于现有汽车CAN网络，不增加额外成本就能满足汽车内智能设备的软件升级数据包的传输需求。
附图说明
图1 为现有的采用CAN总线升级的汽车智能电子设备微控制器升级系统示意图；
图2为现有的采用全双工的RS232串口进行升级的汽车智能电子设备微控制器升级系统示意图；
图3为本发明所述汽车智能电子设备微控制器抗干扰升级系的结构图；
图4为第一三极管转换电路和第二三极管转换电路的电路拓扑图；
图5为本发明所述汽车智能电子设备微控制器抗干扰升级方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
图3所示为本发明所述的一种汽车智能电子设备微控制器抗干扰升级系,包括主设备MCU、从设备MCU、第一三极管转换电路、第二三极管转换电路，主、从设备MCU均具备全双工的异步串口，主、从设备之间通过第一三极管转换电路和第二三极管转换电路进行数据交互，实现主设备对从设备的升级；其中，第一三极管转换电路和第二三极管转换电路的电路拓扑图如图4所示：
第一三极管转换电路包括：PNP三极管
、及电阻,、的发射极接地，的基极通过连接从设备MCU的TX管脚，的集电极连接的基极，同时通过连接抗干扰高电平，的集电极通过连接抗干扰高电平，同时通过、串联支路接地，的集电极还作为第一三极管转换电路的信号复用端；、的连接点连接从设备MCU的RX管脚；
第二三极管转换电路包括：PNP三极管、及电阻，、的发射极接地，的基极与的集电极相连，的集电极作为第二三极管转换电路的信号复用端，与串联，串联支路一端接地，另一端连接的集电极，与的连接点连接主设备MCU的RX管脚，的集电极通过连接抗干扰高电平，的基极通过连接主设备MCU的TX管脚；
第一三极管转换电路的信号复用端与第二三极管转换电路的信号复用端相连。
本发明还提出一种基于所述汽车智能电子设备微控制器抗干扰升级系统的升级方法，起工作流程如图5所示：
在进行升级时，主设备执行以下步骤：
（1）在主设备上，将待升级的文件或数据分割成多个数据包；
（2）主设备通过第二三极管转换电路向从设备MCU主动发起升级命令和升级数据包，等待从设备应答；
（3）如果收到从设备的应答，则主设备发送下一包升级数据；如果没有收到应答，则重新传输当前数据包；
（4）如果所有数据包发送完成，说明升级完成，结束整个升级过程；
从设备执行以下步骤：
（5）从设备MCU不主动发送数据，仅在正确接收到主设备发送的升级命令和升级数据包后才通过第一三极管转换电路反馈应答消息；从设备的TX管脚在不发送数据时输出高电平，使Q1导通且Q2不导通，此时第二三极管转换电路的信号复用端的电压被R3拉高，此时从设备的RX管脚不接收数据，而当第二三极管转换电路的信号复用端的电压信号被主设备驱动时，Q1导通，Q2不导通，从设备的RX管脚才能正确接收数据；此时需要用R4、R5分压，将12V电平降低为从设备MCU可以接受的电压；
（6）每当正确接收到主设备发送的升级数据包，从设备MCU就根据接收到的升级数据包升级本端设备。
下面通过具体实施例进一步阐述本发明的技术方案。
以图3至4所示的系统为例，图3中，左边是从设备（智能设备），MCU_TX/MCU_RX 两根信号来自于MCU，它们的电压是3.3V或者5V。MCU_TX信号通过Q1/Q2两个三极管，将信号电平提升为12V，12V的信号线在汽车内走线较长，12V的高电平就起到抗干扰的作用。比如干扰信号幅度是一定的，为3V，如果叠加在12V信号线上，接收端不会识别错误，而如果在信号线上传输的信号电平直接采用3.3V或5V，叠加这个干扰信号后，就很容易出现数据识别错误。从设备的MCU_TX在不发送数据时输出高电平，这样Q1导通，Q2不导通，Line_TRX信号不是被Q2驱动为高，而是被R3上拉电阻拉高，当Line_TRX信号被主设备驱动时，MCU_RX才能正确接收数据。此时需要用R4/R5电阻分压，将12V电平降低为MCU可以接受的电压。
右边是主设备（升级设备），主设备的Line_TRX信号与从设备的Line_TRX信号连接。Device_RX/TX信号与电脑串口或升级设备的控制器相连。主设备不升级时，Device_TX为高，Q4导通，Q3不导通，所以从设备发回来的应答信号的接收不会被影响。R6/R7电阻也起到了电压分压保护的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种汽车智能电子设备微控制器抗干扰升级系统，其特征在于，包括主设备MCU、从设备、第一三极管转换电路、第二三极管转换电路，主设备和从设备MCU均具备全双工的异步串口，主、从设备之间通过第一三极管转换电路和第二三极管转换电路进行数据交互，实现主设备对从设备的升级；其中，
第一三极管转换电路包括：PNP三极管Q1、Q2及电阻R1～R5，Q1、Q2的发射极接地，Q1的基极通过R1连接从设备异步串口的TX管脚，Q1的集电极连接Q2的基极，同时通过R2连接12V电平，Q2的集电极通过R3连接12V电平，同时通过R4、R5串联支路接地，Q2的集电极还作为第一三极管转换电路的信号复用端；R4、R5的连接点连接从设备异步串口的RX管脚；
第二三极管转换电路包括：PNP三极管Q3、Q4及电阻R6～R9，Q3、Q4的发射极接地，Q3的基极与Q4的集电极相连，Q3的集电极作为第二三极管转换电路的信号复用端，R6与R7串联，串联支路一端接地，另一端连接Q3的集电极，R6与R7的连接点连接主设备异步串口的RX管脚，Q4的集电极通过R8连接抗干扰高电平，Q4的基极通过R9连接主设备异步串口的TX管脚；
第一三极管转换电路的信号复用端与第二三极管转换电路的信号复用端相连。
2.一种基于权利要求1所述汽车智能电子设备微控制器抗干扰升级系统的升级方法,其特征在于，在进行升级时，主设备执行以下步骤：
(1)在主设备上，将待升级的文件或数据分割成多个数据包；
(2)主设备通过第二三极管转换电路向从设备MCU主动发起升级命令和升级数据包，等待从设备应答；主设备不升级时，主设备异步串口的TX为高，此时Q4导通，Q3不导通，从设备发回来的应答信号被正常接收；R6、R7起到电压分压保护的作用；
(3)如果收到从设备的应答，则主设备发送下一包升级数据；如果没有收到应答，则重新传输当前数据包；
(4)如果所有数据包发送完成，说明升级完成，结束整个升级过程；
从设备执行以下步骤：
(5)从设备MCU不主动发送数据，仅在正确接收到主设备发送的升级命令和升级数据包后才通过第一三极管转换电路反馈应答消息；从设备的TX管脚在不发送数据时输出高电平，使Q1导通且Q2不导通，此时第二三极管转换电路的信号复用端的电压被R3拉高，此时从设备的RX管脚不接收数据，而当第二三极管转换电路的信号复用端的电压信号被主设备驱动时，Q1导通，Q2不导通，从设备的RX管脚才能正确接收数据；此时需要用R4、R5分压，将12V电平降低为从设备MCU可以接受的电压；
(6)每当正确接收到主设备发送的升级数据包，从设备MCU就根据接收到的升级数据包升级本端设备。
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