CN113050506A

CN113050506A - 一种总线开关的采样电路

Info

Publication number: CN113050506A
Application number: CN202110322478.6A
Authority: CN
Inventors: 瞿二龙; 江朋; 冯诚; 王香军; 董斌; 李威; 何孟舟
Original assignee: Dongfeng Commercial Vehicle Co Ltd
Current assignee: Dongfeng Commercial Vehicle Co Ltd
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2021-06-29

Abstract

本发明涉及开关技术领域，具体涉及一种总线开关的采样电路。包括用于将开关信号发送至车载电脑ECU的控制模块MCU，以及与控制模块MCU连接的n个单体开关模块，每个所述单体开关模块内均设有至少一个开关回路，所述开关回路包括一个开关和一个与开关串联的电阻组，所述电阻组由若干个电阻并联而成，同一电阻组中每个电阻一端分别与控制模块MCU的一个电阻信号采样端连接，另一端均通过所述开关连接至控制模块MCU的公共端。通过MCU对各个单体开关模块的开关信号进行采集后再传输给ECU，大大节省了ECU的引脚占用。

Description

一种总线开关的采样电路

技术领域

本发明涉及开关技术领域，具体涉及一种总线开关的采样电路。

背景技术

商用车驾驶室区域操作类开关需求较多，以翘板类开关为例，燃油供给系统需求燃油粗滤加热、燃油箱加热、主副油箱切换等功能开关，制动系统需求ASR、EBI等，整车动力及后处理需求E/P、差速锁、DPF开关等。随着辅助驾驶系统开发，翘板开关功能种类需求近30多个，从而导致传统的硬线开关线束太多，大量占用车内空间。由于布置位置限制，一部分功能开关布置到驾驶室顶棚，目前顶棚区域DFCV规划8-12个翘板开关安装位置。

与家用乘用车相比，商用车已成为经济社会中重要生产工具，在用户驾乘使用过程用，拥有者功能繁杂的操作器件；商用车驾驶室前顶区域电气件的增加，导致顶棚线束直径成倍增长，驾驶室A柱区域空间与用电需求矛盾显著。

此外，早期翘板开关在传统电路中与灯继电器等用电器串联，按键为锁止结构，同时开关触点设计受回路负载、信号类型制约，往往开关实物操作手感笨重；随着汽车电子电气架构发展，越来越多的执行器由ECU驱动控制，开关提供通断信号至控制器，开关外形、手感评价指标相对提升。

为解决上述问题，总线开关陆续使用，总线开关在ECU之间，通过CAN线传输，节省了大量硬线，减少了线束，对于驾驶室空间的解放起到一定的效果。如：当车辆的顶棚翘板开关采用总线开关时，可大量节省线束直径，有效缓解与A柱线束空间占位的矛盾。同时总线式翘板开关适应性开发不受前期种类规划和线束品种限制；仅对单体开关内阻值定义功能，更新子网通讯矩阵，便完成开关功能开发，在同一模组内位置任意插拔。总线式翘板开关采用手感相对较好导电橡胶结构，自复位式开关，由报文发送形式实现自复位与非自复位信号区。

但由于现有总线开关依然通过车载电脑ECU直接控制各个开关，导致ECU引脚大量占用，同时每个开关与ECU之间的线束依然大量集中在驾驶室，导致驾驶室布置空间被大量占用。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种总线开关的采样电路，能减少车载电脑ECU的引脚占用，降低驾驶室内线束密集度。

本发明一种总线开关的采样电路，其技术方案为：包括用于将开关信号发送至车载电脑ECU的控制模块MCU，以及与控制模块MCU连接的n个单体开关模块，每个所述单体开关模块内均设有至少一个开关回路，所述开关回路包括一个开关和一个与开关串联的电阻组，所述电阻组由若干个电阻并联而成，同一电阻组中每个电阻一端分别与控制模块MCU的一个电阻信号采样端连接，另一端均通过所述开关连接至控制模块MCU的公共端。

较为优选的，所述单体开关模块包含两个开关回路，两个所述开关回路的开关分别为开关K_X-1和开关K_X-2，所述开关K_X-1接通时，开关K_X-2断开，所述开关K_X-2接通时，开关K_X-1断开。

较为优选的，所述开关K_X-1和开关K_X-2集成于一个翘板开关的两端。

较为优选的，同一个单体开关模块中，每个开关回路具有相同数量的电阻，所有开关回路的第i个电阻均连接至控制模块MCU的同一个电阻信号采样端，i取1～n中任意数，n为一个开关回路中的电阻数量。

较为优选的，每个电阻与控制模块MCU的电阻信号采样端之间均设有一个防干扰二极管，所述防干扰二极管的阴极与电阻连接。

较为优选的，所述单体开关模块还包括与开关回路一一对应的背光灯，所述背光灯连接在控制模块MCU公共端与供电端之间。

较为优选的，所述单体开关模块还包括与开关回路一一对应的工作指示灯，所述工作指示灯连接在控制模块MCU公共端与供电端之间。

较为优选的，每个开关回路具有相同数量的电阻，每个电阻的阻值为预设的多个阻值中的任意一个，不同的开关回路之间，至少存在一个电阻的阻值与另一个开关回路对应电阻的阻值不同，所以预设的阻值数量不少于开关回路中电阻数量。

较为优选的，所述每个开关回路的背光灯均连接至控制模块MCU的公共端与同一个供电端。

较为优选的，所述每个开关回路的工作指示灯均连接至控制模块MCU的公共端与同一个供电端。

较为优选的，各个单体开关模块集成于一个开关底座内。

本发明的有益效果为：在ECU前端增设开关信号采样端，通过MCU对各个单体开关模块的开关信号进行采集后再传输给ECU，ECU无需与每个开关进行交互，仅需与MCU的少量端口交互，大大节省了ECU的引脚占用。而MCU与ECU之间的线束量大大减少，进一步节省了驾驶室内线束布置空间。而MCU前端的各个单体开关模块内，通过若干不同阻值电阻的排列组合与电阻采样，可以拓展出更多的开关按键，有利于功能按键的拓展。

附图说明

图1为本发明总线开关的采样电路示意图；

图2为本发明单体开关模块示意图；

图3为本发明阻值-功能对照表示意图。

图中：1-控制模块MCU，2-单体开关模块，3-开关回路，4-电阻组，5-电阻，6-防干扰二极管，7-背光灯，8-工作指示灯，9-开关

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

总线开关9的采样电路包括用于将开关9信号发送至车载电脑ECU的控制模块MCU1，以及与控制模块MCU 1连接的n个单体开关模块2，每个所述单体开关模块2内均设有至少一个开关回路3，所述开关回路3包括一个开关9和一个与开关9串联的电阻组4，所述电阻组4由若干个电阻5并联而成，同一电阻组4中每个电阻5一端分别与控制模块MCU 1的一个电阻5信号采样端连接，另一端均通过所述开关9连接至控制模块MCU 1的公共端。

较为优选的，所述单体开关模块2包含两个开关回路3，两个所述开关回路3的开关9分别为开关KX-1和开关KX-2，所述开关KX-1接通时，开关KX-2断开，所述开关KX-2接通时，开关KX-1断开。

较为优选的，所述开关KX-1和开关KX-2集成于一个翘板开关9的两端。

较为优选的，同一个单体开关模块2中，每个开关回路3具有相同数量的电阻5，所有开关回路3的第i个电阻5均连接至控制模块MCU 1的同一个电阻5信号采样端，i取1～n中任意数，n为一个开关回路3中的电阻5数量。

较为优选的，每个电阻5与控制模块MCU 1的电阻5信号采样端之间均设有一个防干扰二极管6，所述防干扰二极管6的阴极与电阻5连接。

较为优选的，所述单体开关模块2还包括与开关回路3一一对应的背光灯7，所述背光灯7连接在控制模块MCU 1公共端与供电端之间。

较为优选的，所述单体开关模块2还包括与开关回路3一一对应的工作指示灯8，所述工作指示灯8连接在控制模块MCU 1公共端与供电端之间。

较为优选的，每个开关回路3具有相同数量的电阻5，每个电阻5的阻值为预设的多个阻值中的任意一个，不同的开关回路3之间，至少存在一个电阻5的阻值与另一个开关回路3对应电阻5的阻值不同，所以预设的阻值数量不少于开关回路3中电阻5数量。

较为优选的，所述每个开关回路3的背光灯7均连接至控制模块MCU 1的公共端与同一个供电端。

较为优选的，所述每个开关回路3的工作指示灯8均连接至控制模块MCU 1的公共端与同一个供电端。

本方案中，单体开关模块2的数量、每个单体开关模块2内的开关回路3数量，内个开关回路3内的电阻5数量均可以通过功能按键的拓展需求进行设置。

本方案中，控制模块MCU可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

实施例一

本实施例中采用4个单体开关模块，每个单体开关模块均为一个集成有两个功能按键的翘板开关，4个翘板开关集成于一个开关底座内。一个开关回路对应一个功能按键，开关回路采用三个并联电阻，三个并联电阻中，每个电阻均为设定的4个阻值中的任意一个。三个电阻的阻值形成的排列组合对应唯一的功能，用于实现功能按键与功能的关联。

如图1、2所示，第一个单体开关模块包含开关K1-1和开关K1-2，开关K1-1和开关K1-2集成在一个翘班开关上。第一个单体开关模块还包含第一开关回路的电阻R1-1～R1-3，防干扰二极管D1～D3，背光灯二极管LED1，工作指示灯LED3；第二开关回路的电阻R1-4～R1-6，防干扰二极管D4～D6，背光灯二极管LED2，工作指示灯LED4。

同样的，第二个单体开关模块包含开关K2-1和开关K2-2，开关K2-1和开关K2-2集成在一个翘班开关上。第二个单体开关模块还包含第一开关回路的电阻R2-1～R2-3，防干扰二极管D13～D15，背光灯二极管LED9，工作指示灯LED11；第二开关回路的电阻R2-4～R2-6，防干扰二极管D16～D18，背光灯二极管LED10，工作指示灯LED12。

第三个单体开关模块包含开关K3-1和开关K3-2，开关K3-1和开关K3-2集成在一个翘班开关上。第三个单体开关模块还包含第一开关回路的电阻R3-1～R3-3，防干扰二极管D7～D9，背光灯二极管LED9，工作指示灯LED7；第二开关回路的电阻R3-4～R3-6，防干扰二极管D10～D12，背光灯二极管LED10，工作指示灯LED8。

第四个单体开关模块包含开关K4-1和开关K4-2，开关K4-1和开关K4-2集成在一个翘班开关上。第四个单体开关模块还包含第一开关回路的电阻R4-1～R4-3，防干扰二极管D19～D21，背光灯二极管LED15，工作指示灯LED13；第二开关回路的电阻R4-4～R4-6，防干扰二极管D22～D24，背光灯二极管LED16，工作指示灯LED14。

其中，阻值的排列组合与功能的对应关系通过预先标定的阻值-功能对照表实现。阻值-功能对照表中行属性为功能，列属性为电阻的阻值。该表格包含有三列(列数与电阻组中电阻的数量一致)，每列为一个电阻的阻值，具体如图3所示。表中，预设的电阻值有8.2KΩ、3KΩ、1.2KΩ、470Ω，每个电阻的阻值均可为其中任意一个阻值，电阻阻值选取时，保证两个单体开关模块中不会出现所有电阻阻值全部相同即可。

图3中，当阻值组合R_X-1、R_X-2、R_X-3(X为对应单体开关模块的序号，如第一个单体开关模块取1，第二个单体开关模块取2)为8.2KΩ、8.2KΩ、8.2KΩ时，对应功能1；阻值组合R_X-1、R_X-2、R_X-3为3KΩ、8.2KΩ、8.2KΩ时，对应功能2；阻值组合R_X-1、R_X-2、R_X-3为8.2KΩ、3KΩ、8.2KΩ时，对应功能3；阻值组合R_X-1、R_X-2、R_X-3为8.2KΩ、8.2KΩ、3KΩ时，对应功能4。具体何种组合对应何功能，可以根据实际情况进行调整。

每3个电阻并联组成一个开关按键地址信息，因为使用的翘板开关不可能两个按键同时按下，因此6个采样电阻可以用三路A/D输入到主板MCU，采样电阻的电压值可以设置成4个电压等级，如是1V/2V/3V/4V，这样3个电阻组合一组的话就可以实现64种功能按键。

通过以上实施例的方案，MCU通过A/D采样识别按键阻值组合，每个功能按键与开关阻值一对应，因此功能开关可在一模组内实现任意位置插拔。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本方案中，采用4个开关集成在一个开关座上，为便于驾驶员触碰开关，在设计时，根据驾驶员距开关的距离，将最常用的功能集成于最近的开关上。开关的具体分布根据功能的使用频率来进行分布，使用频率越高，其布置在车辆上的位置距离驾驶员越近。

在上述实施例中，采用了较为常见的翘班开关形式进行说明。但事实上，本方案中的采样电路用于采集开关输入信号，具体可以根据车内环境采用其它形式的开关。

还可以采用按键形式开关实现信号输入，当本方案采用按键开关时，同一个单体开关模块内同样可以采用一个按键开关为节省空间，也可以将多个按键开关集成在同一个底座上。按键开关的布置形式，根据开关具体的布置位置，可以为带状，阵列或环装。如，当布置开关的位置长而窄时，可以将若干个按键开关采用带状形式布置。而当布置开关的位置短而宽时，可以将若干个按键开关采用矩阵形式分布。同样的，开关还可以根据布置位置的弯曲度，采用环装式布置方式，如将按键开关环绕方向盘布置等。

为使各个子开关可以在总线开关模组插槽内任意互换而保持各子开关特有的功能，还可以采用以下方式进行布置。

单体开关模块的外壳设置至少一个插槽，单体开关模块内的每个开关按键具备独立的物理地址，且每个开关插在单体开关模块的任意插槽内均可实现该开关的物理地址代表的功能。在插槽下方设置印刷电路板，用于采集各开关的状态，并对开关的状态进行编码，同时将开关状态编码连同每个开关独立物理地址经总线网络或网关发送给MCU。

在上述实施例中，本方案中各个开关的功能通过阻值-功能对照表中三个电阻的组合形式实现。阻值-功能对照表预先在MCU中进行定义，从而在后续各个开关输入信号后，通过MCU三个引脚分别采样出每个开关的三个电阻，既能在阻值-功能对照表中对应出唯一的一行，进而MCU将该功能对应的指令发送至ECU，实现开关信号的识别。

当对于车辆并没有很多的功能需求时，开关数量相对较少，此时，单体开关模块内的电阻数量可相应减少，如，仅采用一个电阻或两个电阻。而当功能需求多时，开关数量也可以相应拓展，如采用四个，甚至更多个电阻。需要注意的是，不论采用多少电阻，用于识别每个开关功能的电阻数量应当保持一致。

本方案中，每个电阻与MCU采样引脚之间均设置防干扰二极管。防干扰二极管的单向导通特性，使采样引脚在采样该引脚上电阻的阻值时，不会被其余引脚的电阻干扰，保证采样数据的精确。为防止其余电阻对采样数据的影响，还可以采用其它防干扰元器件或电路设置在电阻与引脚之间，能实现该功能即可，并不局限与本方案中的二极管。

本方案中，通过电阻组合的形式实现功能识别，由于采样的电阻阻值可以有多种组合，从而对应多种功能。但电阻与功能对应关系属于预先标定，在电路设计初始，也可以将功能与其他不局限于电阻的参数进行对应。如，MCU采样数据可以是电压数据、电流数据。

当MCU采样数据为电压数据时，为实现功能拓展，需预先在MCU编写出电压值组合与功能的对应关系。为实现电压值的多种组合。在每个开关回路内，可以设置分压电路，通过分压电路的不同电压输出节点实现电压值的组合。如，分压电路中设置三个串联的电阻，将MCU三个采样引脚分别接入至三个电阻的端部，随着每个电阻的分压，使每个电阻端电压存在差异，通过对各个电阻端电压的采集，能得到三个完全不同的电压数据，从而实现了一个电压数据的组合。在开关功能识别时，通过预先写入的该电压数据组合与功能对照关系，既能实现该开关功能的识别。而为实现多个电压数据的采样，除了采用分压电路，还可以采用其余电路方式实现，具体以能实现多种电压数据输出为准。

同样的，当MCU采样数据为电流数据时，为实现功能拓展，需预先在MCU编写出电流压值组合与功能的对应关系。为实现电流值的多种组合。在每个开关回路内，可以设置分流电路，通过分流电路的不同电流输出节点实现电流值的组合。如，分流电路中设置三个并联的电阻，将MCU三个采样引脚分别接入至三个电阻的端部，随着每个电阻的分流，使流经每个电阻的电流存在差异，通过对各个电阻电流的采集，能得到三个完全不同的电流数据，从而实现了一个电流数据的组合。在开关功能识别时，通过预先写入的该电流数据组合与功能对照关系，既能实现该开关功能的识别。而为实现多个电流数据的采样，除了采用分流电路，还可以采用其余电路方式实现，具体以能实现多种电流数据输出为准。

本方案中电阻可以采用多种形式，如碳膜电阻、金属膜电阻、碳质电阻、线绕电阻等，可以所有电阻全部采用同一种电阻，也可自由搭配，只要电阻的阻值满足本方案的设计要求，均可使用。

该采样电路应用于总线开关，具体可以是CAN总线开关，也可以是LIN总线开关。当其应用于CAN总线开关时，包括汽车电控单元、CAN总线、组合开关主节点、串行通讯电路、组合开关从节点，所述组合开关主节点与汽车电控单元采用CAN总线通讯，所述组合开关主节点通过组合开关从节点采用单信号串行通讯电路连接，所述组合开关主节点包括有微处理器、电源模块、CAN收发器、串行通讯电平转换电路、定时器，所述电源模块通过可调输出稳压器与微处理器连接，所述微处理器分别连接有定时器、串行通讯电平转换电路、CAN收发器，所述组合开关从节点包括有单片机、串行通讯电平转换电路、按键背光灯、按键输入电路、延时调压节能电路，所述单片机分别与串行通讯电平转换电路、按键背光灯、按键输入电路、定时器连接，所述组合开关主节点和组合开关从节点上均设置有CAN总线通讯接口。

组合开关由一个主节点和多个开关从节点组成，基于STM32系列微控制器的主节点作为组合开关的核心，负责协调各开关节点与汽车电控单元间的通讯。主节点一方面通过串行通讯电路检测各组合开关从节点的按键状态，并将电控单元的工作指示传送给各组合开关从节点；另一方面通过CAN总线与汽车电控单元通讯，上传实时检测的按键状态。汽车电控单元根据接收到的按键状态操作相应的设备，并将设备当前的工作状态通过主节点反馈给各开关节点作为工作指示。

本方案还包括在MCU与ECU之间设置隔离电路，用于实现总线开关输入值ECU之前的隔离。隔离电路可以采用光电耦合隔离电路，MCU输出端依次通过RC串联电路、稳压管和限流电阻与光电耦合隔离电路的输入端相连，光电耦合隔离电路的输出端直接与ECU的开关信号输入端连接。

光电耦合隔离电路包括光电耦合器，两个三极管，光电耦合器中的光敏三极管的集电极通过上拉电阻与输出端正极相连，发射极与输出端负极连接；第一三极管的基极与光电耦合器中的光敏三极管的集电极相连，并通过一个电阻与输出端负极相连，第一三极管的集电极通过第二上拉电阻与输出端正极相连，发射极与输出端负极连接；第二三极管的基极与第一三极管的集电极相连，并通过一个电阻与输出端负极相连，第二三极管的集电极通过第三上拉电阻与输出端正极相连，发射极与输出端负极连接。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种总线开关的采样电路，其特征在于：包括用于将开关信号发送至车载电脑ECU的控制模块MCU，以及与控制模块MCU连接的n个单体开关模块，每个所述单体开关模块内均设有至少一个开关回路，所述开关回路包括一个开关和一个与开关串联的电阻组，所述电阻组由若干个电阻并联而成，同一电阻组中每个电阻一端分别与控制模块MCU的一个电阻信号采样端连接，另一端均通过所述开关连接至控制模块MCU的公共端。

2.根据权利要求1所述的一种总线开关的采样电路，其特征在于：所述单体开关模块包含两个开关回路，两个所述开关回路的开关分别为开关K_X-1和开关K_X-2，所述开关K_X-1接通时，开关K_X-2断开，所述开关K_X-2接通时，开关K_X-1断开。

3.根据权利要求2所述的一种总线开关的采样电路，其特征在于：所述开关K_X-1和开关K_X-2集成于一个翘板开关的两端。

4.根据权利要求1所述的一种总线开关的采样电路，其特征在于：同一个单体开关模块中，每个开关回路具有相同数量的电阻，所有开关回路的第i个电阻均连接至控制模块MCU的同一个电阻信号采样端，i取1～n中任意数，n为一个开关回路中的电阻数量。

5.根据权利要求1所述的一种总线开关的采样电路，其特征在于：每个电阻与控制模块MCU的电阻信号采样端之间均设有一个防干扰二极管，所述防干扰二极管的阴极与电阻连接。

6.根据权利要求1所述的一种总线开关的采样电路，其特征在于：所述单体开关模块还包括与开关回路一一对应的背光灯，所述背光灯连接在控制模块MCU公共端与供电端之间。

7.根据权利要求1所述的一种总线开关的采样电路，其特征在于：所述单体开关模块还包括与开关回路一一对应的工作指示灯，所述工作指示灯连接在控制模块MCU公共端与供电端之间。

8.根据权利要求1所述的一种总线开关的采样电路，其特征在于：每个开关回路具有相同数量的电阻，每个电阻的阻值为预设的多个阻值中的任意一个，不同的开关回路之间，至少存在一个电阻的阻值与另一个开关回路对应电阻的阻值不同，所以预设的阻值数量不少于开关回路中电阻数量。

9.根据权利要求6所述的一种总线开关的采样电路，其特征在于：所述每个开关回路的背光灯均连接至控制模块MCU的公共端与同一个供电端。

10.根据权利要求1所述的一种总线开关的采样电路，其特征在于：各个单体开关模块集成于一个开关底座内。