CN1217114A - 信息传输的总线系统 - Google Patents

Abstract

推荐了一种用于在控制装置1和至少一个外围设备2之间传输信息的总线系统。其中,信息每次通过高或低比特状态的序列传输。此外,控制装置1可以发送高紧迫性信息和低紧迫性信息给外围设备2。在高和低比特状态之间,高紧迫性信息有大于低紧迫性信息的振幅。

Description

信息传输的总线系统

现有技术

本发明涉及的是独立权利要求所述类型的信息传输的总线系统。从DE35 06 118 C2中可了解已知的用于信息传输的总线系统，它也被看作是CAN总线。在CAN总线中优先传输紧迫性大的信息。对此，对每一信息初设一个所谓的域名，域名决定首先传输在自由总线中的哪个信息。但是，它不能中断正在传输的信息。此外，所有的信息在高比特状态和低比特状态之间都有相同的振幅。本发明的优点

本发明的、具有独立权利要求特征的总线系统的优点为：可以将不同紧迫性要求的信息明显区分开来。由于高紧迫性要求的信息可随时覆盖低紧迫性的信息，因此，高紧迫性信息可随时进行传输，即使在紧迫性低的信息的传输过程中也可传输高紧迫性的信息。此外，对于高紧迫性的信息还可使用完全不同于低紧迫性信息的处理法则，即完全不同的传输记录。

由从属权利要求的特征中还可看到其它有利的改进与发展。通过比特长度的改变，可以使得高紧迫性信息的传输大大快于低紧迫性信息的传输。此外，由于低紧迫性信息总线上的比特序列可以使电磁干扰保持很小。信息的传输可只通过两条总线线路进行，通过这一线路还可传输用于外围设备的能量。因此，控制设备和外围设备之间设置电缆的费用可以被控制的很低。另一突出的优点是可以将该总线系统用于起动卡车的安全系统，同时可进行外围设备运行情况的不断诊断。外围设备的回复信号可简单通过该总线线路的短路进行。附图

在附图中描述了本发明的实施例，随后并进行了详细的说明。

图1是总线系统的示意图，

图2是总线系统上的信号电平，

图3和4是分离的信息，

图5和6是诊断要求或起动指令的编码，

图7是外围设备的总线耦合，

图8是外围设备的能量供给，

图9是外围设备的信号分离。描述

图1示出了控制装置1，它通过总线线路的总线高端3、总线低端4与多个外围设备2相连。在后面也被简称为装置的控制装置1中具有一个微机5和一个总线接口6。线路的总线高端3和线路的总线低端4与总线接口6相连。每一外围设备各通过一保护电阻7分别与线路的总线高端3和线路的总线低端4相连。

通过线路的总线高端3和线路的总线低端4建立一双线总线，用这一双线总线可进行控制装置1与外围设备2之间的信息交换。由于对于这类总线只需要两条线路，因此，在控制装置1与外围设备2之间设置电缆的费用特别低。通过总线的信息交换这样进行：每次发射站将电信号，不仅有电流信号而且有电压信号，发送给总线线路3和4，这些信号随后由接收站处理。其中，可以通过两条总线线路3和4的比较进行信号处理，或者只处理一条线路的信号。在此，信息由比特状态的序列组成，这些比特状态每次只能是比特状态低或高。

图2以图表的形式描述了比特状态这样的序列，比特状态序列与时间t相对应。其它描述从涉及到的电压信号开始，这样，纵轴表示的是电压。首先观察到时间点为t1为止的比特序列。比特序列由电压信号组成，这一电压信号或在基准电压V1(比特状态=高)之上，或在基准电压V1(比特状态=低)之下。通过在总线线路3和4上产生相应的电压状态可以产生这种比特序列，以不同的方式处理这些电压状态，或者用恒定的电势(例如电势V1)对线路中的一条线路加压，而另一条线路则具有与比特序列相对应的变化的电势。电压信号的振幅，即状态高与状态低之间的电压差被选择的很小，也就是说只有几伏的电压振幅(典型的是1伏特)。此外，这样控制总线线路：使得高比特状态与低比特状态之间的变化不是突然产生的，而是需要一定的过渡时间δt。在单个比特状态之间的这种具有较小振幅和相对长的过渡时间的比特序列只适于信息的相对慢的传输。但是，这种信息传输的优点是由总线引起的电磁干扰非常小。因此，当信息传输并不非常紧迫时，信息的这种传输是很适合的。此外，以这种方式传输信息时，比特状态的时间范围，即用于将单个的比特识别为高或低所需的时间区间被选择的特别长。

在时间点t1后，由总线传输的比特序列改变。比特状态具有高的振幅，即其在电压状态0和很高的电压信号(典型的是10伏特)之间变化。此外，每一电压状态之间的过渡边缘都很陡，由此产生很强的电磁干扰。由于很大的边缘陡度和很大的信号振幅可使得用于识别比特状态的时间很少，即信号电平必须保持在某一特定状态下的时间区间很小。通过与第二电压电平V2(典型的是8伏特)进行比较来处理这一比特序列，在这一过程中将电压电平V2之上的电压状态视为高，将电压电平V2之下的电压状态视为低。这种信号很适于传输紧迫性高的信息，其中必须在短时间内传输很多信息。

由于不同的振幅可以随时将高紧迫性信息与低紧迫性信息区分开来。因此，高紧迫性信息的发送不必再等待到较低紧迫性信息发送完毕，而是可以随时开始重要信息的发送。对此，通过将总线上比特状态的不同振幅分开的线路来处理总线信号。

在图3和4中描述了被分开的信号。

图3描述的是信号S1，通过总线上的比特状态与电势V1的比较得到这一信号。直到时间点t1涉及的都是被传输的低振幅的信息。从时间点t1起带有误差地处理高振幅的信号。但这没有任何意义，因为在这一时间点开始处理(以高振幅发送)高紧迫性信号，停止低紧迫性信号的处理。在图4中描述了高紧迫性信号。与信号S2相对应的坐标是时间，在这一过程中，通过比较比特电平和电势V2得到信号S2。正如看到的那样，直到时间点t1没有出现信号。从时间点t1起才有信号出现。这一信号是应被处理的高紧迫性信号。

在图1中显示的具有控制装置1，外围设备2、总线线路3、4的系统中特别会想到安全气袋系统。这一安全气袋系统具有中央控制装置1和外围设备2，这些外围设备各包括一个气袋，一个侧向气袋，一个安全带或其它装置。在这种安全气袋系统中必须以高紧迫性传输起动单个外围设备2的指令，而不能容忍任何延迟。此外，这种安全气袋系统应能够不断检测每一外围设备2的功能。因此，预先规定，控制装置1向外围设备2发送诊断要求，然后该外设可以通过回复信号证实功能的有效性。与起动外围设备2的指令相比，诊断要求是低紧迫性的。本发明的总线系统可以很有利地用于安全气袋系统。在这一安全气袋系统中，在控制装置与其所属的外围设备之间不断交换关于每一外围设备2运行准备情况的诊断信息，然后控制装置1必须以高紧迫性将起动每一外围设备2功能的指令传输给外围设备2，如安全气袋充气或起动安全带。因为由控制装置1发送的指令由于较高振幅的缘故可以随时覆盖由控制装置发送的诊断要求信号，因此，起因于每一诊断要求中间状态的指令可以毫不延迟地传送给总线。

通过诊断要求与指令的振幅分离可以完全不同地处理这两类信息。如前面已提到的那样，例如对于这两类信息没有必要规定相同的比特长度，而是将重要的信息以较高的比特速率传输。此外，对于这两类不同的信息还可以规定不同的信息记录。在这种记录中涉及到如何处理每一信息的规定。这在图5和6中还会再次予以说明。在图5中说明了诊断要求的记录。在图5中，高比特状态100和低比特状态101与时间坐标相对应。由例如对应于高状态的总线状态Idle起发送开始比特St，随后产生6个比特(比特B0-B5)，在这些比特中说明外围设备2的地址。这6个比特由随后的奇偶性比特P来保证，随后是停止比特(SP)，它表明由控制装置1发出的诊断要求结束。此后，总线再度转向Idle状态，即高比特水平。由诊断要求启动的外围设备2发送信息给控制装置1，该信息说明外围设备2是否处于准备工作状态。在最简单情况下该信息是，只要外围设备处于准备工作状态，在总线状态Idle期间诊断指令发出后，并在诊断要求后的规定时间后给出所谓的生存信号，即由外围设备将一个比特传送给总线。启动的外围设备将两条总线线路，总线高端3和总线低端4，短时相互短路，便可非常简单地产生这种生存信号。但是，也可考虑由比特序列组成的复杂的回复信号。

在图6中描述了外围设备2起动指令的记录。从用高状态100表示的总线状态开始，接着是第一个开始比特(ST)，用它表示信息开始。其后是一个具有10个比特长度的信息区域(I)。对于信息区域也可以任意设想其它的长度。还预先规定了一个奇偶比特P和一个CRC区域为信息区域I提供保障，由此可推断是否信息区域I中的所有比特都已被正确传输。在总线再度转向Idle状态之前，在CRC区域之后是一个停止比特SP。信息区域I中的每个比特都可以是一个外围设备2的一个起动指令。根据比特所处状态的高或低，外围设备2起动其安全功能，例如点燃用于安全气袋或安全带的热释电驱动装置。通过图6中描述的指令，控制装置可以给出哪个外围设备2应该起动或不应起动的指令。由于一个错误设置的比特决定着安全气袋的起动或不起动，因此预先规定了一个很长的CRC区域，以保证信息区域中传输的比特不发生错误传输。此外，还预先规定在图6中显示的信息多次发送，因为对于安全性重要的系统，如安全气袋，在发生事故的情况下无论如何必须保证安全气袋的引发。

本发明的总线系统还适于将具有完全不同约定的信息通过信息处理用相同的线路传输。同图5中描述的一样，根据完全不同于图6指令的传输记录处理诊断要求。图5的诊断要求也可例如按所谓的V24记录传输，而图6的起动指令例如可通过CAN记录进行。

图7示意性示出外围设备2输入信号的处理示。外围设备有两个输入线路21和22，它们与总线线路相连。两条线路21和22与供电装置23相连。此外，输入线路21与信号分离装置24相连，信号分离装置将高振幅的信号与低振幅的信号分开，并将高振幅信号送向指令处理装置25，低振幅信号送向诊断处理装置26。如图2显示的那样，在信号分离装置24的输入口施加一个信号。通过振幅分离，指令处理装置25的信号分离提供按照图4的信号，诊断处理装置26的信号分离提供按照图3的信号。由于清楚地将信号分开，可以分开来处理用于外围设备的诊断要求和起动外设的指令。指令处理装置25识别出每个外围设备的详细指令，或者说它检验每个控制装置的详细指令是否是明确的，并根据图6的奇偶比特或CRC区域检验是否确实有相应的控制装置的指令。只要识别出这类指令，便将相应的用于进一步处理的输出信号传送给输出线路27，对于安全气袋来说，用这一线路可以激发用于点燃热释电点火机组的驱动线路。如图5描述的那样，诊断处理装置检验诊断要求对于每个控制装置是否都已是确定的。然后还检验外围设备2是否都运转良好，这一任务也可用另一电路完成，出于简化的目的在图7中对此未示出。通过输出线路28输出诊断结果，并将其传送给控制装置1。在图7中显示了回复的最简单形式，在这种形式中通过输出线路28上的信号可接通开关29，该开关使得两条线路21和22相互短路。两条线路21和22的短路通过保护电阻7在总线3和4上产生一个电势上的近似，这可由控制装置1证实。

在图8中详细描述了供电装置23。供电装置由一个整流器31和一个滤波电容器32组成，整流器31通过输入线路21和22经电阻7与总线线路3和4相连。因此，通过总线线路3和4不仅发送外围设备的控制或诊断信息，而且还发送用于驱动外围设备2所需的能量。通过整流器电路31使得供电装置不依赖于线路3和4的奇偶性。此外，为了不对总线线路3和4上的动态信号加载，供电装置23还具有一些这里未表示出来的用于电流供应的部件。当处于接地电势(低)和电压电平(高)之间的总线线路3和4反复接通时，对于无中断电流供应来说必须保证，每次两条总线线路3和4中的至少一条被置于高电压电平。这意味着，当在一条总线线路上输出高电平时，必须在另一条总线线路上有低电平，或者反之，这样使得与接地电势相比两条总线线路3和4中的至少一条具有输出电压电平，该地电势靠近结点42。在整流器31的结点41附近有用于外围设备2的供电装置。总线上的信号不仅可以通过线路21上的结点51分接，而且还可通过线路22的结点52分接。当信号处理的电路部分，如信号分离装置24，指令处理装置25或诊断处理装置26，从比特状态的一个特定奇偶性开始时，通过总线线路3和4的交换，具有错误奇偶性的信号可以继续传输。由此可以避免这种情况：开始时通过外围设备2推断总线线路3和4上的奇偶性，然后在结点51或52上有选择地进行信号分接，即有选择地在总线线路3或总线线路4上进行。在图7中这样开始，信号分接通过在输入线路21上的结点51进行。在图9中介绍信号分离装置24。信号分离装置有两个比较器61和62，其正向输入端分别与结点51相连。比较器61和62的反向输入端与电压结点63和64相连，通过具有三个电阻71,72和73的分压器调节其电势。分压器布置在电源电压VCC和接地之间。分压器这样设计，在比较结点63上有从图2中已知的比较电压V2，在结点64上有从图2中已知的比较电压V1。比较器61的输出信号是图4中的信号，比较器62的输出信号是图3中的信号。通过图9中显示的电路可以用简单的装置实现具有不同振幅的信号的分离。

Claims (18)

1、用于装置(1)和至少一个外围设备(2)之间信息传输的总线系统，其中，各通过高或低比特状态序列传输信息，由装置(1)可将高紧迫性信息和低紧迫性信息发送给至少一个外围设备(2)，其特征是，在高和低比特状态之间，高紧迫性信息具有高于低紧迫性信息的振幅。

2、根据权利要求1的总线系统，其特征是，高紧迫性信息时高和低比特状态的时间长度小于低紧迫性信息时高和低比特状态的时间长度。

3、根据前述权利要求之一的总线系统，其特征是，设置了两个总线线路(3,4)，通过总线线路传输信息，外设装置具有一个与总线线路(3,4)相连的供电装置(23)。

4、根据前述权利要求之一的总线系统，其特征是，构造了用于起动安全气袋的外围设备，低紧迫性信息被构造为关于安全气袋运行准备情况的诊断要求，高紧迫性信息被作为用于安全气袋的起动指令。

5、根据权利要求4的总线系统，其特征是，多个外围设备(2)与总线线路(3,4)相连，诊断要求包括外围设备(2)的地址，有地址的外围设备发送给控制装置回复信号，用这一信号可识别出外围设备(2)的准备工作情况。

6、根据权利要求5的总线系统，其特征是，回复信号由总线线路的短路组成。

7、用于总线系统的外围设备，其特征是，具有用于接收信号的装置，设置了用于识别接收到信号的电路配置，这些信号超过规定振幅的信号，这样，可分离开高振幅和低振幅的信号。

8、根据权利要求7的外围设备，其特征是，分配给外围设备地址，为可接收的信息配备目标地址，在外围设备中设置将目标地址与外围设备的地址进行比较的装置。

9、根据权利要求8的外围设备，其特征是，通过高振幅信息的接收中断低振幅信息的处理。

10、根据权利要求7到9之一的外围设备，其特征是，低振幅信号是低紧迫性信号，尤其是诊断要求，设置了回复信息发送的装置。

11、根据权利要求10的外围设备，其特征是，通过总线系统的两条总线线路的短路可用信号表示回复信息。

12、根据权利要求7-11之一的外围设备，其特征是，电力供应通过总线系统进行。

13、根据权利要求7-12之一的外围设备，其特征是，外围设备构成了安全气袋和/或安全带系统的起动装置。

14、用于将信息发送给至少一个外围设备(2)的装置(1)，其特征是，高紧迫性信息可用更高振幅发送而低紧迫性信息可用低振幅发送。

15、根据权利要求14的装置(1)，其特征是，高紧迫性信息由较短时间的比特组成，低紧迫性信息由较长时间的比特组成。

16、根据权利要求13或14之一的装置(1)，其特征是，高紧迫性信息可在低紧迫性信息结束发送和/或结束由外围设备(2)的信息接收之前被发送出。

17、根据权利要求15-16之一的装置(1)，其特征是，可发送的低紧迫性信息被构造为关于外围设备(2)的工作准备状态的诊断要求，可发送的高紧迫性信息对于至少一个确定的外围设备(2)来说构成起动指令。

18、根据权利要求15-17之一的装置(1)，其特征是，有用于接收外围设备(2)的信息的装置。

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