CN85107246A - 多路通讯系统 - Google Patents

Abstract

本多路通讯系统中包括一个中央控制单元和多个局部控制单元，以及两个分别用光纤维或电信号导体以环路结构将中央和局部控制单元相互连接，由此在各控制单元间分别通过光纤维或电信号导体进行数据传输的光学环路传输通道和电学环路传输通道。其中，中央控制单元根据预定条件在光学环路传输通道和电学环路传输通道之中至少选择一个通道连接到信号发送装置上，使数据传输通过选定的环路传输通道在中央控制单元和局部控制单元之间进行。

Description

本发明涉及一个基于环路传输的多路通讯系统，更具体地说，是涉及一个适用于在机动车辆内实现集中布线或叫密集布线的多路通讯系统。

作为在机动车辆内通过多路数据传输以实现集中布线或密集布线的一种尝试，在此之前已提出过一个多路通讯系统，在该系统中采用了具有不易受噪音影响的固有特性的光纤维来构成传输线路或通道。作为这种系统的一个典型，可以提出一个利用光纤维来实现的双环路传输或通讯系统。

当然，该双环路传输系统可以保证数据传输的高度可靠性。然而，由于每一发送单元需要四个光电转换器，在进行发送单元小型化时遇到了困难。另外，属于一个或另一个双环路光纤维传输通道的所有光电转换器在数据传输的过程中都必须同时工作，这样就引起了相对较大的功率消耗。其结果是，当机动车辆内采用的双环路传输系统在车辆的发动机停止的情况下连续工作一个长时间时，可能出现这样一个不希望的情况，即车上的电池被用尽而引起的问题。

这种类型的双环路传输系统的一个实例公布在，例如日本专利申请公开公报92948/1982号之中。

本发明的一个目的是提供一个多路通讯系统，该系统避免了现有技术中的上述缺点，并且该系统可由具有足够小型化的尺寸，功率消耗显著降低而又未降低数据传输可靠性的一个双环路传输系统来实现，这样就可有效地应用在要求密集布线的机动车辆内。

鉴于以上的和其它的目的，这些目的将随着说明的进行而更加明显，根据本发明的一个主要方面提出：与一个由光纤维实现的环路传输通道相结合，另外提供一个由电导体实现的环路传输通道，由此构成一个双环路传输系统。在该系统中，可以说，是按互补方式来利用这两个传输通道。

利用两个传输通道互补应用的优点，不仅可以保证数据传输的高度可靠性，还能实现小型化以及低功耗，这是因为在由电信号导体构成的环路传输通道中不需要使用光电转换器。

图1是一个方框图，显示了根据本发明的一个示例性实施方案的多路通讯系统的总体安排。

图2是一个方框图，显示了用于图1所示系统中的一个中央控制单元的电路结构。

图3示出图1所示系统中使用的一个局部控制单元的电路结构框图。

图4是说明根据本发明而应用的一个传输信号帧结构的示意图。

图5是一个方框图，显示了在图1所示的系统中使用的一个传输控制电路的示例性实施方案。

图6是一个示意图，显示了一个门电路的电路图。

图7是一个流程图，说明了根据本发明的第一实施方案的系统的数据控制操作。

图8是一个方框图，显示了根据本发明的第二实施方案的一个多路通讯系统的总体结构。

图9是一个方框图，显示了在图8所示的通讯系统中使用的一个局部控制单元的电路结构。

图10是一个电路图，显示了一个光电转换器电路的结构。

图11是说明光电转换器工作的时序图。

图12是一个电路图，显示了一个信号传输/接收电路的电路结构。

图13是一个电路图，显示了用于局部控制单元的一个门电路。

图14是一个方框图，显示了传输控制电路的一个示例性实施方案。

图15是一个电路图，显示了中央控制单元的一个电路结构。

图16是一个流程图，用于说明根据本发明的第二实施方案在多路通讯系统中执行的数据处理。

现在，通过参考附图，结合示例性实施方案对本发明进行详细说明，其中在所有附图中相同的参考符号被用于分别表示具有同一或等效功能的相同部件。

图1是一个方框图，显示了在机动车辆中应用多路通讯系统的本发明的一个示例性实施方案。参见图1，所示多路通讯系统是由一个中央控制单元2和多个局部控制单元4-1……，4-n构成。上述多个局部控制单元是通过由光纤维8-1…，8-（n+1）构成的一个光信号环路传输通道和由电信号导体或连线10-1…，10-（n+1）构成的一个电信号环路传输通道实现相互耦合，由此构成一个双环路或二重环路通讯系统。

中央控制单元2装备了一个信号发送器12和一个传输控制器14，以控制向多个局部控制单元4-1到4-n的数据传输。中央控制单元2可进一步构成为能够控制如参考号20和22所示的不同电学器件和/或仪器，如开关、测试表、指示灯、显示器、传感器，以及其它器件，这些器件或仪器被置于机动车辆内安装中央控制单元的位置的附近。

另一方面，每一局部控制单元4-1到4-n均装备了一个信号发送器12和一个信号控制器16，用以控制不同的电学器件和/或仪器，如由24、26、28、30所指示并在汽车内靠近相应局部控制单元安装的那些器件或仪器。

图2是一个方框图，显示了中央控制单元的电路结构。

在图2中，参考号32代表一个光电转换器，用于将位于中央控制单元输入侧的光纤维8-（n+1）所输入的一个光信号转换成一个电信号，然后将该电信号通过信号线48施加给门电路40。数字34代表一个缓冲电路，用于接收从位于中央控制单元输入侧的电信号导体10-（n+1）输入的电信号，以将该信号通过信号线50供给门电路40。数字36代表一个放大电路，用于将门电路40提供的电信号放大，放大器36的输出信号被送入位于中央控制单元输出侧的电信号导体10-1。数字38代表一个电光转换器，用于将门电路40提供的电信号转换成光信号，然后该光信号提供给位于中央控制单元输出侧的光纤维8-1。

数字42代表一个传输控制电路，该电路具有一个与时钟线64相连的时钟输入端，一个与信号线62相连的串行信号输入端，和一个与作为发送通道的线66相连的串行信号输出端。另外，传输控制电路42包括一个微型计算机单元（MPU）43，该单元中包括一个用于控制局部控制单元和中央控制单元之间信号传输的微型计算机和作为地址线，控制输入线，以及数据输入线的连线68a……68n。微型计算机单元或MPU可与电学器件和/或仪器以及一个点火开关21相连。参考号44代表一个具有振荡器元件46的时钟发生器。根据振荡频率，产生两个具有不同频率的时钟脉冲信号并通过线56和58输入门电路40。门电路40配有上述的不同输入和输出端并用于在两种时钟脉冲信号之中、接收信号线48和50之中、以及传输信号线52和54之中分别作出一个选择。图2中示出门电路40的一个示例性实施方案，其细节将随后给予说明。光电转换器32和38，缓冲电路34，放大电路36，门电路40，时钟振荡器44和振荡元件46构成信号发送器12，而传输控制电路42和MPU43构成传输控制器14。

图3用方框图示出局部控制单元的电路结构。在图中示出了局部控制单元4-1的一个示例性结构。然而，应当懂得其它局部控制单元4-2…，4-n可以按单元4-1的同一电路结构来实现。

局部控制单元4-1包括一个信号发送器12和一个信号控制器16，其中信号发送器12具有与图2所示的中央控制单元中的信号发送器相同的结构。信号控制器16包括一个传输控制电路42和一个输入/输出接口45，其中传控制电路42与图2所示中央控制单元中的传控制电路的结构相同。输入/输出接口45与上述的电学器件和/或仪器24…26相连，该接口的输出信号通过线68a或68n提供给传输控制电路42，而控制信号则从传输控制电路42提供给电学器件和/或仪器24…26。用以控制这些器件或仪器。

作为一个实例，传输控制电路42可具有1984年6月12日提交的美国专利申请61，998号之中公开的结构。该结构在图5中示出。

在这一电路42中，采用了图4中所示的一个接收/传输帧作为数据传输的传输信号帧。该信号帧可由，例如，148位构成，其中一半的位分配用于接收，其它的一半分配用于传输。

接收帧是从中央控制单元作为传输帧输出的一个信号帧，该信号帧是由以下的数据段构成，一个包括一序列25个数位的零电平段Z，一个包括单独一个数位的起始位段S，一个包括24个数位的接收数据段RXD，和与接收数据RXD的反值相对应的、24位的反码数据段 RXD。

接收数据段RXD包括用于控制电学器件/仪器，例如，指示灯、显示器和类似器件的控制数据;而传输数据TXD包括代表电学器件/仪器，例如，开关、传感器和其它器件的检测状态的监视数据。

传输帧同样是由一个25位的零电平段Z，一个一位的起始位段，24位的传输数据TXD，以及由数据TXD求反产生的反码数据 TXD。每一接收数据RXD和传输数据TXD包括，例如，四位的地址信息。

应当注意，零电平段Z包括的位数最好应大于接收或传输数据的位数，以便能使接收数据和传输数据相互区别开。在所示实例的情况下，与分别构成接收数据段和传输数据段的24位相对，零电平段Z包含25位。使用反码数据 RXD和 TXD的目的是对在传输过程中可能产生的错误进行校验。

参见图5，传输控制电路42是由一个同步电路150，一个控制电路151，一个地址比较电路152，一个移位寄存器153，一个输入/输出缓冲电路154，一个转换电路155，一个模/数（A/D）转换器156，和一个时钟发生器157所构成。

传输控制电路42由门电路40通过线64提供的时钟脉冲操作，其中信号传输频率被设定为这一输入时钟信号频率的十六分之一。举例来说，对于4MH_Z的时钟脉冲信号频率，信号传输频率是250KH_Z，对于250KH_Z的时钟脉冲频信号，信号传输频率是15KH_Z。以这种方式，时钟发生器157用16分频器对通过线64输入的时钟信号进行分频。

参见图5，通过线62（也在图3中示出）输入的单独一帧信号被提供给同步电路150。后者始终处于准备好进行接收的状态，以接收具有图4中所示帧结构的信号，并且在其接收时，同步电路150按时间连续对接收帧的零电平段的数位进行计数。当检测到跟随在25位的零电平段之后出现的、具有逻辑“1”的起始位S时，同步电路150向时钟发生器157提供一个控制信号，由此使时钟发生器157输出的时钟信号与起始位S同步。以这种方式，同步电路150使提供给控制电路151的时钟信号与起始位同步。然后，控制电路151产生一个提供给移位寄存器153的控制信号，以使接收数据段RXD的数据能够串行装入移位寄存器153之中。另一方面，地址比较电路152接收了一个预先指定给传输控制电路的地址。在地址比较器152中，将该地址与在预定的移位寄存器数位位置上装入移位寄存器的接收数据RXD中包含的地址进行比较。只有当两个地址相互符合时，才允许装入移位寄存器153的数据传输到I/O缓冲器154。更具体地说，控制电路151中包括一个计数器，其内容进行增值以产生对移位寄存器的顺序控制信号，使接收数据段RXD的数据被并行传输到I/O缓冲器154。其结果是包含在接收数据段RXD中的控制数据从I/O缓冲器154经过信号线68被提供给相关的电学器件/仪器，以便控制电学器件/仪器的运行及其运动状态的检测。在中央控制单元的情况下，从I/O缓冲器提供的包含在接收数据RXD之中的控制/监测数据经过MPU43送入相应的电学器件/仪器，而在局部控制单元的情况下，控制/监测数据是通过输入/输出接口45送入相关的电学器件/仪器。

随后，受监测的电学器件/仪器的输出数据信号通过线68提供给I/C缓冲器154。移位寄存器153从I/O缓冲器154中并行取出这些数据以便以串行数据的形式进行存储。这些数据从移位寄存器153中串行读出以便作为传输帧中包含的传输数据TXD进行传输。到此为止，在半个双环路系统中对应于一个周期的数据交换即已完成。

在A/D转换电路155中，电传感器或其它类似器件（未示出）所产生的模拟数据经过线69提供给A/D转换器156，该转换器将输入的模拟数据信号选择性地数字化并将数字数据提供给移位寄存器153，由此数字数据从移位寄存器153作为传输数据TXD被送出。

以下，参见图6对门电路40进行说明，图6中示出门电路40的一个示例性实施方案。假设在包括用于数据传输的光纤维8-1…，8-（n+1）的光学系统中没有发生故障或异常，即光学系统处于正常状态，在这一状态下，根据图4中所示信号帧的数据传输以一个恒定的时间间隔通过光纤维周期性地进行，以使图4中所示的信号周期性地送入线48。

可以看到，线48通过一个与门114和一个或门100与输出线54相联，并且还与放大器70相联。其结果是，线48上的信号首先由放大器70放大，然后通过一个由电容72和电阻74构成的微分电路施加到FET（场效应晶体管）76的栅极上以便控制电阻80和电容82构成的积分电路。更具体地说，这一积分电路以一个预定的时间常数从直流电源78通过电阻80向电容82充入一个直流电流。然而，当FET76导通时，电容82的端电压通过FET放电成为零电平，并且在此之后，当FET截止时，电容82从这一时刻开始再次充入直流电流。通过适当地选择微分电路（72、74）的时间常数，使FET76只有在施加了图4中所示的接收数据RXD， RXD，和传输数据TXD， TXD时才导通。

因此，当由电阻80和电容82构成的积分电路的时间常数被选定为一个预定值时，只要图4中所示的信号是以一个预定的频率从线48输入，即可防止电容82的端电压的上升超过预定电平，由此反相器84的输出端60可被恒定地保持在电平“1”上。

在线48上以预定的频率出现的信号意味着通过采用光纤维的光学环路系统的传输运行在正常进行。更具体地说，只要传输反相器84的输出信号线60上的信号电平为逻辑“1”，即可认为光学回路系统为正常。另一方面，当线60接受了“0”电平，即确定光学环路系统受到发生异常情况的干扰（即发生了故障）。以这种方式，可以通过区别线60上检测出的信号电平对光学环路系统中发生的异常或故障进行监测。

当电路40用在中央控制单元2中时和该电路用在局部控制单元4-1至4-n中时，输入线112和与门108、114和116用于改变门电路40的功能。更具体地说，当门电路40用在中央控制单元2中时，输入线112接地以使其保持在“0”电平。另一方面，当门电路40用在局部控制单元4-1到4-n时，输入线112可与直流电源相连以使其保持在“1”电平。输入端110仅在门电路40安装在中央控制单元2中时使用，当门电路安装在局部控制单元4-1到4-n中时，该输入端保持开路状态。

以下说明该门电路的运行。

在中央控制单元2中，传输控制电路14通过核对信号发送器12中门电路40的线60的状态来监测光学环路系统的状态。除了系统运行的初始状态外，只要光学环路系统中未发生异常，原则上对通过光路进行的传输就保持有效的控制，在这种情况下，线110上的信号电平首先被置为电平“1”，其结果是只有与门88、90和94被启动。然而，在这时中央控制单元在输入线112上的信号被设置为“0”电平，如上文所述，这样与门108、114和116全部保持在截止的或关闭的状态。

因此在这时，线66上的传输信号通过与门88和或门100传输到线54上并以电光转换器38传输到位于所涉及的控制单元输出侧的光纤维中。另一方面，从接收侧光纤维通过光电转换器32出现在线48上的接收信号则通过与门90和或门102被送入线62。用这种方式，通过由光纤维构成的光学环路系统执行数据传输。

由于在这时线56是通过与门94和或门104与线64相连，线56和58上两种时钟信号中较高频率的时钟信号（即，4MH_Z）被输入传输控制电路42的时钟输入线64，这样该电路42即在高传输频率（即，250KHZ）下工作。

另外，由于与门92和116是在关闭或截止状态下，线50与线62和线52都不连通，而线66与线52也不连通，因为与门98是截止的。

现在，针对安装在每一局部控制单元4-1…，4-n中的门电路40的工作进行说明。

在每一局部控制单元4-1…，4-n中，输入线112的信号电平被置为逻辑“1”，这使与门108、114和116被启动。

其结果是，当中央控制单元2通过光学环路系统的中介进行数据或信号传输时，如上所述，线60的电平被保持在逻辑“1”。因此，与门108的输出电平成为逻辑“1”，由此与门88、90和94被启动并形成线48与线62接通而线66与线54接通的状态，以便通过光学环路系统进行数据传输。

在这时，输入侧的线48和输出侧的线54也通过与门114和或门100相互连接，这样从中央控制单元2传输的信号可由所有局部控制单元4-1到4-n基本上是同时接收，以保证传输控制电路42的传输和接收工作具有高度的可靠性。

另外，因为与门94被启动，显然可以用与中央控制单元2相同的高时钟频率来执行该工作。

以下，假定由于某种原因，如光纤维8-1…，8-（n+1）断线，在通过光学环路系统进行的数字传输中发生异常。

在假设的状态下，中央控制单元2的门电路40中线48上的信号消失，造成线60上的信号电平以一个预定的时间延迟从逻辑电平“1”变为“0”。

然后，中央控制单元2的传输控制器14检测到线60的信号电平变为“0”电平，并且相应地将输入线110的电平从“1”变为“0”，以便用通过采用电导体的电学环路系统的传输工作来代替通过光学环路系统的传输操作。更具体说，当输入线110接收了“0”电平时，由于反相器86的输出电平为“1”，与门92、96和98被启动，由此使用于传输由该控制单元接收侧原始产生的信号的线50通过与门92和或门102与线62接通，同时出现传输信号的线66通过与门98和或门106与线52接通，由此建立起通过电学环路系统中介的信号传输。

同时，由与门96选择了时钟线58上的相对较低的时钟脉冲信号频率（即250KH_Z的时钟频率）并通过或门104送入线64。因此，传输频率被改变为大约15KH_Z的低值。

与此相反，因为与门114和90为截止或关闭，线48与线54和62不接通，同时因为与门88被关闭，线66不能与线54接通。

另一方面，在每一局部控制单元4-1到4-n中信号从线48上消失，这样线60上的信号电平变为逻辑“0”，向与门108的输出也被置为“0”电平。因此，这时反相器86的输出是逻辑“1”，这样与门92、96和98代替与门88、90和94被启动，导致线50和66分别与线62和52接通，由此建立起通过电学环路系统的数据传输方式。由于线58通过与门96和线64连接，即选定了250KH_Z的时钟信号，使局部控制单元4-1…，4-n同中央控制单元2之间可通过电学环路系统进行信号传输。

另外，由于线112上的信号电平是“1”，与门114和116被启动（即开通）。因此，线50通过与门116和或门106与线52接通，这样从中央控制单元2送出的信号可同时传输给各单独的局部控制单元4-1…，4-n。

从以上的说明中将能理解，当通过采用光纤维的光学环路系统的中介而进行的信号传输工作被切断时，采用电导体的备用电学环路系统即被启动以代替光学环路系统执行信号传输。这样，可以保持双重环路系统的高度可靠性。

传输控制器14包括一个MPU（微处理器单元）该MPU又包括线68a-68n，60和110，与电学器件/仪器20-22的输入/输出线相连的I/O电路，CPU、RAM和ROM。

传输控制器14可进一步用于监测机动车发动机的运行状态，以便除了对如上所述的光学环路系统中发生的异常故障进行响应而切换外，还可独立于该机动车的工作状态而将通过光学环路系统中介的工作状态切换为通过电学环路系统的工作状态。

图7是一个流程图，说明了在光学环路系统和电学环路系统之间由传输控制器14执行的切换控制的一个实例。如上文中所述，传输控制器14被安排成可在一个预定的时间间隔内周期性地执行数据传输。因此，微计算机或MPU43被用于在一个预定的时间间隔，通过定时器中断而开始图7中所示的处理。

现在假设传输一帧所用时间为，例如0.6ms，而定时器中断是以长于0.6ms的时间间隔，比如1ms的间隔周期性地发生。

在定时中断时，在步骤120对电学器件21的状态进行校验，该器件可以是机动车辆的点火开关21。如果该开关为接通，即确定该机动车的发动机在运行。然后该中断程序即进入步骤122，其中对线60上的信号状态进行校验。当信号状态为逻辑“1”时，MPU43的输出线110（图2）上的信号电平在步骤124中被置为逻辑“1”，这样即建立起了光学环路传输方式（即，通过采用光纤维的光学环路系统中介的传输）。然而，应当注意，将线110上的信号电平置为逻辑“1”只在中央控制单元内进行。在局部控制单元中，线110上的信号电平仍保持为逻辑“0”电平。

随后，在步骤126中执行与图4中所示的一帧相对应的数据传输。

以这种方式，只要发动机在运转并且光学环路系统中未发生异常，则每次定时器中断即执行对应于一帧的数据传输。

当判定步骤120的结果为肯定时（YES），这意味着发动机停止，或者另一种情况是，当判定步骤122的结果为否定时（NO），表明显然发动机在运行但光学环路系统中发生了异常，执行步骤128，其中中央控制单元的线110上的信号电平被置为“0”，其结果是建立起电学环路传输方式（即通过电学传输系统的中介进行传输）。

这样，程序进入到步骤130，在该步骤中启动对参数n的计数。更具体地说，计数值n是从MPU48的RAM中的一个软件计数器内读出。在下一步骤中，对读出的参数n进行核对以确定它是否小于一个预定常数n₀，只要n＜n₀，在随后的步骤134中将参数n加一，从这时起等待下一次定时器中止。

当步骤128到134已经重复执行了n₀次时，在步骤130读出的计数值达到值n₀，导致判定步骤132发出“NO”。随后，执行步骤136将软件计数器的计数值复原为零，随后是步骤126，其中执行一帧的数据传输。

应当注意，常数n₀的值被选定为等于或大于图2和图3中所示的线56和58上的时钟频率之比。例如，在线56上的时钟频率为4MH_Z而线58上为250KH_Z的情况下，则常数n₀可被选定为n₀≥16。

这样，很明显，当发动机停机时或另一种情况是当光学环路系统发生故障或异常时，传输方式为电学环路传输方式。在这时，进行数据传输的频率为通过光学环路系统执行数据传输时的频率的1/n₀。

现在，对数据传输的重复周期（数据传输频率的倒数）进行说明。

从数据传输的固有功能的角度来说，这一周期应当尽可能短。然而，这种环路传输系统可允许的最短周期是根据图4中所示的传输信号帧的长度，局部控制单元4-1到4-n的数目，时钟频率，以及电传输控制器14的微计算机（CPU）执行的处理所需要的时间来决定的，并且不能使其短于所决定的值。

另一方面，可以认为在这种系统中，功率消耗与时钟频率成比例。

因此，在所示实施方案的情况下，只要发动机在运转并对电池充电，就会在通过线56提供的高频率时钟信号的基础上进行以光学环路系统为中介的数据传输，其中发生图7所示的定时器中断的时间间隔，即进行数据传输的周期，被选定为可使数据传输以一个便于实际应用的足够高的频率来进行。

另一方面，当发动机停止并中止了对电池的充电时，数据传输从光学环路系统切换到电学环路系统，以便保护电源免受由光电转换器32和38造成的耗电。同时，通过电学环路系统的数据传输是在线58上的低频时钟信号的基础上进行的。另外，数据传输的重复周期被相应地减小为光学环路传输方式的周期的1/n₀。与此相关，应当理解，当发动机停止时，因为需要控制的电学器件/仪器的数目被相应地减少了，所以数据传输频率的降低实际上不会产生问题。

在发动机运行的情况下会产生噪音。因此，在数据传输中应当采用具有对噪音不敏感的固有特性的光学环路系统。然而，当发动机停止并使所产生的噪音显著减少时，可采用通过电学环路系统的数据传输。

从以上对本发明的较为可取的实施方案的描述中可以理解到，采用光纤维传输通道的环路传输系统通过采用电传输通道作为一个环路而成为双重系统。其结果是提供了一个避免了先有技术中的缺点的多路通讯系统，在该系统中实现了对光学环路传输方式发生异常时的适当后备功能，以确保高度的可靠性。如果必须的话，该多路通讯系统可在足够的并且是很低的功率消耗下工作，这样可将其有效地用于机动车辆或类似情况的数据传输，以满足密集布线的需要。

在上述实施方案的情况下，已经假设电学环路传输方式中的数据传输频率被选定为显著低于光学环路传输方式中的频率。然而，应当理解在两种传输方式中也可使用同一传输频率。在这种情况下，图2和图3中所示的中央和局部控制单元中时钟发生器44的输出频率被选为相同值。例如，中央控制单元与局部控制单元相同，都是仅采用向线56输出的高频时钟信号。另外，由中央控制单元的MPU43执行的控制程序中（图7所示）将控制步骤130至136去掉。

以下说明本发明的第二个实施方案。

根据第二个实施方案，所提供的双重环路通讯系统包括一个光纤维传输通道和一个电传输通道，并且有与上述第一实施方案相同的功能，其中通过光学环路系统的数据传输状况由通过电学环路系统的数据传输来监视，以此识别光学环路系统的异常或故障。

图8是一个方框图，显示了根据第二个实施方案的双重通讯系统。如同第一实施方案的情况，中央控制单元2和多个局部控制单元4-1…，4-n通过由光纤维8-1，8-2…，8-n，8-（n+1）构成的一个光学通道和由电信号导体10-1，10-2…，10-n，10-（n+1）构成的一个电学通道以双重环路结构的形式相互连接。

中央控制单元2包括一个信号发送器203和用于控制与局部控制单元4-1…，4-n进行的信号传输的信号传输控制器207。另外，中央控制单元2用于控制电学器件/仪器210a…，210n。

每一局部控制单元4-1…，4-n包括一个信号发送器204和一个信号控制器208，并用于控制相关的电学器件/仪器209a…，209m以及对后者的工作状态进行检测。通过光学环路系统和电学环路系统传输的信号具有与图4中所示的相同结构。

图9示出局部控制单元4-1的电路结构方框图。然而，应当理解其它局部控制单元可同一电路结构来实现并且以下的说明对它们也同样适用。在图9中，参考号212代表一个光电转换电路，用于将从光纤维部分8-1送入的光输入信号转换为一个相应的电信号，然后将该电信号提供给门电路214。另外，该光电转换电路212用作将门电路214提供的电信号转换为一个光信号，然后将其提供给光纤维部分8-2。数字213代表一个信号传输/接收电路，用于将来自电信号导体10-1的输入信号提供给门电路214，同时将来自门电路214的输出信号提供给电信号导体10-2。数字44代表一个与图3中所示结构相同的振荡电路。振荡电路44通过线56和58与门电路214连接，在这些线上分别出现频率互不相同的时钟信号。

传输控制电路217具有与图5中所示基本相同的结构，并用于将通过门电路214输入的一个串行信号转换为一个并行信号，然后将其施加到电学器件/仪器209a…，209m上以进行控制。另外，传输控制电路217用于检测电学器件/仪器209a…209m的状态，并将后者的输出信号以串行信号的形式提供给门电路214。

图10示出图9所示光电转换电路212的一个示例性电路结构。假设具有图4所示帧结构并由局部控制单元4通过光学环路系统和电学环路系统接收的信号分别由RX_o和RX_e代表，而从局部控制单元通过光学环路系统和电学环路系统送出的信号分别由TXD_o和TXD_e代表。从光纤维部分8-1入射的光输入信号通过光电转换器218转换为电信号，然后该信号一方面作为具有图4所示帧结构的接收信号RX_o提供给门电路214，另一方面通过或门222提供给电光转换器219以转换成光信号然后送入光纤维8-2。另外，接收信号RX_o还提供给计数器220的复位端R。计数器220用于检测接收信号RX_o是否存在，以此检测光学回路中是否存在故障。当接收信号存在时，在端 Q上出现的计数器220的输出信号GOpt为逻辑“1”。更具体地说，信号Gopt和从门电路送入的时钟信号被输入与门221，与门221的输出端与计数器220的C端连接。

参见图11中所示的时序图说明计数器220的工作。当光学环路系统正常工作时，具有图4所示帧结构的接收信号RX_o被周期性地施加到计数器220的复位端R。只要向该复位端施加接收信号RX_o，计数器220就不对时钟脉冲计数，导致在输出端 Q产生的输出信号为逻辑“1”，因为计数器的内容不超过一个预定的值n。另一方面，除非接收信号RX_o被施加给复位端R，否则计数器220对从与门221提供的时钟脉冲CLK进行计数。然而，因为计数器220中的计数内容被接收信号RX_o复位，计数值不能达到预定值n。因此，来自计数器220的输出信号保持为逻辑“1”。现假设接收信号RX_o在时间点t₁由于光学环路系统中的某种故障而被阻断，计数器220开始对时钟脉冲CLK计数。当计数器220的内容在时间点t₂达到预定值N，在计数器220的输出端 Q出现的输出信号Gopt表现为逻辑“0”电平。因此，与门221被阻断，使时钟信号CLK不能被提供给计数器220。这样输出信号Gopt保持为逻辑“0”。以这种方式，可以根据计数器220的输出信号Gopt的电平检测出光学环路系统内的故障或异常。输出信号Gopt被提供给门电路214（图9）。通过门电路214提供的光学环路系统的传输数据TXD_o被加到或门222的另一输入端上，以便被安排到传输帧内。

图9中所示的传输/接收电路213可以在图12所示的电路结构中实现。通过电导体10-1传输的电输入信号被提供给反相器224。电导体或连线10-1通过电阻223向上连到直流电压源215的输出电压Vcc上。该信号导体或连线10-1的另一端与前一个局部控制单元的传输/接收电路的输出晶体管连接，其方式与图12中示出的所涉及的传输/接收电路213的输出导体10-2与输出晶体管229的连接方式相同。在反相器224的输出端出现的电学环路系统的接收信号RX_e具有图4中所示的帧结构。信号RX_e被提供给或门227，计数器225和门电路214（图9）。

计数器225具有基本上类似于图10中所示的计数器220的结构，并以与后者相同的方式工作。更具体地说，当信号RX_e存在时，在计数器225的Q端产生的输出信号Ge表现为一个逻辑“1”电平，其中与门226被启动或开放以允许时钟脉冲信号CLK施加到计数器225的C端上。

另一方面，在一个预定的时间间隔内未发现接收信号时，计数器225的输出信号Ge被切换为逻辑“0”电平，以此封闭了与门226。以这种方式，具有电平“1”的输出信号G_e表示数据传输是通过电学环路系统的中介进行的。一方面输出信号G_e直接施加到图13中详细示出的门电路214上，另一方面通过反相器230间接施加到门电路214上。其结果是，当输出信号G_e为逻辑“1”时，信号门235被信号G_e打开，由此使数据传输能够通过电学环路系统进行，同时，用于通过光学环路系统进行数据传输的信号门234由反相器230输出的信号G_o所封闭。与此相反，当输出信号G_e是逻辑“0”而信号G_o为逻辑“1”时，信号门234打开而信号门235关闭，导致数据传输是通过光学环路系统取代电学环路系统而进行。

经过电学环路系统传输的数据TXD_e被施加到或门227的另一输入端，该或门的输出信号通过电阻228施加给晶体管229，以便发送到信号线10-2上，安装反相器224的目的是为了将晶体管229输出的反相电信号恢复到原始的未反相的形式。

图13示出图9中所示门电路214的典型电路结构。图10和图12所示的电路与门电路214之间进行交换的信号有用于选择通过光学环路的数据传输的控制信号G_o，用于选择通过电学环路系统的数据传输的控制信号G_e，来自电学环路系统的接收信号RX_e，来自光学环路系统的接收信号RX_o，输给光学环路系统的传输数据TXD_o，输给电学环路系统的传输数据TXD_e，用于表示来自光学环路系统的接收信号RX_e是否存在的信号Gopt，以及时钟信号CLK。振荡电路44产生用于通过光学系统进行传输的高频时钟信号CLK_o（例如4MH_Z）和用于通过电学环路系统进行传输的低频时钟信号CLK_e（例如250KH_Z）。控制信号G_o和接收信号RX_o被输入与门231。控制信号G_e和接收信号RX_e被输入与门232。与门231和232的输出由或门233进行逻辑“或”运算，或门233的输出被施加给传输控制电路217的一个接收端RX_e。另一方面，从传输控制电路217的发送端TXD进行传输的数据TXD_o与控制信号G_o一起被输入与门234，由此使用于传输的数据TXD_o被置入应向光学环路系统输出的传输帧中。另一方面，在发送端TXD产生的信号和控制信号G_e由与门235进行逻辑“与”运算，与门235的输出被提供给电学环路系统作为用于传输的数据TXD_o。信号Gopt被施加到传输控制电路17的DI/O端，其中表示光学环路系统中是否存在故障的信号Gopt从端TXD输出，以便通过光学环路系统发送到中央控制单元2。时钟信号CLK_o和控制信号G_o由与门236进行逻辑“与”运算，而时钟信号CLK_e和控制信号G_e由与门237进行逻辑“与”运算，其中与门236和237的输出由或门238进行逻辑“或”运算，然后或门238再将施加给传输控制电路217的输入端CLK的时钟信号CLK输出。

图14是一个方框图，示出了构成局部控制单元的一个部分的传输控制电路的一个典型电路结构。这一传输控制电路的电路结构与图5中所示的第一实施方案的电路具有基本相同的结构。因此，重复的描述将不必要。注意到以下情况就足够了。即，图13中所示门电路214的或门238的输出时钟信号CLK被施加到时钟发生器157的输入端，而控制信号Gopt被施加到I/O缓冲器154的输入端DI/O，并且接收信号RX_o和RX_e被输入到移位寄存器153。

图15示出中央控制单元2的信号发送器203和信号传输控制器207的典型电路结构。

通过光纤维部分8-（n+1）从局部控制单元4n输入并代表传输帧信号TXD和 TXD的光信号经过光电转换器218被转换为电信号，随后将其提供给与门261作为接收信号RX_o。另一方面，从局部控制单元4n通过电信号导体10-（n+1）提供的传输帧的电输入信号由反相器224反相并提供给与门262作为接收信号RX_e。

传输控制电路217与图13中所示电路相比，除了没有DI/O输入端外，其结构是相同的并完成同样的工作。图4中所示的帧TXD和 TXD的信号是从传输控制电路217的输出端TXD产生并通过与门264与来自MPU239的输出信号Gt进行“与”运算，与门264的输出信号通过电光转换器219作为传输信号TX_o送入光纤维8-1。另一方面，来自输出端TXD的输出信号和MPU239的输出信号Ge′由与门265进行逻辑“与”运算然后与门265的输出通过电阻228和晶体管229作为传输信号TX_e送到电信号导体10-1上。这些传输信号TX_o和TX_e由局部控制单元作为图4中所示的接收帧信号RXD和 RXD来接收。MPU239具有与MPU43基本相同的功能，并包括一个微计算机。

MPU239控制传输控制电路217执行与局部控制单元4-1…，4-n的信号交换、数据处理以及其它功能。由于接收信号RX_o或RX_e是否存在是由MPU239通过采集施加到传输控制电路217的输入端RX上的数据来确定的，因此，MPU不需要安装如图10和图12中所示电路的计数器220和225。接收信号RX_o与信号Gr一起输入与门261，而接收信号RX_e与信号Ge′一起输入与门262。与门261和262的输出信号均由或门263进行逻辑“或”运算，或门263的输出被连接到传输控制电路217的接收信号端RX上。由时钟发生器44产生，用于通过光学环路系统传输的高频时钟信号CLK_o与信号G_o′一起输入与门267，而用于电学环路系统的低频时钟信号CLK_e与信号G_e′一起输入与门266，其中两个与门266和267的输出通过或门268施加到传输控制电路217的输入端CLK上。

在光学环路系统的电学环路系统中应选用那一个用于数据传输是由存储在MPU239中的一个控制程序决定的。决定的结果是由单个信号G_o′、G_e′、G_r和G_t的信号电平来表明。更具体地说，信号G_o′用于确定数据传输是否应通过光学环路系统来进行，当这一信号G_o′的电平为逻辑“1”时，这使数据传输通过光学环路系统进行。信号G_e′用于确定数据传输是否应通过电学环路系统来进行。当这一控制信号G_e′的电平为逻辑“1”时，这意味着数据传输应通过电学环路系统进行。控制信号G_r在确定来自光学环路系统的接收信号RX_o是否应接收时起作用。这一信号G_r的逻辑电平“1”意味着信号RX_o应当接收。最后，控制信号G_t用于确定传输信号RX_o是否应通过光学环路进行传输。这一信号G_t的逻辑电平“1”意味着信号TX_o应通过光学环路系统进行传输。

传输控制电路217具有与图14中所示电路基本相同的结构，除了在前者的情况下I/O缓冲器的各输入/输出端是与MPU239连接。

在本实施方案的情况下，当发动机停止时。即，当与MPU239连接的点火开关21的输出信号为“0”时，数据传输是通过电学环路 系统的中介而进行的。这是因为通过光学环路系统的数据传输由于在光电转换器中安装的发光元件的工作而造成相对较大的功率消耗。换句话说，当数据传输在发动机停止的时间内是通过光学环路系统来进行时，即产生电池将在一个相对较短的时间内耗尽的可能性。为了预防这一点，数据传输通过电学环路系统来执行。与此相关，应当说明每一发光元件的电流消耗可达到20到50mA。因此，当所提供的局部控制单元的数目为十个左右时，这些发光元件将在几天之内消耗掉容量为40安培/小时的电池的一大半的能量。为了这一原因，在发动机停止的状态下最好采用通过电学环路系统的数据传输，电学环路系统的能耗很低（大约为通过光学系统数据传输所产生的能耗的百分之一）。

因此，在发动机停止的时间内，信号G_e′、G_o′、G_r和G_t的电平被分别置为“1”、“0”、“0”和“0”。其结果是，将选用电学环路系统进行数据传输，其中时钟发生器44的低频时钟信号CLK被选送到传输控制电路217。这样，来自电学环路系统的接收信号RX_e被施加到接收端RX上，而通过电学环路系统进行传输的传输信号TX_e被作为传输信号TXD输出。另外，在每一局部控制单元中，信号G_e为逻辑“1”而信号Gopt和G_e分别为“0”，由此而产生通过电学环路系统的数据传输。

另一方面，当发动机运行时，即当点火开关21的输出为逻辑“1”时，MPU239的信号G_o′、G_r、G_t和G_e′被分别置为“1”、“1”、“1”和“0”。其结果是，在中央控制单元内高频时钟信号CLK_o作为时钟信号CLK而起作用，使来自光学环路系统的接收信号RX_o被接收，同时将用于通过光学系统进行传输的信号TX_o从中央控制单元输出。与此类似，在每一局部控制单元中，信号G_o和Gopt分别变为逻辑“1”，同时信号G_e的电平为“0”，以使数据传输通过光学环路系统进行。在这种状态下，由于电池被恒定地充电，无须害怕电池耗尽。因此，具有对电噪声不敏感的固有特性并能保证高频传输的光学环路系统被用于数据传输。

另外，电导体或导线已经在机动车辆内经过长期的使用并发现其能够承受机动车辆内经常发生的各种环境条件。与此相比，光纤维和光电或电光元件则很少在机动车辆内使用，以致无法确定它们是否可在不利环境下被用于数据传输的目的。总的来说，与电导体或导线相比光纤维对于温度，振动和其它的不利影响更敏感。因此，对光学环路系统进行确切的判定以启动备用系统并在光学环路系统内发生故障时判断故障的位置对于机动车辆的安全运行具有极大的意义。

本实施方案的目的在于当光学环路系统发生故障时提供备用系统，判断故障位置并发出警报。

为了这一目的，在启动发动机之前对光学环路系统中是否存在故障进行判断。如果存在故障，则判定该故障的位置，另外，由电学环路系统作为光学系统的备用系统。为了进行判断，在中央控制单元内信号G_o′和G_r被分别置为“0”，而信号G_e′和G_t被分别置为“1”，以便在来自中央控制单元的低频时钟信号的时标下，即通过光学环路系统也通过电学环路系统传输一个信号，其中中央控制单元仅接收来自电学环路系统的传输信号TXD，信号TXD包含有关故障的信息。

以下，参见图16对本发明的这一实施方案中采用的控制程序进行说明。当系统接通电源时，或者另一种方法是，在系统接受供电的情况下按下复位键（未示出）时，MPU内安装的ROM中所存储的一个程序即被执行，于是即开始了有目的的控制。

首先，在步骤300中进行预置。

随后，在步骤302中，在MPU239的RAM中的一个软件定时器设置通过电学环路系统进行数据传输的时间间隔TP_e。更具体地说，假设用于传输图4中所示的一帧传输信号所用的时间是0.6mS，例如，对于通过光学环路系统的数据传输的时间间隔TP_o是1.0mS，而通过电学环路系统的数据传输的时间间隔TP_e是16.0mS，它是时间间隔TP_o的16倍。

因此，在步骤302中，在MPU的软件定时器内设定时间间隔TP_e，由此后续步骤304到312是在每一时间间隔TP_e内执行。

在步骤304中，对于光学环路系统内的故障识别进行准备。更具体地说，中央控制单元以为电学环路系统设定的低传输频率通过光学环路系统和电学环路系统向单独的局部控制单元送出传输帧信号TXD和 TXD。中央控制单元仅通过电学环路系统接收来自单独局部控制单元的传输数据。为了这一目的，MPU239的输出信号G_o′、G_e′、G_r和G_t被分别设定为“0”、“1”、“0”和“1”。

当光学环路系统正常时，信号Gopt的电平为逻辑“1”。然而，当光学环路系统中存在故障时，处于光学环路发生故障的位置之前的各单独局部控制单元的信号Gopt为电平“1”，而处于光学环路发生故障的位置之后的各单独局部控制单元的信号Gopt为电平“0”。

这些信号Gopt通过电学环路系统作为传输数据TXD_e被送入中央控制单元并提供给MPU239作为接收信号RX_e。然后，MPU239根据接收信号RX_e判定光学环路是否存在故障，如果故障存在则估算其位置，该故障在步骤308中通过适当的显示装置（未示出）通知给操作者。

当来自所有局部控制单元的信号Gopt均为电平“1”时，即判定光学环路内不存在故障。然后控制程序进入步骤310。

在步骤310中，建立起通过电学环路系统的数据传输方式，即ELK方式。为了达到这一目的，MPU239的输出信号G_e′、G_o′、G_r和G_t被分别设置为“1”、“0”、“0”和“0”，由此以专为ELK方式而确定的传输频率执行通过电学环路系统的数据传输。

下一步，在步骤312中，由一个给定的控制单元（在所示实施方案的情况下为中央控制单元）监测点火开关21的状态。当代表发动机状态的点火开关的输出信号为逻辑“0”时，因为发动机为停止状态，返回到步骤310以继续ELK方式。另一方面，当点火开关被接通并产生电平为“1”的输出信号时，表明发动机在运转，控制程序进入到步骤314。以这种方式，只要点火开关21被断开，则在步骤310中以予定的时间间隔TP_e继续执行ELK方式。换句话说，在每一时间间隔TP_e中通过电学环路系统传输一帧信号。

在步骤314中，MPU239设定时间间隔TP_o，在该间隔内数据通过光学环路系统传输。因此，从这一时间点开始，以时间间隔TP_o进行对MPU的定时器中断，这样在每一时间间隔TP_o内执行后续步骤316至320。

下一步，控制程序进入步骤316，其中启动了通过光学环路系统，即OPT方式的数据传输。为了达到这一目的，在中央控制单元内信号G_e′、G_o′、G_r和G_t被分别置为“0”、“1”、“1”和“1”，由此可以仅通过光学环路系统以专用于OPT方式的高时钟频率进行数据传输。

在下一步骤318中，中央控制单元内核对是否从光学环路系统接收了接收信号RX_o。如果未接收到，即决定光学环路系统发生了故障，这时即返回到步骤302以执行步骤302到312。

在接收了信号RX_o的情况下，程序进入步骤320以核对点火开关是否接通。如果接通，即执行步骤316到318以继续OPT方式。如果点火开关断开，在步骤322设定用于通过电学环路系统进行数据传输的时间间隔TP_e，这时返回到步骤310以执行ELK方式。

与步骤302相关，可对一个附属开关的状态进行核对。在这种情况下，当点火开关为断开且当附属开关是从断开状态接通时，可执行步骤304。

以这种方式，在点火开关接通，即在本系统接通电源的启始时刻，务必通过的电学环路系统的帮助而执行光学环路系统中的故障识别，由此保证高度的可靠性。

还应指出，当步骤304的识别结果为光学环路系统发生故障时，即使在步骤312发现点火开关为接通，数据传输仍可继续通过电学环路系统以ELK方式进行。这样，即使在光学环路系统中发生故障时也可保证系统的备用，以此保证进一步改进的可靠性。

从以上说明中可以理解，发生故障的光学环路系统可由电学环路系统作为后备，而识别光学环路中存在的故障必须在通讯系统开始工作时进行，由此可进一步加强双重环路通讯系统的可靠性。另外，所公开的双重环路通讯系统具有以下所述的优点。

（1）在保证高度可靠性和改进的性能的同时，该系统可按一个简化的结构而便宜地实现。

（2）在发动机停止时可以节省电能。

（3）光学系统中的故障识别务必在开始运行时自动进行，以改善可靠性。

（4）在检测到故障时，可以显示出发生故障的位置，以便于维修。

在以上的说明中，已经假设通过电学环路系统传输的数据传输频率TP_e与OPT方式中数据传输频率TP_o相比被选定为低值。然而，应当理解传输频率TP_e和TP_o可选定为相等值。在这种情况下，中央和局部控制单元中的信号发送器207、208中仅选定一个时钟信号，即振荡器44的高频时钟信号CLK_o。另外，在图16中所示控制程序的步骤314、322和302中，使传输频率TP_e和TP_o相等，或者将步骤314和322从中央控制单元的MPU239所执行的程序中去除，并且当步骤318中判定不存在RX_o时程序进入步骤304。

Claims (13)

1、一个多路通讯系统，其特征为包括：

一个包括信号发送装置和传输控制装置的中央控制单元；

多个局部控制单元；

一个光学环路传输通道，该通道通过光纤维以环路式结构将上述中央控制单元的信号发送装置与上述多个局部控制单元相互连接，以此在上述各控制单元之间通过上述光纤维执行数据传输；和

一个电学环路传输通道，该通道通过电信号导体以环路式结构将上述中央控制单元的信号发送装置与上述多个局部控制单元相互连接，以此在上述各控制单元之间通过上述电信号导体执行数据传输；

其中上述中央控制单元的传输控制装置在上述光学环路传输通道和上述电学环路传输通道之间选择至少一个通道并根据预定的条件将其与上述信号发送装置连接，这样在上述中央控制单元和上述局部控制单元之间通过上述选定的环路传输通道进行数据传输。

2、一个根据权利要求1的多路通讯系统，所述中央控制单元和所述局部控制单元被安装在一辆机动车内，其中所述传输控制装置根据上述机动车的控制状态选择环路传输通道。

3、一个根据权利要求2的多路通讯系统，进一步包括用于检测所述机动车的发动机状态的状态检测装置，其中在上述检测装置检测到发动机在运转时，所述传输控制装置选择所述光学环路传输通道进行数据传输。

4、一个根据权利要求3的多路通讯系统，其特征在于当所述检测装置检测到发动机停止时，所述传输控制装置选择所述电学环路传输通道用于数据传输。

5、一个根据权利要求4的多路通讯系统，其特征在于所述中央控制单元的信号发送装置包括用于检测所述光学环路传输通道的故障的第一故障检测装置，并且当该第一故障检测装置在通过上述光学环路传输通道的数据传输过程中检测到上述光学环路传输通道的故障时，所述传输控制装置选择所述电学环路传输通道代替所述光学环路传输通道。

6、一个根据权利要求5的多路通讯系统，每一所述局部控制单元包括用于检测所述光学环路传输通道的故障的第二故障检测装置，其中当该第二故障检测装置在通过光学环路传输通道的数据传输过程中检测到故障时，由所述电学环路传输通道代替所述光学环路传输通道进行数据传输。

7、一个根据权利要求1的多路通讯系统，其特征在于通过所述光学环路传输通道的数据传输频率高于通过所述电学环路传输通道的数据传输频率。

8、一个根据权利要求3的多路通讯系统，其特征在于所述状态检测装置包括机动车辆的点火开关。

9、一个根据权利要求4的多路通讯系统，进一步包括用于根据通过所述光学环路传输通道的数据传输检测该通道内故障的第三故障检测装置，其中所述中央控制单元的传输控制装置为了识别出所述光学环路传输通道内的故障，即通过光学环路传输通道也通过电学环路传输通道向每一所述局部控制单元进行数据传输，每一所述局部控制单元通过所述电学环路传输通道向所述中央控制单元送出上述第三故障检测装布的输出。所述中央控制单元根据每一局部控制单元的第三故障检测装置的输出识别所述光学环路传输通道的故障。

10、一个根据权利要求9的多路通讯系统，其特征在于，在所述发动机启动前将该系统与一个电源进行电连接时执行所述识别。

11、一个根据权利要求9的多路通讯系统，其特征在于，所述中央控制单元根据每一局部控制单元的第三故障检测装置的输出信号产生在所述光学环路传输通道内发生故障的位置的显示。

12、一个根据权利要求11的多路通讯系统，其特征在于，所述中央控制单元的传输控制装置在通过所述光学环路传输通道的数据传输过程中，响应数据接收的中断，对光学环路传输通道内存在的故障执行所述识别。

13、一个根据权利要求12的多路通讯系统，其特征在于，在所述识别中检测到故障时，所述传输控制装置选择电学环路传输通道代替光学环路传输通道进行数据传输。

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