CN88100296A - 信息管理和控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种可用电池(+V)工作的信息管理和控制系统，它可用于例如机动车辆电气系统中，它有一中央单元(10)和许多远程单元(20)，每一远程单元(20)由各自的信号传输线路(40)连接到中央单元(10)。中央单元(10)包括处理和控制装置(13)和电源装置(11)，电源装置(11)在该系统处于运行模式下被开启从而使处理和控制装置(13)工作，在该系统处于休止模式下被关断。

Description

本发明涉及信息管理和控制系统，例如，包括在机动车辆电气系统中的这种系统。
本发明特别涉及一种包括一个中央单元和许多远程单元的信息管理和控制系统，每个远程控制单元通过各自的信号传输线路与中央单元相连，当电池装置和中央单元及至少几个远程单元相连时，该系统可用电池工作，在该系统中，中央单元包括处理和控制装置以及电源装置。
一个在机动车辆电气系统中的这样一种系统的例子可以从贝脱斯（W.R.Betts）在“GEC    REVIEW”1986年第二卷第一期第32至36页中发表的题为“用于汽车工业的多路传输系统（Multiplexing    for    the    automotive    industry）”文章中得知。
为了在这样一种系统中使耗电减至最小和节省电池装置的容量，最好是提供一个系统的休止工作模式和一个系统的运行工作模式;在休止模式下中央单元的电源装置被关断;在运行模式下，电源装置被开启，去使处理和控制装置工作。在使用者只有机会接触到远程单元的那种系统中，必须给使用者提供通过从远程单元进行启动，就能使系统脱离休止模式的装置。例如，在一种机动车辆电气系统中，最为理想的或许是从许多不同开关中的任一个来提供启动信号，这些开关诸如，连接到同一远程单元的点火开关或侧边灯开关、连接到另一远程单元的开门开关以及连接到又一个远程单元的可能的系统测试模式开关。
对于远程启动装置，有可能包括一根属于信号传输线路以外、而处在中央单元和任意一远程单元之间专用启动线，使用者能够利用这根专用线使系统进入远行模式。然而，设置一些这种启动线，及伴随的连接器插脚以及附加的噪声抑制装置，有加大成本的缺点。
本发明的一个目的是提供一种有着远程启动装置但无需专用启动线的系统，并且本发明是基于这样一种想法，即在信号传输线路中已有的线上短暂地加上一个数值不同于在该线上的运行模式工作电压的启动电压。
根据本发明，提供了一种包括一个中央单元和许多远程单元的信息管理和控制系统，这些远程单元通过各自的信号传输线路分别连接到中央单元，当以电池连接到中央单元和至少几个远程单元时，系统可以用电池装置工作，在该系统中，中央单元包括处理和控制装置以及电源装置，在系统的运行模式下电源装置被开启去使处理和控制装置工作，在系统的休止模式下电源装置被关断，在该系统中，在所述运行模式期间，处理和控制装置给每一信号传输线路中的一根数据线加上一个脉冲形式的工作电压，在该系统中，所述数据线中的一根线被连到中央单元中的电源控制装置和各有关的远程单元中的启动电压激励装置，而电源控制装置和启动电压激励装置在休止模式和运行模式期间都是由电池装置供电的，在该系统中，当系统处于休止模式时，启动电压激励装置能够被连接到该远程单元的启动开关的闭合所启动，从而给该数据线加上一个不同于工作电压的启动电压，并且在该系统中，电源控制装置响应于启动电压而被启动，从而开启电源装置，而启动电压激励装置响应于随及在运行模式开始时所加的工作电压而被截止。
通过安排，当系统处于运行模式时启动电压激励装置响应于脉冲形式的工作电压而继续被截止，就能增强根据本发明系统的可靠性。这可按下述有着简单而经济的优点的方式来实现，即在启动电压激励装置内设置一个双极晶体管，它的发射极由电池装置供电，它的集电极连接到所述数据线，而它的基极连接到所述启动开关和一个电容器，通过安排启动电压激励装置使得当系统处于休止模式时，该电容器放电而晶体管被截止;还使得当系统处于休止状态时晶体管响应于启动开关的闭合而导通，从而给所述数据线加上一个低于所述工作电压的启动电压;还使得该电容器在运行模式的开始，响应于随即所加的工作电压而通过晶体管的集电极-基极二极管充电，从而截止该晶体管;最后还使得当该系统处于运行模式时，响应于脉冲形式的工作电压，该电容器继续充电，从而维持晶体管的截止。
根据本发明，该系统中的电池装置可以给中央单元和远程单元加以相同的电池电压，所述启动电压基本上即为所述电池电压，而所述电源装置将所述电池电压变换成准备作为所述工作电压加到数据线上的较高电压。例如，当根据本发明的系统纳入到机动车辆电气系统中时，电池电压将为12伏特，而较高的工作电压可以是30伏特。这样高的一个工作电压具有象上面提到的“GEC    REVIEW”中的文章里所描述的抗噪声和其他的优点。
通过安排根据本发明的系统，可以使得当它处于运行模式时在中央单元中的电源控制装置能响应于脉冲形式的工作电压而维持处于工作，并进一步使得当电源控制装置响应于脉冲形式工作电压的中断而被截止时，系统恢复到休止模式。因而为了关断电源装置，控制和处理装置只要简单地中断脉冲形式的工作电压，而不必让控制和处理装置为此而提供一个特殊的输出信号，这种方案保证系统在运行模式和休止模式间可靠地转换。
上面一节中所述方案可以用下面这样的构成来简单而经济地实现：电源控制装置的一个输入端连接到所述数据线，并连接至一电容器，通过安排电源控制装置，以使得当系统处于休止模式时该电容放电;并使得响应于所述启动电压，该电容充电至高于参考电压的值，于是电源控制装置的输出开启电源装置;并使得响应于脉冲形式的工作电压，该电容维持充电在高于所述参考电压的值;最后，使得该电容响应于脉冲形式的工作电压的中断而放电至所述参考电压以下的值，从而电源控制装置的输出关断电源装置。
根据本发明的这个系统可以这样安排，以使得连接到所述电池设备的远程单元中至少有几个是连有负载的，并且远程单元中至少有几个是连有功能开关的，所述功能开关通过在中央单元中的处理和控制单元间接地操作所述负载。例如，当本系统纳入机动车辆电气系统中时，这些负载可以包括点火器，灯和电动机。
虽然根据本发明的系统的远程启动可以由特别为此目的设置的一个或一个以上的开关来实现，但如前节所描述的系统中，使用者借助于操作功能开关中的一个就能远距离启动该系统是有着明显好处的。这可以在这样的系统中实现，在该系统中，每一所述信号传输线路的所述数据线是时钟脉冲线，它带有构成时钟脉冲的脉冲形式的工作电压;在该系统中，每一所述信号传输线路还包括一根信号线，在所述时钟脉冲的控制下，在一指定的时隙内，该信号线与有关的远程单元中多路分配器许多通道中相应的一个接通，在该系统中，每一所述负载和所述功能开关分别连接到所述相应的多路分配器通道，并且在该系统中，所述启动开关是所述功能开关中的一个，其安排是这样的，即当该系统响应于启动-功能组合开关的闭合而进入了运行模式时，所述启动-功能组合开关，在工作后的功能状态通过各自的信号线而受到处理和控制装置的检测。
在一个如前节所述的系统中，至少有两个启动-功能组合开关可以并联地连接到同一远程单元中的所述启动电压激励装置，在这种场合，提供了用来使得连接有那些启动-功能组合开关的多路分配器通道之间保持相互隔离的装置。
现将参照附图对本发明作更详细的描述。
图1是在如上述“GEC    REVIEW”中的文章中所描述的用于机动车辆电气系统的信息管理和控制系统的总体示意图;
图2示出了包括本发明特点的图1系统的细节。
现参阅图1，图1示出了一个星形连接系统，该系统有一个智能的中央主控单元10和许多非智能的远程从动单元20。当以电池装置+V连接到中央单元10、并通过保险丝30连接到远程单元20时，该系统可以以电池供电方式来工作。小电流的信号传输线路40从中央单元10连接到每一远程单元20。可手动操作的电开关、传感器和大电流负载（未在图1中示出）连接于远程单元20，而它们的相互作用是受中央单元以分时多路传输的方法所控制。
现参阅图2，中央单元10包括电源装置11、电源控制装置12以及处理和控制装置13。在机动车辆电气系统中，电源装置11中的30伏特和5伏特的开关模式电源14和15是由12伏特的电池+V来供电的。为了使耗电减至最小并节省电池功率，该系统有一休止模式和一运行模式;在休止模式下，电源装置11被也是由电池+V供电的电源控制装置12所关断;在运行模式下，电源装置11被电源控制装置12开启。在系统的运行模式下，电源14、15使与之连接的位于处理和控制装置13内的用户单元（Custom unit）16和微处理器17工作。连至远程单元20的每一条小电流信号传输线路40有两根数据线41、42，在系统的运行模式期间，处理和控制装置13在这两根线中的每一根上加上一脉冲形式的工作电压。每一根数据线41是带有相应的脉冲形式工作电压的时钟脉冲线，这些脉冲构成幅度为30伏特的时钟脉冲，在用户单元16的控制下这些脉冲通过时钟驱动器的晶体管TR1加到线41上，这些脉冲还控制系统的分时多路传输的定时。每根数据线42是信号线，在每一时隙内，通过用户单元16中的相应开关18的控制使得加到信号线42上的，或者是零伏特或者是通过工作电阻R1而过来的30伏特固定电压。
远程单元20中的一个示于图2，在每一远程单元20中，在系统的运行模式期间，30伏特的电源21由加在线41上的时钟脉冲所导出。多路分配单元22有着响应于线41上的时钟脉冲的定时电路23，定时电路23控制开关24的工作，在适当的时隙内，使低电流信号传输线路的信号线42接通相应的多路分配器通道。每一远程单元20可以连接比如16个通道，其中5个示于图2中。
图2中表明可变电阻传感器50连接到远程单元20的许多通道中的一个。在合适的时隙期间，传感器50连接到信号线42，以及中央单元10中的开关18在该时隙内处于打开，于是信号线42上的电压是从传感器50供出、由该传感器电阻而产生的输入信号，此输入信号通过在中央单元10中的一个模数转换器而得到识别。
两个可动手操作的拨动开关60、61示于图2中，每一个开关通过一个R-C滤波器连接到远程单元20中相应的另一个通道。开关60、61的每一个在合适的时隙期间接入信号线42，并且，中央单元中的开关18于该时隙期间处于打开，于是在信号线42上由开关60、61各自两端之间的电阻而产生的电压，通过中央单元10的模数转换器19被分别识别为来自开关60、61的各自的二进制输入信号第一或第二状态。
图2中还示出了远程单元20中的另外两个通道，每个通道接入在远程单元中的各自的输出电路25。在合适时隙期间，开关18所处的状态将使得在信号线42上提供一输出信号给各自的输出电路25中的功率开关装置26，从而去控制从电池+V送出来的、经过保险丝30而到各自负载的大电流，这些负载例如为连接到远程单元20的灯70或启动器开关线圈71。在中央单元10中的微处理器17保证在信号线42上的输出信号响应于来自特定开关60、61的输入信号，而去控制连接到这些远程单元20的任一个单元的特定负载70、71中的大电流，开关60、61是准备和负载70、71联用的，而且可连接到这些远程单元20中的任一个单元。
在该系统的小电流信号传输线路中的小电流（例如当它包括开关60、61之一时，流过信号线42的电流）举例来说，可以不大于5毫安。流过该系统负载（例如，响应于开关60、61之一的受控制的负载70、71中的一个）的大电流。举例来说，可以达到10安培。
中央单元10中的电源控制装置12被连接到时钟脉冲线41中的一根线，而远程单元20中的启动电压激励装置80被连接到时钟脉冲线41。启动电压激励装置80是由电池+V来提供的。并和开关60、61的每一个接成并联。当该系统处于休止模式时，启动电压激励装置被开关60、61中的一个的动作所启动，从而把基本上等于12伏特电池电压+V的启动电压加到时钟脉冲线41上。电源控制装置响应于12伏特的激励电压而被启动，从而开启电源装置11，而响应于随后在系统运行模式开始时加到时钟脉冲线41上的30伏特时钟脉冲电压，启动电压激励装置80被截止。当系统处于运行模式时，启动电压激励装置80保持截止，电源控制装置12响应于线41上的时钟脉冲而维持工作。当响应于线41上的时钟脉冲的中断，因而电源控制装置12被截止时，系统恢复到休止模式。中央单元10中的电源控制装置12和远程单元20中的启动电压激励装置80的详细构造和工作情况将在下文加以描述。
电源控制装置12主要由比较器COM所组成，在系统的休止模式和运行模式期间比较器COM都是由电池+V来供电的。比较器COM的输出连接到电源装置11的开关电源14，以便开启和关断电源装置14，并从而还开启和关断电源15。比较器COM的一个输入，即实际上电源控制装置12的输入，被连接到电容C1和电阻R2，并通过隔离二极管D1连接到时钟脉冲线41。比较器COM的另一输入连接到参考电压V1，它直接从12伏特电池电压+V引出，并有着低于12伏特电池电压+V的值。当系统处于休止模式时，电容C1放电，比较器COM的输出使电源装置11继续关断。当基本上为12伏特的启动电压由远程单元20处的启动电压激励装置80加到线41上时，电容C1充电直至它达到一个高于参考电压+V1的值为止，于是比较器COM的输出通过开启电源装置11去使控制和处理装置13工作从而将系统转换成运行模式。由时钟驱动器的晶体管TR1在运行模式开始时加到线41上的30伏特时钟脉冲电压把启动电压激励装置80截止，并因而从线14上去除了12伏特启动电压。然而，时间常数R2C1与系统运行模式期间在线41上的30伏特时钟脉冲的持续期和脉冲间隔时间的关系是这样的，即电容C1响应于时钟脉冲而继续充电至参考电压值+V1以上，并且比较器COM的输出维持稳定从而保持电源装置11开启。为了使系统恢复到休止模式，只需控制和处理装置13中断加于线41上的时钟脉冲，以至电容C1放电至参考电压值+V1以下，从而比较器COM的输出将电源装置11关断。
在远程单元20中的启动电压激励装置80包括一个PnP双极晶体管TR2，它的发射极在系统的休止和运行模式期间都由12伏特电池+V通过一保护二极管D2来供电。晶体管TR2的集电极连到时钟脉冲线41。两个电阻R3、R4与12伏特电池+V接成串联。两个开关60、61通过隔离二极管D3、D4接成并联，再通过电阻R4连接到晶体管TR2的基极。电容C2跨接在晶体管TR2基极的电阻R3的两端。当系统在休止模式时，电容C2放电，晶体管TR2被截止。当开关60、61中的一个合上时，连接到该开关的电阻R4的一端基本上处于地电位，使得电流流过晶体管TR2的基极，从而使晶体管TR2导通，通过它的集电极给时钟脉冲线41加上基本上为12伏特的电压作为启动电压。时间常数R3C2与线41上的时钟脉冲的持续期的关系是这样的，即当系统的运行模式开始，从而线41上被加上+30伏特的时钟脉冲电压时，脉冲电压在一段时间内超过大体上为+12伏特的启动电压，此段时间足够使电容C2通过晶体管TR2的集电极一基极二极管充电到一个使晶体管TR2截止的值。当系统处于运行模式时，时间常数R3C2与线41上的+30伏特时钟脉冲间的时间间隔的关系是这样的，即电容C2维持充电到超过足够保持晶体管TR2截止的值。
如前所述一旦利用合上开关60、61中的一个使系统进入了运行模式，则开关60、61的工作状态在适当的时隙内通过信号线42被中央单元10中的处理和控制装置13作为二进制输入信号进行检测，而微处理器17保证响应于该输入信号，向通往远程单元20之一的线42上提供一个输出信号，使有关的负载（例如70或71）工作。在系统的运行模式期间，二极管D3、D4为多路分配器连接到开关60、61的各通道提供了保持相互隔离的设施。
开关60、61中的每一个可以称之为启动-功能组合开关。这就是说，开关60、61中的每一个，通过它与启动电压激励装置80的连接，成为一个启动开关，这开关闭合时系统进入运行模式;而开关60、61中的每一个，还通过它与多路分配器22的通道之一的连接，成为一个功能开关，它的二进制输入信号在系统的运行模式期间被中央单元10所识别，从而间接地操作一个与之有关的、连接到远程单元20之一的负载。虽然可方便地采用一个以上的启动-功能组合开关，例如开关60、61并联地接到在同一远程单元20内的启动电压激励装置80，但是也可只有一个这样的启动-功能组合开关连接到该远程单元20中的启动电压激励装置80。此外，还可能有一个连接到远程单元20中的启动电压激励装置80的开关，它可用作启动开关，但它不连接到远程单元20中的多路分配器的通道，所以不能用作功能开关。这种启动开关可以是手动操作的拨动开关，或可把它装在使系统工作于测试模式的设备的连接器中。
该系统可以是只在远程单元20之一内设有启动电压激励装置80，以及使中央单元10中的电源控制装置12与接向该远程单元的信号传输线路40中的时钟脉冲线41相连接。然而，可以在一个以上的远程单元20内设置启动电压激励装置80，以及在中央单元10内设置相应的电源控制装置12，它们分别连接到各自的信号传输线路40的时钟脉冲线41。在这种场合下，连接到各自的时钟脉冲线41的那些电源控制装置12的输出，可并联连接到电源装置11，而该系统可以由那些具有启动电压激励装置80的远程单元20中的任何一个单元来启动。
有着启动电压激励装置80的每一远程单元20必须连接到电池装置+V，而至少已连接到一个负载（例如负载70或71）的每一远程单元20必须连接到电池装置+V。在系统中可以存在着只连接有开关（例如开关60或62）和/或传感器（例如传感器50）的远程单元20，所以远程单元20并不严格要求与电池装置+V相连。但是实际上给每一远程单元提供带有信号传输线路40和电池连接线的单根电缆将是便利的;通过在一远程单元处连接一个负载至一个从未用过的通道上去从而使系统获得改型，这也是附加的优点。
在参阅图2描述的上述系统中，电池装置+V给中央单元10和一些远程单元20加上同一个12伏特电池电压，启动电压基本上为12伏特电池电压，而电源装置11将此电池电压变换成要用作时钟脉冲电压的30伏特的较高电压。在用于机动车辆电气系统中时，在信号传输线路40上加以幅度为30伏特的电压具有抗噪声和其它优点。然而，如前所述，启动电压激励装置80的特殊电路的执行过程主要依赖于启动电压低于时钟脉冲电压，从而在系统启动后由于通过晶体管TR2的集电极-基极二极管向电容C2充电而使晶体管TR2截止。假如时钟脉冲电压的幅度例如5伏特，并且在远程单元20处从电池引出比如2 1/2 伏的较低的启动电压，则此电路也会工作。
虽然启动电压激励装置80电路的实现是特别简单和可靠，但注意到有可能采用一种替换的逻辑电路，这种逻辑电路可响应于连接到远程单元的启动开关的动作，给通向中央单元的信号传输线路中的数据线加上一个启动电压，并响应于由中央单元在运行模式开始时给数据线随即所加的工作电压而被截止。在这种场合，启动电压激励装置会保持截止，而不响应于它所连接的数据线上的脉冲形式的工作电压，并且在此场合下，虽然启动电压的幅度必须与脉冲形式的工作电压的幅度有显著的差异，但不必小于它。
最后，注意到利用已有的数据线能在系统的正常运行模式工作下除了传输脉冲形式的工作电压，并还传输用来使系统脱离其的休止模式的幅度不同的启动电压，这种方法可以用于依靠电池工作的星形连接信息管理和控制系统，在这种系统中，双重用途的数据线并不一定是时钟脉冲线;此外，这种系统不一定如在机动车辆电气系统中那样用来远距离间接操作负载。

Claims (10)

1、一种信息管理和控制系统，它包括一个中央单元和许多远程单元，所述许多远程单元通过各自的信号传输线路分别连接到该中央单元，当从电池连接到该中央单元和至少几个远程单元时，该系统可以用电池装置工作，在该系统中，该中央单元包括处理和控制装置以及电源装置，在该系统的运行模式下该电源装置被开启去使该处理和控制装置工作，在该系统的休止模式下该电源装置被关断，在该系统中，在所述运行模式期间，该处理和控制装置给每一信号传输线路中的一根数据线加上一个脉冲形式的工作电压，在该系统中，所述数据线中的一根线将该中央单元中的电源控制装置连接到各自的远程单元中的启动电压激励装置，而该电源控制装置和该启动电压激励装置在休止模式和运行模式期间都是由该电池装置供电的，在该系统中，当该系统处于休止模式时，该启动电压激励装置能够被连接到该远程单元的启动开关的闭合所启动，从而给该数据线加上一个不同于工作电压的启动电压，并且在该系统中，该电源控制装置响应于该启动电压而被启动，从而开启该电源装置，而该启动电压激励装置随即响应于在运行模式开始时所加的该工作电压而被截止。
2、一种如权利要求1中所述的系统，其中，当该系统处于运行模式时，该启动电压激励装置响应于脉冲形式的工作电压而继续被截止。
3、一种如权利要求2中所述的系统，其中，该启动电压激励装置包括一个双极晶体管，它的发射极由该电池装置供电，它的集电极连接到所述数据线，而它的基极连接到所述启动开关和一个电容，在该系统中，安排该启动电压激励装置使得当该系统处于休止模式时该电容放电而该晶体管被截止，还使得当该系统处于休止状态时晶体管响应于该启动开关的闭合而导通，从而给所述数据线加上一个低于所述工作电压的启动电压，还使得响应于随后在运行模式开始时所加的该工作电压，该电容器通过晶体管的集电极-基极二极管充电，从而截止该晶体管，最后还使得当该系统处于运行模式时，响应于该脉冲形式的工作电压，该电容器继续充电，从而维持该晶体管的截止。
4、一种如权利要求1至3中任一项的系统，其中，该电池装置给该中央单元和远程单元加上同一电池电压，其中，所述启动电压基本上为所述电池电压，并且其中所述电源装置将所述电池电压变换成一个作为所述工作电压加到数据线上去的较高电压。
5、一种如权利要求1至4的任一项所述的系统，其中，当该系统处于运行模式时，该电源控制装置响应于该脉冲形式的工作电压而保持工作，并且其中，当该电源控制装置响应于该脉冲形式的工作电压的中断而被截止时，系统转换到休止模式。
6、一种如权利要求5中所述系统，其中所述电源控制装置有一输入端连接到所述数据线和一电容，通过安排该电源控制装置，以使得当该系统处于休止模式时该电容放电，并使得响应于所述启动电压，该电容充电至一参考电压以上的值，于是该电源控制装置的输出开启该电源装置，并使得响应于脉冲形式的该工作电压该电容维持充电在所述参考电压以上的值，最后使得该电容响应于脉冲形式的工作电压的被中断而放电至所述参考电压以下的值，从而该电源控制装置的输出关断该电源装置。
7、一种如权利要求1至6的任何一项所述的系统，其中，至少一些连接有所述电池装置的远程单元连接有负载，并且至少有一些远程单元连接有功能开关，所述功能开关通过在该中央单元的该处理和控制装置而可间接地操作所述负载。
8、一种如权利要求7中所述的系统，其中，每一所述信号传输线路的所述数据线是时钟脉冲线，它带有构成时钟脉冲的脉冲形式的工作电压，在该系统中，每一所述信号传输线路还包括一根信号线，在所述时钟脉冲的控制下，在指定的时隙内该信号线与各自的远程单元中的多路分配器许多通道中的一个相应通道接通，在该系统中，每一所述负载和所述功能开关分别接到所述多路分配器各自的通道，并且在该系统中，所述启动开关是所述功能开关中的一个，其安排是这样的，即当该系统响应于启动-功能组合开关的闭合而进入了运行模式时，所述启动-功能组合开关工作后的功能状态通过各自的信号线受到该处理和控制装置的检测。
9、一种如权利要求8中所述的系统，其中，至少有两个启动-功能组合开关是并联地连接到同一远程单元中的所述启动电压激励装置，并且在该系统中提供了用来使连接有这些启动-功能组合开关的多路分配器通道之间保持相互隔离的装置。
10、一种机动车辆电气系统，它包括有一个如前面任一项权利要求中所述的信息管理和控制系统。
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