KR20240017757A - 차세대 제어 시스템을 위한 구성 가능한 제어기 - Google Patents

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대런 우드만
케빈 쥐. 호즈
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해밀턴 선드스트랜드 코포레이션
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Abstract

환경 제어 시스템은 브로드캐스트형 CAN(Controller Area Network) 버스 및 CAN 버스에 결합된 복수의 구성 가능한 모듈형 제어기들을 포함한다. 복수의 구성 가능한 모듈형 제어기들 각각은 마이크로프로세서를 갖는 모듈형 제어기 카드 및 제어기 카드에 연결 및 제어기 카드로부터 연결 해제되도록 구성된 모듈형 드라이버 보드를 포함한다. 환경 제어 시스템은 하나 이상의 센서 및 1차 제어기를 더 포함한다. 센서들은 하나 이상의 파라미터 값들을 감지하고 CAN 버스 상에 하나 이상의 파라미터 값들을 제공하도록 구성된다. 1차 제어기는 CAN 버스를 통해 구성 가능한 모듈형 제어기들 각각과 통신하도록 구성된다.

Description

차세대 제어 시스템을 위한 구성 가능한 제어기{CONFIGURABLE CONTROLLER FOR NEXT GENERATION CONTROL SYSTEM}
예시적인 실시예들은 일반적으로 하드웨어 제어기 아키텍처에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 차세대 제어 시스템들을 위한 구성 가능한 제어기에 관한 것이다.
차세대 환경 제어 및 생명 유지 시스템(Environmental Control and Life Support System;ECLSS)은 인공적인 수단을 통해 우주여행을 하는 승무원과 실험용 동물에 깨끗한 공기와 물을 제공하기 위해 현재 개발 중인 재생 생명 유지 하드웨어 시스템이다. ECLSS는 생활 서식지의 생활 환경을 제어하기 위한 환경 제어 시스템(Environmental Control System; ECS)을 포함하고, 우주정거장 및/또는 천체(celestial body)에 탑승한 장기 체류자의 수를 늘리고, 우주 여행객들이 우주공간에 머무를 수 있는 시간을 늘리고, 우주정거장 또는 천체의 서식지를 운영하는데 소요되는 비용을 크게 줄일 수 있는 것을 목표로 설계되어 있다.
비제한적 실시예에 따르면, 환경 제어 시스템은 브로드캐스트형(broadcast-type) CAN(Controller Area Network) 버스 및 CAN 버스에 결합된 복수의 구성 가능한 모듈형 제어기들(configurable modular controllers)을 포함한다. 복수의 구성 가능한 모듈형 제어기들 각각은 마이크로프로세서를 갖는 모듈형 제어기 카드 및 제어기 카드에 연결 및 제어기 카드로부터 연결 해제되도록 구성된 모듈형 드라이버 보드를 포함한다. 환경 제어 시스템은 하나 이상의 센서 및 1차 제어기를 더 포함한다. 센서들은 하나 이상의 파라미터 값들을 감지하고 CAN 버스 상에 하나 이상의 파라미터 값들을 제공하도록 구성된다. 1차 제어기는 CAN 버스를 통해 구성 가능한 모듈형 제어기들 각각과 통신하도록 구성된다.
본 명세서에 설명된 특징들 중 하나 이상에 추가하여, 모듈형 제어기 카드는 마이크로프로세서를 포함한다.
본 명세서에 설명된 특징들 중 하나 이상에 추가하여, 모듈형 드라이버 보드는 전용 부하(dedicated load)를 구동하는데 전용되는 전자장치를 포함한다.
본 명세서에 설명된 특징들 중 하나 이상에 추가하여, ECS는 CAN 버스와 신호 통신하고 복수의 상이한 유형의 드라이버 소프트웨어를 저장하도록 구성된 대용량 저장 디바이스를 더 포함하고, 각각의 드라이버 소프트웨어는 상이한 유형의 부하를 구동하는데 전용된다.
본 명세서에 설명된 특징들 중 하나 이상에 추가하여, 1차 제어기는 모듈형 제어기 카드와 모듈형 드라이버 보드 사이에 신호 통신을 설정하는 것에 응답하여 전용 부하를 결정한다.
본 명세서에 설명된 특징들 중 하나 이상에 추가하여, 1차 제어기는 모듈형 제어기 카드와 모듈형 드라이버 보드 사이의 신호 통신을 설정하는 것에 응답하여 전용 부하에 대응하는 드라이버 소프트웨어를 대용량 저장 디바이스로부터 획득하고, 마이크로제어기에 드라이버 소프트웨어를 로딩(load)한다.
본 명세서에 설명된 특징들 중 하나 이상에 추가하여, 마이크로제어기는 모듈형 드라이버 보드에 연결된 모듈형 드라이버 보드에 포함된 전용 전자장치를 구동한다.
본 명세서에 설명된 특징들 중 하나 이상에 추가하여, ECS는 하나 이상의 파라미터 값을 감지하고 CAN 버스 상에 하나 이상의 파라미터 값을 제공하도록 구성된 하나 이상의 센서를 더 포함하고, 1차 제어기는 복수의 구성 가능한 모듈형 제어기 각각을 감독하고 모듈형 제어기 카드 각각의 마이크로프로세서에 명령하여 하나 이상의 센서 중 하나 이상으로부터의 하나 이상의 파라미터 값 중 하나 이상에 기초하여 제어 동작을 구현한다.
다른 비제한적인 실시예에 따르면, 구성 가능한 모듈형 제어기는 마이크로프로세서를 포함하는 모듈형 제어기 카드, 및 제어기 카드에 연결 및 제어기 카드로부터 연결 해제되도록 구성된 모듈형 드라이버 보드를 포함한다. 모듈형 드라이버 보드는 그에 연결된 부하를 구동하기 위한 전용 전자장치를 포함한다.
본 명세서에 설명된 특징들 중 하나 이상에 추가하여, 마이크로프로세서는 복수의 상이한 유형의 드라이버 소프트웨어를 저장하도록 구성되고, 각각의 유형의 드라이버 소프트웨어는 모듈형 드라이버 보드에 연결된 부하를 구동하는데 전용된다.
본 명세서에 설명된 특징들 중 하나 이상에 추가하여, 모듈형 드라이버 보드는 모듈형 드라이버 보드를 모듈형 제어기 카드에 연결하는 것에 응답하여 드라이버 소프트웨어의 유형을 결정하도록 구성된 부트로더 모듈을 더 포함한다.
본 명세서에 설명된 특징들 중 하나 이상에 추가하여, 부트로더 모듈은 1차 제어기와 통신하고 모듈형 드라이버 보드를 모듈형 제어기 카드에 연결하는 것에 응답하여 드라이버 소프트웨어의 유형을 요청한다.
본 명세서에 설명된 특징들 중 하나 이상에 추가하여, 부트로더 모듈은 요청에 응답하여 1차 제어기로부터 드라이버 소프트웨어의 유형을 수신하고, 드라이버 소프트웨어의 유형을 모듈형 제어기 카드에 포함된 마이크로제어기에 로딩한다.
설명된 특징들 중 하나 이상에 추가하여, 모듈형 제어기 카드에 포함된 마이크로제어기는 부트로더 모듈에 의해 로딩된 드라이버 소프트웨어의 유형에 따라 모듈형 드라이버 보드에 포함된 전자장치를 제어한다.
또 다른 비제한적인 실시예에 따르면, 구성 가능한 모듈형 제어기를 프로그래밍하는 방법은 모듈형 제어기 카드에 포함된 마이크로프로세서와 복수의 상이한 유형의 드라이버 소프트웨어를 저장하는 대용량 저장 디바이스 사이에 신호 통신을 설정하는 단계를 포함한다. 각각의 드라이버 소프트웨어는 상이한 유형의 부하를 구동하는데 전용되는 복수의 상이한 모듈형 드라이버 보드 중에서 부하를 구동하는데 전용되는 상이한 유형의 모듈형 드라이버 보드에 전용된다. 방법은 모듈형 제어기 카드와 주어진 모듈형 드라이버 보드 사이의 신호 통신을 설정하는 단계, 비휘발성 메모리로부터 모듈형 제어기 카드로 주어진 모듈형 드라이버 보드 전용 드라이버 소프트웨어를 전달하는 단계, 및 구성 가능한 모듈형 제어기를 프로그래밍하기 위해 마이크로프로세서에서 드라이버 소프트웨어를 로딩하는 단계를 더 포함한다.
본 명세서에 설명된 특징들 중 하나 이상에 추가하여, 방법은 부하를 구동하기 위해 프로그래밍된 구성 가능한 모듈형 제어기를 사용하여 주어진 모듈형 드라이버 보드를 동작시키는 단계를 더 포함한다.
다음 설명들은 어떤 식으로든 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 첨부된 도면들을 참조하여, 유사한 요소들은 동일하게 번호가 매겨진다.
도 1은 비제한적인 실시예에 따른 하나 이상의 구성 가능한 모듈형 제어기들을 구현할 수 있는 차세대 환경 제어 및 생명 유지 시스템(ECLSS)의 블록도이다.
도 2a는 비제한적인 실시예에 따른 도 1에 도시된 ECLSS의 상이한 서브시스템들을 제어하기 위한 다양한 제어기들을 설정하기 위해 다양한 유형들의 모듈형 드라이버 보드들을 수용하도록 구성된 구성 가능한 모듈형 제어기를 도시한다.
도 2b 및 도 2c는 도 2a에 도시된 모듈형 드라이버 보드를 교체할 수 있는 추가적인 유형의 모듈형 드라이버 보드들을 도시한다.
도 3은 비제한적인 실시예에 따른 구성 가능한 모듈형 제어기를 설정하기 위해 모듈형 모터 드라이버 보드를 동작시키도록 구성된 로딩된 모듈형 제어기 카드에 연결된 전용 모듈형 모터 드라이버 보드를 도시한다.
도 4는 비제한적인 실시예에 따른 전용 모듈형 모터 드라이버 보드를 수용하도록 구성된 일반적인(generic) 구성 가능한 모듈형 제어기 카드를 도시한다.
도 5는 비제한적인 실시예에 따른 전용 모듈형 모터 드라이버 보드의 연결에 응답하여 1차 변환 제어 유닛과 데이터를 교환하는 구성 가능한 모듈형 제어기 카드를 도시한다.
도 6은 비제한적인 실시예에 따른 구성 가능한 모듈형 제어기를 설정하기 위해 모듈형 모터 드라이버 보드에 대응하는 전용 소프트웨어에 따라 프로그래밍된 구성 가능한 모듈형 제어기 카드를 도시한다.
개시된 장치 및 방법의 하나 이상의 실시예들의 상세한 설명은 도면들을 참조하여 예시적이고 제한되지 않는 방식으로 본 명세서에 제시된다.
앞서 언급한 바와 같이, 차세대 ECLSS는 생활 서식지의 생활 환경을 제어하기 위한 환경 제어 시스템(ECS)을 포함할 것이다. 기존의 ECS들은 특정 애플리케이션(예를 들어, 120V 모터 드라이브, 28V 밸브 드라이브 등)에 따라 동작하도록 전용 또는 구성된 하나 이상의 제어기를 포함한다. 따라서 기존의 ECS에 포함된 제어기는 전형적으로 통합 모듈로 제공된다. 즉, 제어기는 마이크로제어기 및 마이크로제어기와 통합된 다양한 전기 컴포넌트를 포함하여 대응하는 특정 시스템 또는 부하를 구동하기 위한 단일 통합 제어기를 설정한다. 그러나, 마이크로제어기 및/또는 전기 컴포넌트들 중 하나 이상이 고장나면, 전체 제어기(예를 들어, 마이크로제어기 및 모든 통합된 전기 컴포넌트들)가 교체되어야 한다.
본 교시의 다양한 비제한적인 실시예는 ECLSS의 ECS를 제공하며, 여기서 ECS는 구성 가능한 모듈형 제어기를 포함한다. 구성 가능한 모듈형 제어기는 마이크로프로세서가 설치된 모듈형 제어기 카드, 및 모듈형 제어기 카드에 연결 및 연결 해제되도록 구성된 모듈형 드라이버 보드를 포함한다. 모듈형 드라이버 보드는 부하를 구동하기 위한 전용 전자장치를 포함한다.
하나 이상의 비제한적인 실시예들에서, 신호 통신은 모듈형 제어기 카드에 포함된 마이크로프로세서와 복수의 상이한 유형의 드라이버 소프트웨어를 저장하는 비휘발성 메모리 사이에서 설정된다. 각각의 드라이버 소프트웨어는 상이한 유형의 부하를 구동하는데 전용되는 복수의 상이한 모듈형 드라이버 보드 중에서 부하를 구동하는데 전용되는 상이한 유형의 모듈형 드라이버 보드에 전용된다. 신호 통신은 또한 모듈형 제어기 카드와 주어진 모듈형 드라이버 보드 사이에서 설정된다. 주어진 모듈형 드라이버 보드 전용의 드라이버 소프트웨어는 비휘발성 메모리로부터 모듈형 제어기 카드로 전달되고 구성 가능한 모듈형 제어기를 프로그래밍하기 위해 마이크로프로세서에 로딩된다.
따라서, 일반적인 모듈형 제어기 카드는 제어될 원하는 부하에 기초하여 다양한 상이한 유형의 모듈형 드라이버 보드를 수용(예를 들어, 연결)할 수 있고, 그런 다음 연결된 모듈형 드라이버 보드를 제어하기 위한 전용 소프트웨어로 프로그래밍될 수 있다. 이러한 방식으로, 모듈형 제어기 카드에 포함된 마이크로제어기가 고장나면, 고장난 모듈형 제어기 카드는 새로운 일반적인 모듈형 제어기 카드로 편리하게 교체될 수 있으며, 이는 그런 다음 모듈형 드라이버 보드에 의해 구동되는 부하를 계속 제어하고 동작시키도록 프로그래밍된다. 모듈형 드라이버 보드에 포함된 하나 이상의 전기 컴포넌트가 고장나면, 고장난 모듈형 드라이버 보드는 편리하게 새로운 또는 기능하는 모듈형 드라이버 보드로 교체되어 모듈형 드라이버 보드에 의해 구동되는 부하를 계속 제어하고 동작시킬 수 있다. 어느 경우든, 전체 모듈형 구성 가능한 것의 교체가 필요하지 않으며, 이에 의해 비용 및/또는 전기 컴포넌트 낭비를 감소시킨다.
이제 도 1을 참조하면, 차세대 환경 제어 및 생명 유지 시스템(ECLSS)에 포함된 제어 시스템(200)(예를 들어, ECS)이 비제한적인 실시예에 따라 예시된다. 제어 시스템(200)의 일 예가 본 명세서에서 ECS로서 설명되었지만, 제어 시스템(200)은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 ECLSS에 포함된 다른 유형의 시스템에서 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 제어 시스템(200)은 1차 제어 유닛(225), 센서 모듈(221), 하나 이상의 구성 가능한 모듈형 제어기(210a 내지 210n)(집합적으로 구성 가능한 모듈형 제어기(210)로 지칭됨), 및 하나 이상의 시스템 부하(400a 내지 400n)(집합적으로 부하(400)로 지칭됨)를 포함한다. 센서 모듈(221), 각각의 구성 가능한 모듈형 제어기(210), 및 각각의 부하(400)는 CAN 버스(215)를 통해 서로 데이터를 교환할 수 있다. 제어 시스템(200)은 또한 1차 제어 유닛(225), 센서 모듈(221), 구성 가능한 모듈형 제어기들(210), 부하들(400) 중 하나 또는 이들의 조합에 전력을 공급하기 위한 전력 버스(217)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 비제한적인 실시예에서, 전력 버스(217)는 CAN 버스(215)와 병렬로 배열된다.
1차 제어 유닛(225)은 대용량 저장 디바이스(232) 및 1차 제어기(230), 보조 제어기(231) 및 전력 관리 및 분배(PMAD) 유닛(233)을 포함한다. 대용량 저장 디바이스(232)는 복수의 상이한 유형의 드라이버 소프트웨어를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 각각의 드라이버 소프트웨어는 상이한 유형의 부하(400)를 구동하는데 전용된다. 보조 제어기(231)는 (ECLSS)의 보조 시스템을 제어하기 위해 채용될 수 있다. 예를 들어, 보조 제어기(231)는 가열 시스템을 제어하도록 구성된 히터 제어기를 포함할 수 있다. PMAD 유닛(233)은 대용량 저장 디바이스(232)로부터 저장, 업데이트 및 획득될 수 있는 다양한 능동적으로 조정되고 학습된 모델들을 사용하여 전력 및/또는 열 관리를 수행하도록 구성된다.
도 1에 도시된 제어 시스템(200)은 하나 이상의 구성 가능한 모듈형 제어기(210a 내지 210n)(일반적으로 210으로 지칭됨)를 포함한다. 앞서 언급한 바와 같이, 구성 가능한 모듈형 제어기(210a 내지 210n)는 동일한 소프트웨어 설계를 포함할 수 있지만 각각은 상이한 기능을 수행할 수 있다(즉, 상이한 서브시스템에서 상이한 제어 동작을 구현함).
하나 이상의 비제한적인 실시예에서, 각각의 구성 가능한 모듈형 제어기(210)는 모듈형 드라이버 보드(260)와 연결되거나 그로부터 연결 해제될 수 있는 모듈형 제어기 카드(250)를 포함한다. 모듈형 제어기 카드(250) 및 모듈형 드라이버 보드(260) 중 하나 또는 둘 모두는 예를 들어 예비 모듈형 제어기 카드(250'), 예비 모듈형 드라이버 보드(260'), 용도 변경된 모듈형 제어기 카드, 용도 변경된 모듈형 드라이버 보드, 또는 상이한 유형의 부하(400)를 제어하도록 구성된 상이한 유형의 모듈형 제어기 카드(251)/모듈형 드라이버 보드(261)에 의해 교체될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 예시적인 구성 가능한 모듈형 제어기들(210)은 대체 배열들을 제한하지 않는다. 예를 들어, 하나 이상의 제어 동작들은 2개 이상의 구성 가능한 모듈형 제어기들(210)에 의한 제어를 위해 더 세분될 수 있다. 추가 예로서, 하나 이상의 제어 동작들을 위해 중복(redundant) 구성 가능한 모듈형 제어기(210)가 포함될 수 있다.
센서 모듈(221)은 하나 이상의 개별 센서들(220)과 데이터를 인터페이싱 및/또는 교환하기 위한 드라이브 전자장치 및 신호 컨디셔닝을 포함한다. 센서들(220)에 의해 수집 및 측정된 데이터는 구성 가능한 모듈형 제어기들(210), 부하들(400), 및/또는 1차 제어 유닛(225)과 교환될 수 있다. 하나 이상의 비제한적인 실시예에서, 구성 가능한 모듈형 제어기들(210)에 의해 수행되는 제어 동작들은 하나 이상의 센서들(220)로부터의 데이터에 기초할 수 있다. 예를 들어, 구성 가능한 모듈형 제어기(210a)는 센서 모듈(221)에 포함된 이산화탄소 센서(220)로부터의 이산화탄소(CO2) 측정값을 사용할 수 있다. 센서 모듈(221)은 예를 들어, 압력 및 온도(PT) 센서들(220), 차압(dP) 센서(220), 및 압력(P) 센서들(220)과 같은 다른 유형의 센서들(220)을 포함할 수 있다. 모든 센서들(220)로부터의 데이터는 CAN 버스(215)를 통해 임의의 구성 가능한 모듈형 제어기들(210) 및 1차 제어기(230)에 이용 가능하다.
1차 제어기(230)는 구성 가능한 모듈형 제어기들(210) 각각에 대한 중복성(redundancy)을 제공할 수 있다. 1차 제어기(230)에서의 중복 기능(redundant functionality)의 경우에, 1차 제어기(230) 및 구성 가능한 모듈형 제어기들(210) 각각이 시스템들 각각에 대해 데이터-프리(data-free) 제어를 수행하려고 시도하는 것을 방지하기 위해 CAN 버스(215)의 고장에 기초하여 1차 제어기(230) 또는 각각의 구성 가능한 모듈형 제어기(210)가 데이터-프리 모드에서 동작하는지 여부에 대한 지정(designation)이 이루어질 수 있다. 또한, 구성 가능한 모듈형 제어기들(210) 중 하나 이상은 1차 제어기(230)가 고장나면 로컬 제어를 취할 수 있다. 예를 들어, 1차 제어기(230)가 고장나면, ECLSS는 관리된 상태 머신의 전반적인 제어를 상실할 수 있다. 이에 응답하여, 구성 가능한 모듈형 제어기들(210) 중 하나 이상은 로컬 제어 모드를 개시할 수 있고, CAN 버스(215)에 연결된 다른 디바이스들로부터 교환된 정보에 기초하여 결정들을 내릴 수 있다. 아키텍처는 모든 디바이스(예를 들어, 모든 구성 가능한 모듈형 제어기(210), 1차 제어기(230))에 의해 CAN 버스(215) 상의 모든 통신에 대한 액세스를 용이하게 하기 때문에, 결함 허용성(fault tolerance) 또는 중복성이 다수의 방식들로 설정될 수 있다. 즉, 브로드캐스트형 버스(예를 들어, CAN 버스) 상의 다수의 구성 가능한 모듈형 제어기들(210), 1차 제어기(230), 및 센서들(220)에 의해 정의된 아키텍처는 하나 이상의 디바이스들에서의 결함들을 견디기 위한 강건하고 유연한 솔루션을 제공한다.
이제 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 구성 가능한 모듈형 제어기를 설정하기 위한 하나 이상의 다양한 유형의 모듈형 드라이버 보드들(260a, 260b, 260c 및 260d)(집합적으로 260으로 지칭됨) 및 모듈형 제어기 카드(250)가 비제한적인 실시예에 따라 예시되어 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 모듈형 제어기 카드(250) 및 모듈형 드라이버 보드(260) 중 하나 또는 둘 모두는, 예를 들어, 다른 유형의 부하(400)를 제어하도록 구성된, 예를 들어, 도 2b 및 도 2c에 도시된 예비 모듈, 용도 변경된 모듈, 또는 다른 유형의 모듈로 교체될 수 있다.
모듈형 제어기 카드(250)는 마이크로제어기(302), 하나 이상의 제어기 전자 컴포넌트(304), 전력 인터페이스(306), 통신 버스 인터페이스(308) 및 드라이버 보드 인터페이스(310)를 포함한다. 제어기 전자 컴포넌트들(304)은 전압 조절기(regulator) 회로, 직류-직류(DC/DC) 변환기, 전자기 간섭(EMI) 필터 회로, 및 전류 돌입(current inrush) 제어/조절기 회로를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 전력 인터페이스(306)는 전력 버스(217)와 신호 통신을 설정하도록 구성된다. 통신 버스 인터페이스(308)는 CAN 버스(215)와의 신호 통신을 설정하도록 구성된다. 드라이버 보드 인터페이스(310)는 연결된 모듈형 드라이버 보드(260)와 신호 통신을 설정하도록 구성된다.
도 2a 내지 도 2c에 예시된 예에서, 마이크로제어기(302)는 일반적인 마이크로제어기(302)로서 예시되며, 이는 부트로더 모듈(303)(간단히 "부트로더"로 지칭됨)을 포함하지만, 모듈형 드라이버 보드들(260a, 260b, 260c 및 260d) 중 임의의 것을 제어 또는 동작시키는 데 전용되는 임의의 전용 소프트웨어를 배제한다. 부트로더(303)는 마이크로제어기(302)에 의해 실행되는 소프트웨어로서 구현될 수 있고, 모듈형 제어기 카드(250) 상에 운영 체제 및/또는 애플리케이션들을 로딩하도록 구성된다. 모듈형 제어기 카드(250)가 초기에 파워 온되고 및/또는 드라이버 보드 인터페이스(310)에 대한 모듈형 드라이버 보드들(260a, 260b, 260c 및 260d) 중 하나의 초기 연결을 검출할 때, 부트로더(303)는 1차 제어 유닛(225)과의 데이터 교환을 용이하게 할 수 있다. 모듈형 제어기 카드(250)의 식별은 전용 소프트웨어를 결정하기 위해 마이크로제어기(302)에 의해 또한 검출될 수 있고, 통신 버스 인터페이스(308)를 통해 획득된 이산 ID를 통해 용이하게 될 수 있다. 이러한 방식으로, 부트로더(303)는 대용량 저장 디바이스(232)로부터 주어진 모듈형 드라이버 보드에 전용인 드라이버 소프트웨어를 획득하고 모듈형 제어기 카드(250)에 전용 드라이버 소프트웨어 및/또는 전용 애플리케이션들을 로딩할 수 있다. 따라서, 모듈형 제어기 카드(250) 및/또는 마이크로제어기(302)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 구성 가능한 모듈형 제어기(210)를 설정하기 위해 모듈형 드라이버 보드(260)에 전용인 동작들을 수행하도록 프로그래밍될 수 있다.
각각의 모듈형 드라이버 보드(260)는 카드 인터페이스(262), 부하 인터페이스(264), 및 전용 드라이버 전자장치들(266)을 포함한다. 카드 인터페이스(262)는 모듈형 제어기 카드(250)와의 연결 및 신호 통신을 설정하도록 구성된다. 부하 인터페이스(264)는 연결된 시스템 부하(400)와 신호 통신을 설정하도록 구성된다.
전용 드라이버 전자장치들(266)은 특정 유형의 시스템 부하를 동작시키고 구동하는데 전용된다. 예를 들어, 120 볼트(V) 드라이버 보드(260a)는 예를 들어, 120V 모터와 같은 120V 부하를 구동하도록 구성된 전용 드라이버 전자장치(266a)를 포함할 수 있다. 28V 드라이버 보드(260b)는, 예를 들어, 28V 배터리와 같은 28V 부하를 구동하도록 구성된 전용 드라이버 전자장치(266b)를 포함할 수 있다. 28V 솔레노이드 드라이버 보드(260c)는 하나 이상의 28V 솔레노이드를 구동하도록 구성된 전용 드라이버 전자장치(266c)를 포함할 수 있다. 센서 드라이버 보드(260d)는 하나 이상의 센서들(220)을 구동하도록 구성된 전용 드라이버 전자장치(266d)를 포함할 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 구성 가능한 모듈형 제어기(210)가 모듈형 제어기 카드(250)와 모듈형 드라이버 보드(260) 사이의 연결에 따라 예시되어 있다. 120V 모듈형 드라이버 보드(260a)가 구성 가능한 모듈형 제어기(210)에 연결된 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 상이한 부하를 구동하는데 전용되는 다른 모듈형 드라이버 보드(260)가 모듈형 제어기 카드(250)에 연결될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 구성 가능한 모듈형 제어기(210)는 부트로더(303)가 CAN 버스(215)를 통해 대용량 저장 디바이스(232)로부터 연결된 120V 모듈형 드라이버 보드(260a)에 대응하는 전용 드라이버 소프트웨어 및/또는 애플리케이션(320)을 획득하고 이를 마이크로제어기(302)에 로딩한 후에 설정된다. 이 예에서, 전용 드라이버 소프트웨어 및/또는 애플리케이션(320)은 아날로그-디지털(A/D) 드라이버 소프트웨어, 통신 소프트웨어, 입력/출력(I/O) 제어 소프트웨어 및 과전류 보호 소프트웨어를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 따라서, 마이크로제어기(302)는 120V 모듈형 드라이버 보드(260a)를 동작시키고 제어하는 데 전용되는 동작들을 수행하도록 구성 가능한 모듈형 제어기(210)를 제어할 수 있고, 120V 모듈형 드라이버 보드(260a)는 부하 인터페이스(264a)에 연결된 120V 부하를 구동할 수 있다.
이제 도 4, 도 5 및 도 6을 참조하면, 구성 가능한 모듈형 제어기(210)를 설정하는 프로세스 흐름이 도시된다. 도 4에서, 일반적인 모듈형 제어기 카드(250)는 전력을 수신하기 위해 전력 버스(217)에 연결되고, 1차 제어 유닛과 데이터를 교환하기 위해 CAN 버스(215)에 연결된다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 모듈형 제어기 카드(250)는 이 단계에서 "일반적인(generic)" 모듈형 제어기 카드로 지칭되는데, 그 이유는 마이크로제어기(302)가 특정 모듈형 드라이버 보드(260)를 제어하거나 동작시키는 데 전용되는 임의의 전용 소프트웨어를 배제하기 때문이다.
도 4를 계속 참조하면, 120V 모듈형 드라이버 보드(260a)는 예를 들어 120V 모터와 같은 120V 부하를 궁극적으로 제어하기 위한 구성 가능한 모듈형 제어기(210)를 설정하도록 선택된다. 이 예에서, 120V 모듈형 드라이버 보드(260a)는 120V 부하를 구동하는데 전용되는 다양한 120V 드라이버 전자장치(266a)를 포함한다. 120V 드라이버 전자장치(266a)는 광-격리(opto-isolation) 전자장치, 하이 사이드(hi-side) 게이트 드라이버 회로, 로우 사이드(lo-side) 게이트 드라이버 회로, 고전압 브리지 정류기, 피크 과전류 보호 회로부, 평균 과전류 보호 회로부, 및 수평 전기 쌍극자(HED) 여기 회로부를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
도 5를 참조하면, 120V 모듈형 드라이버 보드(260a)와의 전기적 연결에 따라 일반적인 모듈형 제어기 카드(250)가 예시되어 있다. 전기적 연결을 설정하는 것에 응답하여, 부트로더(303)는 일반적인 모듈형 제어기 카드(250)에게 1차 제어 유닛(215)과 통신하고 대용량 저장 디바이스(232)에 저장된 전용 드라이버 소프트웨어 및/또는 애플리케이션을 요청하도록 지시한다.
하나 이상의 비제한적인 실시예에서, 1차 제어기 유닛(225)은 연결된 모듈형 드라이버 보드가 120V 모듈형 드라이버 보드(260a)임을 식별하고, 대용량 저장 디바이스(232)로부터 120V 모듈형 드라이버 보드(260a)를 동작시키는 것에 전용된 드라이버 소프트웨어 및/또는 애플리케이션들을 획득하고, 전용 드라이버 소프트웨어 및/또는 애플리케이션들을 일반적인 모듈형 제어기 카드(250)에 전달할 수 있다. 일부 실시예에서, 일반적인 모듈형 제어기 카드(250)는 연결된 모듈형 드라이버 보드가 120V 모듈형 드라이버 보드(260a)임을 1차 제어 유닛(225)에 알린다. 따라서, 1차 제어 유닛(225)은 대응하는 전용 드라이버 소프트웨어 및/또는 애플리케이션을 본 명세서에 설명된 바와 같이 일반적인 모듈형 제어기 카드(250)에 전달할 수 있다.
도 6을 참조하면, 120V 모듈형 드라이버 보드(260a) 전용의 드라이버 소프트웨어 및/또는 애플리케이션(320)이 로딩된 후의 모듈형 제어기 카드(250)가 예시되어 있다. 즉, 모듈형 제어기 카드(250)는 이 단계에서 더 이상 "일반적인"으로 간주되지 않고, 오히려 120V 모듈형 드라이버 보드(260a)를 제어하는 데 전용되는 전용 모듈형 제어기 카드(250)로 간주된다. 따라서, 120V 부하를 제어하는 것에 전용인 구성 가능한 모듈형 제어기(210a)가 설정된다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시의 제한 의도는 아니다. 본 명세서에서 사용되는 단수 형태("하나(a)", "한(an)" 및 "그(the)")는 문맥이 달리 명백히 나타내지 않는 한, 복수 형태도 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 컴포넌트의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것을 추가로 이해할 것이다.
본 개시는 예시적인 실시예 또는 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경들이 이루어질 수 있고 균등물로 대체될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않고 특정 상황 또는 재료를 본 개시의 교시에 적응시키기 위해 많은 수정들이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 개시는 본 개시를 수행하기 위해 고려되는 최상의 모드로 개시된 특정 실시예에 제한되지 않고, 본 개시는 청구항의 범위에 속하는 모든 실시예들을 포함할 것으로 의도된다.

Claims (16)

  1. 환경 제어 시스템(environmental control system;ECS)으로서,
    브로드캐스트형 CAN(controller area network) 버스;
    상기 CAN 버스에 결합된 복수의 구성 가능한 모듈형 제어기들 - 상기 복수의 구성 가능한 모듈형 제어기들 각각은 모듈형 제어기 카드, 및 상기 제어기 카드에 연결 및 연결 해제되도록 구성된 모듈형 드라이버 보드를 포함함 - ; 및
    상기 CAN 버스를 통해 상기 복수의 구성 가능한 모듈형 제어기들과 통신하도록 구성된 1차 제어기를 포함하는, ECS.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모듈형 제어기 카드는 마이크로프로세서를 포함하는, ECS.
  3. 제2항에 있어서, 상기 모듈형 드라이버 보드는 전용 부하(dedicated load)를 구동하는데 전용되는 전자장치를 포함하는, ECS.
  4. 제3항에 있어서, 상기 CAN 버스와 신호 통신하고 복수의 상이한 유형의 드라이버 소프트웨어를 저장하도록 구성된 대용량 저장 디바이스를 더 포함하고, 각각의 드라이버 소프트웨어는 상이한 유형의 부하를 구동하는데 전용되는, ECS.
  5. 제4항에 있어서, 상기 1차 제어기는 상기 모듈형 제어기 카드와 상기 모듈형 드라이버 보드 사이의 신호 통신을 설정하는 것에 응답하여 상기 전용 부하를 결정하는, ECS.
  6. 제5항에 있어서, 상기 1차 제어기는 상기 모듈형 제어기 카드와 상기 모듈형 드라이버 보드 사이의 상기 신호 통신을 설정하는 것에 응답하여 상기 전용 부하에 대응하는 상기 드라이버 소프트웨어를 상기 대용량 저장 디바이스로부터 획득하고, 상기 드라이버 소프트웨어를 마이크로제어기에 로딩하는, ECS.
  7. 제6항에 있어서, 상기 마이크로제어기는 상기 모듈형 드라이버 보드에 연결된 상기 모듈형 드라이버 보드 상에 포함된 상기 전용 전자장치를 구동하는, ECS.
  8. 제2항에 있어서, 상기 ECS는 하나 이상의 파라미터 값들을 감지하고 상기 CAN 버스 상에 상기 하나 이상의 파라미터 값들을 제공하도록 구성된 하나 이상의 센서들을 더 포함하고,
    상기 1차 제어기는 상기 복수의 구성 가능한 모듈형 제어기들 각각을 감독하고 상기 모듈형 제어기 카드 각각의 상기 마이크로프로세서에 명령하여 상기 하나 이상의 센서들 중 하나 이상으로부터의 상기 하나 이상의 파라미터 값들 중 하나 이상에 기초하여 제어 동작을 구현하는, ECS.
  9. 구성 가능한 모듈형 제어기로서,
    마이크로프로세서를 포함하는 모듈형 제어기 카드; 및
    상기 제어기 카드와 연결 및 연결 해제되도록 구성된 모듈형 드라이버 보드 - 상기 모듈형 드라이버 보드는 연결된 부하를 구동시키기 위한 전용 전자장치를 포함함 - 를 포함하는, 구성 가능한 모듈형 제어기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 복수의 상이한 유형의 드라이버 소프트웨어를 저장하도록 구성되고, 각각의 유형의 드라이버 소프트웨어는 상기 모듈형 드라이버 보드에 연결된 부하를 구동하는데 전용되는, 구성 가능한 모듈형 제어기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 모듈형 드라이버 보드는 상기 모듈형 드라이버 보드를 상기 모듈형 제어기 카드에 연결하는 것에 응답하여 상기 드라이버 소프트웨어의 유형을 결정하도록 구성된 부트로더(bootloader) 모듈을 더 포함하는, 구성 가능한 모듈형 제어기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 부트로더 모듈은 1차 제어기와 통신하고, 상기 모듈형 드라이버 보드를 상기 모듈형 제어기 카드에 연결하는 것에 응답하여 상기 드라이버 소프트웨어의 유형을 요청하는, 구성 가능한 모듈형 제어기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 부트로더 모듈은 상기 요청에 응답하여 상기 1차 제어기로부터 상기 드라이버 소프트웨어의 유형을 수신하고, 상기 드라이버 소프트웨어의 유형을 상기 모듈형 제어기 카드에 포함된 상기 마이크로제어기에 로딩하는, 구성 가능한 모듈형 제어기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 모듈형 제어기 카드에 포함된 상기 마이크로제어기는 상기 부트로더 모듈에 의해 로딩된 상기 드라이버 소프트웨어의 유형에 따라 상기 모듈형 드라이버 보드에 포함된 상기 전자장치를 제어하는, 구성 가능한 모듈형 제어기.
  15. 구성 가능한 모듈형 제어기를 프로그래밍하는 방법으로서,
    복수의 상이한 유형의 드라이버 소프트웨어를 저장하는 대용량 저장 디바이스와 모듈형 제어기 카드에 포함된 마이크로프로세서 사이에 신호 통신을 설정하는 단계로서, 각각의 드라이버 소프트웨어는 상이한 유형의 부하를 구동하는데 전용된 복수의 상이한 모듈형 드라이버 보드 중에서 부하를 구동하는데 전용된 상이한 유형의 모듈형 드라이버 보드에 전용되는, 단계;
    상기 모듈형 제어기 카드와 주어진 모듈형 드라이버 보드 사이의 신호 통신을 설정하는 단계;
    상기 주어진 모듈형 드라이버 보드 전용 상기 드라이버 소프트웨어를 상기 대용량 저장 디바이스에서 상기 모듈형 제어기 카드로 전달하는 단계; 및
    상기 구성 가능한 모듈형 제어기를 프로그래밍하기 위해 상기 마이크로프로세서에서 상기 드라이버 소프트웨어를 로딩하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 부하를 구동하기 위해 상기 프로그래밍된 구성 가능한 모듈형 제어기를 사용하여 상기 주어진 모듈형 드라이버 보드를 동작시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
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