СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО СЧИТЫВАНИЯ ДАННЫХ С КОММУНИКАЦИОННЫХ ШИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR CONTACTLESS DATA READING FROM COMMUNICATION BUSES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к способам и техническим средствам считывания данных с цифровых коммуникационных шин электронных систем контроля, управления, регистрации, диагностики, оповещения, безопасности, информации, навигации и другого назначения, используемых на транспорте, в промышленности, строительной технике, сельском хозяйстве, медицине, экспериментальных установках и других областях.
Коммуникационные шины находят широкое применение для передачи информации от датчиков, задающих устройств, исполнительных, управляющих и других устройств к компьютерам, контроллерам, регистраторам, анализаторам, сигнализаторам, диагностическим пунктам и другим блокам современных электронных средств, применяемых в технических объектах различного назначения. При этом актуальное значение имеет создание эффективных способов и технических средств считывания данных с коммуникационных шин.
Из уровня техники известен способ контактного считывания данных с коммуникационных шин, например CAN-шин, предусматривающий прямое контактное подключение клемм считывающего адаптера к проводам коммуникационных шин с помощью специальных разъемов типа KRJ45 и KRONE, установленных на коммуникационных шинах («Интеллектуальный интерфейсный адаптер ССА#». Описание. Научно-техническая Лаборатория ЭлИн, апрель 2003 г.; http://www.ibutton.ru/pdf/Elin/1-Wire/cca.pdf).
При использовании данного способа считывания в случае неправильного выполнения внутренних электрических цепей считывающего адаптера проводники коммуникационной шины могут оказаться соединенными друг с другом и/или с нулевым, и/или питающим проводом считывающего адаптера, что может привести не только к сбою в работе коммуникационной шины, но даже к ее повреждению. В результате сбоя в работе или повреждения коммуникационной шины может нарушиться работа подключенных к ней электронных технических средств, получающих информацию из указанной шины, что может послужить причиной создания опасных аварийных ситуаций. В связи с этим, например, на транспортных средствах, имеющих коммуникационные CAN-шины, категорически запрещается прямое контактное подключение к последним несертифицированных считывающих устройств. Вместе с тем наличие в коммуникационных шинах специальных разъемов для подключения к ним считывающих адаптеров усложняет конструкцию коммуникационных шин и повышает их стоимость. Кроме того, тратится время на поиск местонахождения указанных разъемов на коммуникационной шине, причем потери времени возрастают с увеличением протяженности шины, а также в случае расположения разъемов на труднодоступных участках коммуникационной шины.
Наиболее близким по технической сущности по отношению к предлагаемому способу является разработанный фирмой «Squarell technology» (Нидерланды) способ бесконтактного считывания данных с коммуникационных шин, например CAN-шин, основанный на регистрации изменяющегося электрического напряжения, создаваемого электромагнитными полями пары проводов коммуникационной шины, по которым передается по меньшей мере один считываемый дифференциальный информационный сигнал, с выполнением указанной регистрации с помощью бесконтактного емкостного датчика с двумя продолговатыми обкладками, закрепленного на указанной паре проводов с расположением одной из его обкладок вдоль и вблизи одного из указанной пары проводов и расположением его второй обкладки вдоль и вблизи второго из указанной пары проводов, с усилением получаемого на выходе емкостного датчика аналогового сигнала и последующим преобразованием усиленного сигнала в цифровой информационный сигнал, характеризующий считываемый сигнал (Рекламная информация: «CANcliQ - The contactless CAN reader», http://www.squarell.com; вариант на русском языке: «Бесконтактный CAN считыватель». Опубликовано 06.04.2010 г.: http://www.gwe.ru/ download/Squarell/Leaflet_CANcliQ_ru_HR.pdf).
В данном способе, принятом за прототип предлагаемого в качестве изобретения способа, электромагнитное поле каждого из пары проводов коммуникационной шины, с которых выполняется считывание данных, воздействует одновременно на обе обкладки емкостного датчика. При этом в результате одновременного воздействия (наложения) электромагнитных полей двух проводов коммуникационной шины на каждую из обкладок емкостного датчика происходит искажение выходного дифференциального информационного сигнала и его отклонение от считываемого сигнала, передаваемого по паре проводов коммуникационной шины. Таким образом, электромагнитное поле каждого из пары проводов коммуникационной шины, взаимодействующих с обкладками емкостного датчика, создает не только полезный сигнал на выходе бесконтактного емкостного датчика, но и одновременно служит помехой данному сигналу, вызывая его искажение, что снижает достоверность считывания данных с проводов коммуникационной шины. При этом с увеличением числа подключенных к коммуникационной шине устройств, и, соответственно, с увеличением числа информационных сигналов, передаваемых по шине в единицу времени, уровень указанных помех и, соответственно, степень искажения выходного сигнала возрастает, что усиливает снижение достоверности считывания данных и ограничивает рабочую частоту информационных сигналов, которые могут считываться с использованием способа считывания данных, принятого за прототип. В связи с этим ограничиваются функциональные возможности принятого за прототип способа считывания данных.
Из уровня техники наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является разработанный указанной фирмой «Squarell technology» адаптер для бесконтактного считывания данных с коммуникационных шин, например CAN-шин, содержащий бесконтактный емкостный датчик с двумя продолговатыми обкладками и средство для крепления емкостного датчика на коммуникационной шине с расположением одной из обкладок указанного датчика вдоль и вблизи одного из пары проводов коммуникационной шины, по которым передается по меньшей мере один дифференциальный информационный сигнал, и расположением второй обкладки емкостного датчика вдоль и вблизи второго из указанной пары проводов, при этом каждая из обкладок емкостного датчика соединена посредством токопроводящей связи со входом дифференциального усилителя напряжения, выход которого подключен ко входу формирователя сигнала, выполненного с возможностью формирования на своем выходе цифрового информационного сигнала, характеризующего считываемый адаптером информационный сигнал (данные сведения представлены в указанных выше источниках информации, относящихся к способу по прототипу: http: //www.squarell.conuhttp://www.gwe.ru/download/Squarell/Leaflet_CANcliQ_ru_HR.pdf).
В данном адаптере, принятом за прототип предлагаемого в качестве изобретения устройства, плоские обкладки бесконтактного емкостного датчика расположены рядом друг с другом и лежат в одной плоскости, а в рабочем положении адаптера провода коммуникационной шины, с которых выполняется считывание данных, также расположены рядом друг с другом и прижаты к обкладкам емкостного датчика.
При таком взаимном расположении обкладок емкостного датчика и проводов коммуникационной шины электромагнитное поле каждого из пары проводов коммуникационной шины воздействует одновременно на обе обкладки емкостного датчика, что является причиной описанных выше помех, искажающих выходной сигнал адаптера, вследствие чего снижается достоверность выполняемого с помощью адаптера считывания данных с проводов коммуникационной шины. При этом упомянутое выше возрастание уровня помех и степени искажения выходного сигнала адаптера при увеличении числа информационных сигналов, передаваемых по шине в единицу времени, усиливает снижение достоверности считывания данных и ограничивает рабочую частоту информационных сигналов, которые могут считываться с использованием принятого за прототип адаптера для считывания данных, что ограничивает функциональные возможности последнего. Вместе с тем адаптер по прототипу имеет также достаточно сложную конструкцию, что обусловлено наличием в нем специального монтажного корпуса, предназначенного для размещения емкостного датчика и взаимодействующих с ним участков проводов коммуникационной шины в рабочем положении адаптера. Указанный монтажный корпус увеличивает также материалоемкость, габариты и стоимость адаптера для бесконтактного считывания данных с коммуникационных шин.
Задачей изобретения является создание способа бесконтактного считывания данных с коммуникационных шин, исключающего возможность воздействия электромагнитного поля каждого из пары проводов коммуникационной шины на обкладку емкостного датчика, расположенную вблизи другого провода указанной пары.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе бесконтактного считывания данных с коммуникационных шин, например CAN-шин, основанном на регистрации изменяющегося электрического напряжения, создаваемого электромагнитными полями пары проводов коммуникационной шины, по которым передается по меньшей мере один считываемый дифференциальный информационный сигнал, с выполнением указанной регистрации с помощью бесконтактного емкостного датчика с двумя предпочтительно продолговатыми обкладками, закрепленного на указанной паре проводов с расположением одной из его обкладок вблизи и предпочтительно вдоль одного из указанной пары проводов и расположением его второй обкладки вблизи и предпочтительно вдоль второго из указанной пары проводов, с усилением получаемого на выходе емкостного датчика аналогового сигнала и последующим преобразованием усиленного сигнала в цифровой информационный сигнал, характеризующий считываемый сигнал, в отличие от прототипа, в процессе считывания данных с коммуникационной шины обеспечивают раздельное воздействие электромагнитных полей указанной пары проводов на обкладки емкостного датчика, в соответствии с которым электромагнитное поле каждого провода из указанной пары проводов воздействует только на одну обкладку емкостного датчика и не может воздействовать на вторую обкладку последнего, при этом для обеспечения указанного раздельного воздействия электромагнитных полей каждый провод из указанной пары проводов и расположенную вблизи него обкладку емкостного датчика отделяют от другого провода данной пары проводов и расположенной вблизи него второй обкладки емкостного датчика заземленным электропроводящим экраном, препятствующим прохождению через него излучений упомянутых электромагнитных полей.
Задачей изобретения является также создание устройства для бесконтактного считывания данных с коммуникационных шин, исключающего возможность воздействия электромагнитного поля каждого из пары проводов коммуникационной шины на обкладку емкостного датчика, расположенную вблизи другого провода указанной пары, а также обеспечивающего возможность крепления емкостного датчика на проводах коммуникационной шины без применения в этих целях специального монтажного корпуса, содержащегося в устройстве по прототипу.
Решение указанной задачи достигается тем, что в адаптере для бесконтактного считывания данных с коммуникационных шин, например CAN-шин, содержащем бесконтактный емкостный датчик с двумя предпочтительно продолговатыми обкладками и средство для крепления емкостного датчика на коммуникационной шине с расположением одной из обкладок указанного датчика вблизи и предпочтительно вдоль одного из пары проводов коммуникационной шины, по которым передается по меньшей мере один считываемый адаптером дифференциальный информационный сигнал, и расположением второй обкладки емкостного датчика вблизи и предпочтительно вдоль второго из указанной пары проводов, при этом каждая из обкладок емкостного датчика соединена посредством токопроводящей связи со входом дифференциального усилителя напряжения, выход которого подключен ко входу формирователя сигнала, выполненного с возможностью формирования на своем выходе цифрового информационного сигнала, характеризующего считываемый адаптером информационный сигнал, в отличие от прототипа, емкостный датчик выполнен в виде двух наложенных друг на друга и скрепленных друг с другом пластин из диэлектрика, между которыми размещен экранирующий слой из электропроводящего материала, снабженный заземлением, при этом обкладки емкостного датчика закреплены на наружной стороне пластин из диэлектрика напротив друг друга.
При этом экранирующий слой выполнен из металла, предпочтительно из меди.
Кроме того, обкладки емкостного датчика выполнены в виде продолговатых пластин предпочтительно прямоугольной формы и закреплены на пластинах из диэлектрика своей плоской стороной, причем длина и ширина каждой из указанных обкладок составляет соответственно 10-30d и 4-10d, где d - диаметр внутренней электропроводящей жилы провода коммуникационной шины.
Экранирующий слой и обкладки емкостного датчика целесообразно выполнить из металлической фольги, изготовленной предпочтительно из меди.
Вместе с тем, пластины из диэлектрика целесообразно выполнить из листового фольгированного материала, например из фольгированного стеклотекстолита, с выполнением одной из указанных пластин из материала с односторонним, а другой - с двухсторонним фольгированием, при этом у пластины с односторонним фольгированием фольгированный слой служит одной из обкладок емкостного датчика, а у пластины с двухсторонним фольгированием один из фольгированных слоев служит второй обкладкой емкостного датчика, а второй - упомянутым экранирующим слоем.
Возможно также выполнение пластин из диэлектрика из листового материала с двухсторонним фольгированием, например из фольгированного стеклотекстолита, с образованием в емкостном датчике двухслойного экранирующего слоя, при этом у каждой из указанных пластин один из фольгированных слоев служит одной из обкладок емкостного датчика, а второй - одним из слоев указанного двухслойного экранирующего слоя.
Целесообразно, чтобы при выполнении пластин из диэлектрика из листового фольгированного материала наружная сторона каждой из пластин из диэлектрика была выполнена в виде печатной платы, при этом каждая из обкладок емкостного датчика являлась бы частью указанной печатной платы, а упомянутые дифференциальный усилитель напряжения и формирователь сигнала целесообразно выполнить на базе интегральных микросхем, размещенных на печатной плате, расположенной на одной из указанных пластин.
При таком выполнении бесконтактного емкостного датчика адаптера каждая пластина из диэлектрика может быть выполнена Г-образной формы с двумя перпендикулярными друг к другу частями, на одной из которых закреплена обкладка емкостного датчика, расположенная предпочтительно параллельно второй части указанной пластины, при этом упомянутые дифференциальный усилитель напряжения и формирователь сигнала размещены на второй части одной из пластин из диэлектрика.
Пластины из диэлектрика могут быть жестко скреплены с экранирующим слоем предпочтительно путем их приклеивания к последнему.
При выполнении пластин из диэлектрика из листового фольгированного материала указанные пластины могут быть жестко скреплены друг с другом предпочтительно путем их приклеивания друг к другу.
В качестве упомянутого средства для крепления емкостного датчика на коммуникационной шине может служить пара гибких продолговатых крепежных элементов, выполненных, например, из упаковочной ленты или проволоки, а в многослойном элементе адаптера, образованном упомянутыми пластинами из диэлектрика и разделяющим их экранирующим слоем, выполнены две пары сквозных отверстий, расположенных по бокам обкладок емкостного датчика на концах последних и выполненных с возможностью свободного прохода через них указанных крепежных элементов, а в рабочем положении адаптера каждый из пары упомянутых крепежных элементов продет через одну из указанных пар отверстий и охватывает пару расположенных вблизи обкладок емкостного датчика проводов коммуникационной шины, при этом концы указанного крепежного элемента скручены друг с другом с обеспечением прижатия охваченных данным элементом проводов коммуникационной шины к обкладкам емкостного датчика.
Средство для крепления емкостного датчика на коммуникационной шине может иметь иной вариант конструктивного исполнения, при котором оно выполнено в виде пары упругих защелок, закрепленных на наружной стороне пластин из диэлектрика напротив друг друга и напротив обкладок емкостного датчика, при этом каждая из указанных защелок выполнена с внутренним полукруглым продольным по отношению к обкладкам емкостного датчика ложементом для провода коммуникационной шины с возможностью прижатия последнего к обкладке емкостного датчика в рабочем положении адаптера.
При таком исполнении средства для крепления емкостного датчика на коммуникационной шине каждая из защелок может быть выполнена из электропроводящего материала, предпочтительно из металла, преимущественно из меди, и может быть соединена посредством токопроводящей связи с экранирующим слоем, при этом длина защелок составляет 1,1-1,5 длины обкладок емкостного датчика, а указанная токопроводящая связь может быть выполнена, например, в виде по меньшей мере одного продолговатого металлического крепежного элемента, изготовленного предпочтительно из меди, соединяющего защелки с пластинами из диэлектрика и входящего с натягом в сквозное отверстие, выполненное в многослойном элементе адаптера, образованном упомянутыми пластинами из диэлектрика и разделяющим их экранирующим слоем.
Обкладки емкостного датчика могут быть расположены вдоль и вблизи края пластин из диэлектрика, а в многослойном элементе адаптера, образованном упомянутыми пластинами из диэлектрика и разделяющим их экранирующим слоем, могут быть выполнены два сквозных отверстия, расположенные вблизи края и по бокам продольной стороны обкладок емкостного датчика, удаленной от края пластин из диэлектрика, и в каждое из указанных отверстий может быть вставлен фиксирующий штифт, при этом средство для крепления емкостного датчика на коммуникационной шине может быть выполнено в виде упругой U-образной в поперечном сечении и продолговатой скобы, на каждой из внутренних боковых сторон которой выполнено продольное углубление, причем в рабочем положении адаптера упругая скоба расположена напротив обкладок емкостного датчика и надета до упора на пластины из диэлектрика с заходом каждого из упомянутой пары проводов коммуникационной шины в зазор между обкладкой емкостного датчика и внутренней стороной упругой скобы с его прижатием к обкладке емкостного датчика за счет упругих сил указанной скобы и с заходом концов каждого из указанных фиксирующих штифтов в продольные углубления упругой скобы, при этом каждый из упомянутой пары проводов коммуникационной шины фиксируется от выхода из указанного зазора посредством упомянутой упругой скобы и указанных фиксирующих штифтов.
При таком исполнении адаптера упругая скоба может быть выполнена из электропроводящего материала, предпочтительно из металла, преимущественно из меди, и может быть соединена посредством токопроводящей связи с экранирующим слоем, а фиксирующие штифты вставлены в упомянутые сквозные отверстия с натягом, при этом длина упругой скобы составляет 1,1-1,5 длины обкладок емкостного датчика.
Техническим результатом, получаемым при практическом использовании изобретения, является повышение достоверности считывания данных с коммуникационных шин, а также расширение функциональных возможностей и упрощение конструкции адаптера для бесконтактного считывания данных с коммуникационных шин с одновременным снижением его материалоемкости, габаритов и стоимости.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - блок-схема адаптера для бесконтактного считывания данных с двухпроводной коммуникационной шины;
на фиг.2 - схематичный вид показанного на фиг.1 адаптера в его рабочем положении;
на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2;
на фиг.4 - вариант бесконтактного емкостного датчика, закрепляемого на проводах коммуникационной шины с помощью упругих защелок (вид в аксонометрии);
на фиг.5 - поперечное сечение емкостного датчика, показанного на фиг.4;
на фиг.6 - вариант бесконтактного емкостного датчика, закрепляемого на проводах коммуникационной шины с помощью упругой скобы (вид в аксонометрии);
на фиг.7 - поперечное сечение емкостного датчика, показанного на фиг.6.
Представленное на чертежах устройство предназначено для осуществления предлагаемого способа считывания данных с цифровых коммуникационных шин 1 (фиг.1), например CAN-шин, содержащих по меньшей мере одну пару проводов 2 и 3, по которым передается по меньшей мере один считываемый дифференциальный информационный сигнал. Согласно изобретению указанное устройство выполнено в виде адаптера, содержащего бесконтактный емкостный датчик 4 (фиг.1) с двумя обкладками 5 и 6, и средство для крепления емкостного датчика 4 на коммуникационной шине 1. При этом обкладки 5 и 6 емкостного датчика 4 соединены посредством токопроводящих связей соответственно 7 и 8 с двойным входом дифференциального усилителя напряжения 9, выход которого подключен ко входу формирователя сигнала 10, выполненного с возможностью формирования на своем выходе цифрового информационного сигнала, характеризующего форму и величину считываемого адаптером информационного сигнала, передаваемого по проводам 2 и 3. Информация с выхода усилителя 9 на вход формирователя 10 может передаваться любым известным способом, например дистанционно по проводам или по беспроводной связи (не показана). В случае использования дистанционной беспроводной связи между усилителем 9 и формирователем 10, адаптер оснащается подключенным своим входом к выходу усилителя 9 передатчиком беспроводной системы связи (не показан), передающим сигналы со своего выхода на вход приемника беспроводной системы связи (не показан), выход которого подключен ко входу формирователя 10.
Выход формирователя 10 подключен ко входу приемника сигнала 11, например, при помощи кабеля 12. При этом приемник 11 может быть оснащен техническими средствами для обработки информации, получаемой с выхода формирователя 10, и, при необходимости, средствами для ее записи, хранения и отображения, а также средствами для управления данной информацией (не показаны). В случае необходимости приемник 11 может быть также оснащен проводными или беспроводными техническими средствами для последующей передачи сигнала со своего выхода на вход технических средств контроля и/или управления, и/или регистрации, и/или сигнализации, и/или диагностики, и/или другого назначения (не показаны), как функционально сопряженных с коммуникационной шиной 1, так и функционально не зависимых от последней. Кроме того, усилитель напряжения 9 и формирователь 10 могут конструктивно входить в состав адаптера и при этом могут быть совмещены с емкостным датчиком 4, как показано на фиг.2. Вместе с тем усилитель 9 и формирователь 10 могут быть конструктивно отделены от адаптера и при этом могут входить в состав приемника 11 в виде его отдельных блоков (не показано).
Емкостный датчик 4 выполнен в виде двух наложенных друг на друга и скрепленных друг с другом пластин 13 и 14 (фиг.2, 3) из диэлектрика, предпочтительно равной толщины, между которыми размещен экранирующий слой 15 из электропроводящего материала, снабженный заземлением 16 (фиг.1). Для усиления экранирующих свойств слой 15 выполнен из металла, предпочтительно из меди. При этом пластины 13 и 14 скреплены с экранирующим слоем 15, а обкладки 5 и 6 емкостного датчика 4 выполнены в виде продолговатых пластин предпочтительно прямоугольной формы и закреплены своей плоской стороной на наружной стороне пластин 13 и 14 напротив друг друга. Для обеспечения устойчивого считывания данных и получения необходимого уровня выходного сигнала датчика 4 длина и ширина каждой из его обкладок 5 и 6 составляет соответственно 10-30d и 4-10d, где d - диаметр внутренней электропроводящей жилы провода коммуникационной шины 1.
Экранирующий слой 15 и обкладки 5 и 6 могут быть выполнены из металлической фольги толщиной 5-100 мк, изготовленной предпочтительно из меди. Для упрощения изготовления и снижения стоимости адаптера пластины 13 и 14 могут быть выполнены из листового фольгированного материала, например из покрытого медной фольгой стеклотекстолита, широко применяемого в печатных платах радиоэлектронных устройств. При этом одна из указанных пластин выполнена из материала с односторонним, а другая - с двухсторонним фольгированием, и у пластины с односторонним фольгированием фольгированный слой служит одной из обкладок емкостного датчика 4, а у пластины с двухсторонним фольгированием один из фольгированных слоев служит второй обкладкой емкостного датчика 4, а второй -экранирующим слоем 15. Вместе с тем возможен вариант выполнения емкостного датчика 4, при котором обе пластины 13 и 14 изготавливаются из листового материала с двухсторонним фольгированием, например из фольгированного стеклотекстолита, с образованием в емкостном датчике 4 двухслойного экранирующего слоя 15. При этом в пластинах 13 и 14 один из фольгированных слоев служит соответственно обкладкой 5 и 6 емкостного датчика 4, а второй - одним из слоев указанного двухслойного экранирующего слоя 15.
Для обеспечения компактности и малого веса адаптера наружная сторона каждой из пластин 13 и 14 может быть выполнена в виде печатной платы, при этом каждая из обкладок 5 и 6 емкостного датчика 4 является частью указанной печатной платы, а дифференциальный усилитель 9 и формирователь сигнала 10 могут быть выполнены на базе интегральных микросхем, размещенных на печатной плате, расположенной на одной из пластин 13 и 14, например на пластине 14, как показано на фиг.2. Для облегчения крепления емкостного датчика 4 на коммуникационной шине 1 при расположении последней в стесненном пространстве предусмотрено снижение габарита датчика 4 в поперечном к шине 1 направлении, для чего каждая из пластин 13 и 14 выполнена Г-образной формы с двумя перпендикулярными друг к другу частями, на одной из которых закреплена обкладка соответственно 5 и 6 емкостного датчика 4, расположенная предпочтительно параллельно второй части пластины соответственно 13 и 14. При этом выполненные на базе интегральных микросхем дифференциальный усилитель 9 и формирователь 10 размещены на второй части пластины 14.
В емкостном датчике 4, собранном из пластин 13 и 14 и экранирующего слоя 15, представляющих собой отдельные детали, пластины 13 и 14 жестко скреплены с экранирующим слоем 15 предпочтительно путем их приклеивания к последнему, а при указанном выше выполнении пластин 13 и 14 из листового фольгированного материала они жестко скреплены друг с другом предпочтительно путем их приклеивания друг к другу.
Дифференциальный усилитель 9 и формирователь 10 подключены к источнику электропитания 17, а средство для крепления емкостного датчика 4 на коммуникационной шине 1 выполнено с обеспечением возможности расположения каждой из обкладок 5 и 6 емкостного датчика 4 вблизи и предпочтительно вдоль одного из проводов 2 и 3 шины 1, как показано на фиг.1-3. Указанное средство крепления емкостного датчика 4 может иметь различное конструктивное исполнение. В качестве указанного средства крепления может служить, например, пара гибких продолговатых крепежных элементов 18 и 19, выполненных, например, из упаковочной ленты или проволоки с пластмассовым покрытием. При этом в многослойном элементе адаптера, образованном пластинами 13 и 14 и разделяющим их экранирующим слоем 15, выполнены две пары сквозных отверстий, расположенных по бокам обкладок 5 и 6 емкостного датчика 4 на концах последних и выполненных с возможностью свободного прохода через них крепежных элементов 18 и 19. В рабочем положении адаптера каждый из крепежных элементов 18 и 19 продет через одну из указанных пар отверстий и охватывает пару расположенных вблизи обкладок 5 и 6 емкостного датчика 4 проводов 2 и 3 коммуникационной шины 1, как показано на фиг.3. При этом концы каждого крепежного элемента 18 и 19 скручены друг с другом с обеспечением прижатия охваченных данным элементом проводов 2 и 3 коммуникационной шины 1 к обкладкам 5 и 6 емкостного датчика 4. На скрученной части по меньшей мере одного из крепежных элементов 18 и 19 может быть установлена стандартная пломба 20, обеспечивающая защиту адаптера от несанкционированного вмешательства в его работу третьих лиц.
В качестве крепежных элементов 18 и 19 могут быть также использованы известные пластмассовые или металлические номерные пломбы (не показаны) со специальными фиксирующими шипами на концевой части их продолговатых гибких элементов, например пломбы типа «Пуллок» или «Лонгтайд».
Средство для крепления емкостного датчика 4 на коммуникационной шине 1 может быть также выполнено, например, в виде пары упругих защелок 21 и 22 (фиг.4, 5), закрепленных на наружной стороне пластин 13 и 14 напротив друг друга и напротив обкладок емкостного датчика. При этом каждая из защелок 21 и 22 выполнена с внутренним полукруглым продольным по отношению к обкладкам 5 и 6 емкостного датчика 4 ложементом 23 для провода коммуникационной шины 1. Кроме того, защелки 21 и 22 выполнены с возможностью прижатия проводов 2 и 3 коммуникационной шины 1 соответственно к обкладкам 5 и 6 датчика 4 в рабочем положении адаптера.
Для исключения воздействия на обкладки 5 и 6 датчика 4 внешних электромагнитных полей, которые могут создаваться различными источниками электромагнитного излучения и при этом могут искажать информационный сигнал на выходе адаптера, в конструкции адаптера предусмотрена возможность экранирования обкладок 5 и 6 датчика 4 от указанных внешних электромагнитных полей. Для этой цели каждая из защелок 21 и 22 выполнена из электропроводящего материала, предпочтительно из металла, преимущественно из меди, и соединена с экранирующим слоем 15 посредством токопроводящей связи, в качестве которой может быть использован, например, по меньшей мере один металлический продолговатый крепежный элемент 24, соединяющий защелки 21 и 22 соответственно с пластинами 13 и 14 и выполненный, например, в виде заклепки, изготовленной предпочтительно из меди. Последняя входит с натягом в сквозное отверстие, выполненное в многослойном элементе адаптера, образованном пластинами 13 и 14 и разделяющим их экранирующим слоем 15. Посадка крепежного элемента 24 в указанное сквозное отверстие с натягом гарантирует его плотный контакт с экранирующим слоем 15 и, соответственно, надежное заземление защелок 21 и 22. При этом длина защелок 21 и 22 составляет 1,1-1,5 длины обкладок 5 и 6 емкостного датчика, что гарантирует полное перекрытие указанных обкладок защелками 21 и 22. При таком конструктивном исполнении каждая из защелок 21 и 22 способна выполнять роль экрана, защищающего обкладки 5 и 6 датчика 4 от внешних электромагнитных полей. Для упрощения крепления защелок 21 и 22 на пластинах 13 и 14 указанные защелки могут быть выполнены в виде единой U-образной в поперечном сечении детали (не показано), закрепленной на пластинах 13 и 14, например, на заклепках 24, выполняющих роль токопроводящих связей защелок 21 и 22 с экранирующим слоем 15, при этом сохраняется расположение защелок 21 и 22 относительно пластин 13 и 14 и обкладок 5 и 6, показанное на фиг.5.
Средство для крепления емкостного датчика 4 на коммуникационной шине 1 может быть также выполнено в виде упругой U-образной в поперечном сечении и продолговатой скобы 25 (фиг.6), на каждой из внутренних боковых сторон которой выполнено продольное углубление 26 (фиг.7). При этом обкладки 5 и 6 емкостного датчика 4 расположены вдоль и вблизи края пластин 13 и 14, а в многослойном элементе адаптера, образованном пластинами 13 и 14 и разделяющим их экранирующим слоем 15, выполнены два сквозных отверстия, расположенные вблизи края и по бокам продольной стороны обкладок 5 и 6 датчика 4, удаленной от края пластин 13 и 14, и в каждое из указанных отверстий вставлен с натягом фиксирующий штифт 27. В рабочем положении адаптера упругая скоба 25 расположена напротив обкладок 5 и 6 датчика 4 и надета до упора на пластины 13 и 14 с заходом каждого из проводов 2 и 3 шины 1 в зазор между одной из обкладок датчика 4 и внутренней стороной упругой скобы 25 с его прижатием к обкладке датчика 4 за счет упругих сил скобы 25 и с заходом концов каждого из двух фиксирующих штифтов 27 в продольные углубления 26 упругой скобы 25. При этом каждый из проводов 2 и 3 шины 1 фиксируется от выхода из указанного зазора посредством упругой скобы 25 и фиксирующих штифтов 27. Возможность продольного перемещения упругой скобы 25 относительно проводов 2, 3 и пластин 13, 14 в условиях вибрационного воздействия на шину 1 или механического воздействия на саму скобу 25 исключается за счет того, что продольные углубления 26 на скобе 25 не доходят до торцов последней, в связи с чем штифты 27 не могут выйти за пределы углублений 26. Таким образом, система штифты 27 - углубления 26 обеспечивает как поперечную, так и продольную фиксацию упругой скобы 25 относительно обкладок 5 и 6 емкостного датчика 4.
Для исключения упомянутого выше воздействия на обкладки 5 и 6 датчика 4 внешних электромагнитных полей упругая скоба 25 выполнена из электропроводящего материала, предпочтительно из металла, преимущественно из меди, и соединена с экранирующим слоем 15 посредством токопроводящей связи, роль которой выполняют фиксирующие штифты 27, изготовленные предпочтительно из меди. Длина штифтов 27 подбирается с обеспечением возможности плотного контакта их торцов с упругой скобой 25, а посадка штифтов 27 в отверстия экранирующего слоя 15 и пластин 13 и 14 с натягом гарантирует их плотный контакт с экранирующим слоем 15. Эти условия, вместе взятые, обеспечивают надежное заземление упругой скобы 25. При этом длина упругой скобы 25 составляет 1,1-1,5 длины обкладок 5 и 6 емкостного датчика 4, что гарантирует полное перекрытие указанных обкладок упругой скобой 25. При таком конструктивном исполнении упругая скоба 25 при работе адаптера выполняет роль экрана, защищающего обкладки 5 и 6 датчика 4 от внешних электромагнитных полей. При этом в сравнении с упругими защелками 21 и 22 упругая скоба 25 обеспечивает более сильную защиту обкладок 5 и 6 датчика 4 от помех, создаваемых внешними электромагнитными полями, поскольку она исключает прохождение электромагнитного излучения через продольные торцы пластин 13 и 14, имеющее место при креплении датчика 4 на проводах шины 1 с помощью защелок 21 и 22. Для исключения прохождения электромагнитного излучения через поперечные торцы пластин 13 и 14 упругая скоба 25 может быть выполнена с поперечными торцевыми пластинами - «щечками» (не показаны), закрывающими в рабочем положении датчика 4 участки поперечных торцов пластин 13 и 14, расположенные вблизи торцов обкладок 5 и 6 датчика 4.
Заземление 16 экранирующего слоя 15 емкостного датчика 4 и экранирующих защелок 21 и 22 может быть реализовано, например, путем подключения экранирующего слоя 15 с помощью токопроводящего соединения к заземленной экранирующей оболочке (не показана) кабеля 12 (фиг.1), соединяющего выход формирователя 10 со входом приемника 11, или к внутреннему нулевому проводу указанного кабеля (не показан).
Согласно изобретению способ бесконтактного считывания данных с цифровых коммуникационных шин осуществляется с помощью описанного выше адаптера следующим образом.
Для примера в качестве коммуникационной шины 1, с которой требуется выполнять бесконтактное считывание данных, возьмем стандартную двухпроводную CAN-шину, имеющую провод 2 типа CAN-H (фиг.2) с высоким уровнем сигнала и провод 3 типа CAN-L с низким уровнем сигнала. При работе CAN-шины 1 по паре ее проводов 2 и 3 передается по меньшей мере один цифровой дифференциальный информационный сигнал, одну часть которого, передаваемую по проводу 2, обозначим как сигнал «Н», а вторую часть, передаваемую по проводу 3, - как сигнал «L».
Перед выполнением бесконтактного считывания данных с шины 1 на нее устанавливают в рабочем положении адаптер, для чего между проводами 2 и 3 шины 1 размещают емкостный датчик 4 с расположением его обкладок 5 и 6 вдоль и вблизи указанных проводов (фиг.2, 3). В таком положении датчик 4 закрепляют на проводах 2 и 3 с помощью изготовленных из гибкой ленты или проволоки крепежных элементов 18 и 19, каждый из которых продевают через пару сквозных отверстий в пластинах 13 и 14 и охватывают при этом каждым крепежным элементом пару проводов 2 и 3, после чего концы каждого крепежного элемента скручивают друг с другом с обеспечением прижатия охваченных данным элементом проводов 2 и 3 к обкладкам 5 и 6 емкостного датчика 4. При необходимости на скрученную часть крепежных элементов 18 и 19 устанавливают пломбу 20. При использовании в качестве крепежных элементов 18 и 19 известных номерных пломб (например, пломб типа «Пуллок» или «Лонгтайд») продолговатые гибкие элементы последних также продевают через указанные пары отверстий в пластинах 13 и 14 с круговым охватом ими проводов 2 и 3 и прижатием последних к обкладкам 5 и 6 датчика 4 в конце протяжки концевой шипованной части указанных гибких элементов через фиксирующие отверстия указанных пломб (не показано). В случае применения в качестве средства крепления датчика 4 на шине 1 упругих защелок 21 и 22 (фиг.4, 5) провода 2 и 3 при установке датчика 4 на шине 1 утапливают в зазоры между пластинами 13 и 14 и защелками 21 и 22 путем нажатия на каждый из проводов 2 и 3 в направлении стрелки Б (фиг.5) до попадания проводов 2 и 3 во внутренние полукруглые продольные ложементы 23 защелок 21 и 22 с прижатием при этом проводов 2 и 3 защелками 21 и 22 к обкладкам 5 и 6 датчика 4. При использовании в качестве средства крепления датчика 4 на шине 1 упругой скобы 25 (фиг.6, 7) провода 2 и 3 при установке датчика 4 на шине 1 прижимают соответственно к обкладкам 5 и 6 датчика 4 над штифтами 27, после чего на провода 2 и 3 и пластины 13 и 14 надевают сверху упругую скобу 25 до ее упора в торцы указанных пластин и характерного щелчка, подтверждающего посадку штифтов 27 в углубления 26 скобы 25. В процессе указанной установки упругой скобы 25 обеспечивают ее расположение напротив обкладок 5 и 6 датчика 4 с продольным перекрытием скобой 25 указанных обкладок.
В процессе передачи по шине 1 цифровых дифференциальных информационных сигналов по проводам 2 и 3 проходит импульсный электрический ток, формирующий вокруг указанных проводов соответственно импульсные электромагнитные поля. Благодаря наличию емкостной связи между обкладкой 5 датчика 4 и находящимся вблизи нее проводом 2 и емкостной связи между обкладкой 6 датчика 4 и находящимся вблизи нее проводом 3 электромагнитные поля, формируемые вокруг проводов 2 и 3, воздействуют на обкладки 5 и 6 датчика 4, в результате чего на обкладках 5 и 6 создаются изменяющиеся по величине электрические напряжения, форма которых идентична форме импульсных информационных сигналов «Н» и «L», передаваемых по проводам 2 и 3 шины 1. Напряжения с обкладок 5 и 6 датчика 4 передаются по токопроводящим связям 7 и 8 на двойной вход дифференциального усилителя напряжения 9. С помощью усилителя 9 выходной сигнал емкостного датчика 4 в виде разности напряжений, создаваемых на обкладках 5 и 6 датчика 4 электромагнитными полями проводов 2 и 3, усиливается до требуемого уровня и поступает на вход формирователя сигнала 10. В формирователе 10 выполняется преобразование получаемого с выхода усилителя 9 сигнала с получением на выходе формирователя 10 дифференциального выходного сигнала, одну часть которого обозначим как сигнал «Н*» (фиг.2), а вторую - как сигнал «L*», при этом форма и величина сигналов «Н*» и «L*» характеризует собой форму и величину указанных выше считываемых рабочих сигналов «Н» и «L», передаваемых по проводам 2 и 3 шины 1. Сигналы «Н*» и «L*» поступают с выхода формирователя 10 на вход приемника 11 по двум проводам, как показано на фиг.2, или по беспроводной линии связи (не показана). В приемнике 11 получаемые сигналы проходят требуемую обработку и, при необходимости, записываются и хранятся для последующего использования и могут также отображаться, например, в визуальной форме. При необходимости получаемая приемником 11 информация может также корректироваться в нем по заданной программе и затем рассылаться с выхода приемника 11 по проводным и/или беспроводным каналам связи потребителям данной информации, в качестве которых могут выступать электронные технические средства контроля и/или управления, и/или регистрации, и/или сигнализации, и/или диагностики, и/или другого назначения (не показаны), как функционально сопряженные с коммуникационной шиной 1, так и функционально не зависимые от последней.
В отличие от прототипа, согласно изобретению в процессе считывания данных с коммуникационной шины 1 обеспечивают раздельное воздействие электромагнитных полей пары проводов 2 и 3 на обкладки 5 и 6 емкостного датчика 4, в соответствии с которым электромагнитное поле провода 2 воздействует только на обкладку 5 емкостного датчика 4, расположенную вблизи провода 2, и не может воздействовать на обкладку 6 датчика 4 и аналогично электромагнитное поле провода 3 воздействует только на обкладку 6 датчика 4, расположенную вблизи провода 3, и не может воздействовать на обкладку 5 датчика 4. Указанное раздельное воздействие электромагнитных полей пары проводов 2 и 3 обеспечивается тем, что провод 2 и расположенную вблизи него обкладку 5 емкостного датчика 4 в процессе считывания данных с коммуникационной шины 1 отделяют от провода 3 и расположенной вблизи него обкладки 6 датчика 4 заземленным электропроводящим экраном 15, препятствующим прохождению через него излучений упомянутых электромагнитных полей. При этом напряжение, наводимое на экране 15 электромагнитными полями пары проводов 2 и 3, снимается с экрана 15 с помощью заземления 16.
Обеспечение раздельного воздействия электромагнитных полей пары проводов 2 и 3 на обкладки 5 и 6 емкостного датчика 4 исключает свойственные прототипу взаимные помехи проводов шины 1 в процессе считывания данных, вызываемые в прототипе воздействием электромагнитного поля каждого провода из пары проводов, с которых производится считывание данных, одновременно на обе обкладки емкостного датчика. За счет исключения указанных взаимных помех увеличивается разность сигналов, поступающих от обкладок 5 и 6 датчика 4 на вход дифференциального усилителя 9, благодаря чему повышается уровень выходного сигнала адаптера и обеспечивается высокая точность считывания данных с коммуникационной шины 1. В результате этого повышается достоверность информационного сигнала, получаемого на выходе адаптера в процессе считывания данных с шины 1 с применением предлагаемого способа считывания и устройства для его реализации. При этом снижение уровня помех и, соответственно, степени искажения выходного сигнала адаптера за счет исключения взаимных помех проводов шины 1 повышает верхний предел рабочей частоты информационных сигналов, которые могут считываться с использованием предлагаемого адаптера для считывания данных, что расширяет функциональные возможности последнего.
При наличии в зоне расположения емкостного датчика 4, закрепленного на проводах шины 1, внешних электромагнитных полей, способных искажать выходной сигнал адаптера, в том числе электромагнитных полей других проводов шины 1, не входящих в пару проводов 2 и 3 (относится к многопроводным шинам 1), в качестве средства крепления датчика 4 на проводах шины 1 используется заземленная упругая скоба 25 (фиг.7) или заземленные упругие защелки 21 и 22 (фиг.5), выполненные из электропроводящего материала. В процессе считывания данных с проводов 2 и 3 шины 1 упругая скоба 25 и защелки 21 и 22 выполняют роль экрана, защищающего обкладки 5 и 6 датчика 4 от указанных внешних электромагнитных полей, что позволяет сохранять устойчивый помехозащищенный сигнал на выходе адаптера.
Изобретение повышает достоверность считывания данных с коммуникационных шин, что достигается за счет обеспечения в процессе считывания данных с коммуникационной шины раздельного воздействия на обкладки емкостного датчика электромагнитных полей пары проводов указанной шины, с которых выполняется считывание данных. Вместе с тем изобретение позволяет создать адаптер для бесконтактного считывания данных с коммутационных шин, обеспечивающий указанное раздельное воздействие на обкладки емкостного датчика электромагнитных полей проводов коммуникационной шины, что обеспечивает предлагаемому адаптеру более высокую достоверность считывания данных и более широкие функциональные возможности в сравнении с прототипом. Отсутствие в предлагаемом адаптере специального монтажного корпуса, используемого в адаптере по прототипу для крепления бесконтактного датчика на коммуникационной шине, существенно упрощает конструкцию предлагаемого адаптера и снижает его габариты, материалоемкость и стоимость.
В настоящем описании изобретения и в поясняющих его графических материалах представлены предпочтительные варианты осуществления изобретения. При этом следует отметить, что специалистам в области техники, к которой относится изобретение, после ознакомления с последним будет понятно, что вместо представленных и описанных вариантов осуществления изобретения могут быть использованы альтернативные или эквивалентные частные варианты его осуществления в пределах объема настоящего изобретения, ограниченного только формулой изобретения и ее эквивалентами. В частности, экранирующий слой 15 может быть получен, например, путем напыления металла по меньшей мере на одну из пластин 13 и 14 или путем испарения металла в вакууме, а средство для крепления емкостного датчика 4 на шине 1 может иметь другое конструктивное исполнение, известное, например, из различных устройств и приспособлений, применяемых при монтаже, упаковке и пломбировании различных технических объектов.
Наиболее широкой сферой практического применения изобретения являются грузовые и легковые автотранспортные средства, оснащенные CAN-шинами, через интерфейсы которых обмениваются информацией блоки управления двигателей, автоматических коробок передач, антиблокировочных систем торможения и антипробуксовочных систем, а также систем курсовой устойчивости и других систем автомобиля. Бесконтактное считывание данных с указанных CAN-шин с использованием предлагаемого способа и устройства обеспечивает возможность получения достоверной информации о текущих параметрах, относящихся к работе двигателей и приборов автомобиля, скоростному режиму его движения и пробегу, системе торможения и топливной системе, манере вождения, характеризующей профессиональную пригодность водителя, условиям комфортности внутри салонов автомобилей и к другим средствам, системам и условиям, относящимся к эксплуатации и диагностике автотранспортных средств. При этом считывание данных обеспечивается без физического (контактного) воздействия на CAN-шины транспортных средств, что гарантирует полную безопасность процедуры считывания данных для работы CAN-шин и взаимодействующих с ними электронных технических средств, а значит, и для работы самих транспортных средств.