МОДУЛЬ CAN-ШИНЫ СИСТЕМЫ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Область техники
Полезная модель относится к электрооборудованию транспортных средств, а именно к средствам подключения охранной сигнализации к автомобильной шине CAN транспортного средства, для согласования с ней на программно-аппаратном уровне и передачи данных, организованных на стандартизованном протоколе CAN.
Заявленный модуль CAN-шины системы охранной сигнализации (автосигнализации) предназначен для подключения дополнительных систем к штатной проводке автомобиля без нарушения ее целостности и работоспособности, позволяя получать из штатной проводки необходимые сигналы в цифровом виде, преобразовывать их в аналоговый или импульсный формат, пригодный для регистрации дополнительным устройством, а также, при необходимости, формировать и подавать в нее цифровые команды от установленного дополнительного устройства.
Уровень техники
Одним из наиболее часто встречающихся вариантов подключения систем охранной сигнализации к автомобильной шине CAN является использование внешних CAN-модулей, выполненных в отдельном корпусе (например, универсальный CAN-адаптер CAN-ART-A тюнинг-центра "AGT" (г.Москва, http://www.agt-company.ru/tu_eg_1_1), адаптер цифровой шины автомобиля FALCON CAN-02 компании «Мега-Ф Столица» (г.Москва, http://www.mega-f.ru/ru/product/service_device/can/can-02/), адаптеры серии AUTOCAN ООО "ТЭК электроникс" (г.Москва, http://www.tec-electronics.ru/page.html?p=18&id=0). К числу недостатков данного рода решений следует отнести увеличение количества дополнительно устанавливаемого оборудования и возрастающие габариты охранного комплекса, состоящего из системы охранной сигнализации и внешнего модуля адаптера CAN-шины, что усложняет возможности скрытного установки комплекса в транспортное средство, снижая тем самым его охранные возможности. Кроме того, использование внешнего модуля адаптера CAN-шины требует применения дополнительных схемотехнических решений предусматривающих возможность согласования адаптера с системой охранной сигнализации устанавливаемой на транспортное средство, что ограничивает возможности полноценного функционирования модуля CAN-шины и системы охранной сигнализации в целом.
Известно решение устройства для адаптации системы охранной сигнализации транспортных средств с шиной CAN транспортного средства, содержащее CAN-модуль в корпусе с выводами для подсоединения к системе сигнализации, предназначенный для установки внутрь корпуса системы охранной сигнализации, где указанный корпус CAN-модуля представляет собой корпус съемного модуля памяти, выполненный либо в корпусе Compact Flash (CF) с аналоговыми выходами либо Secure Digital (SD) со стандартизованным открытым последовательным протоколом (патент РФ на полезную модель №90746, патент РФ на изобретение №2415766 (ООО "ТЭК электроникс", г.Москва). К числу недостатков данного решения можно отнести вышеуказанную для аналогичных обособленных решений адаптеров, выполненных в отдельном корпусе, необходимость применения дополнительных мер для его согласования с системой охранной сигнализации устанавливаемой на транспортное средство, что ограничивает возможности полноценного функционирования модуля CAN-шины и системы охранной сигнализации в целом. Заданный формат съемного модуля памяти не позволяет обеспечить применение дополнительных контактных площадок помимо стандартизованных, что также ограничивает возможности системы в целом. Кроме того, возможность установки съемного модуля памяти в корпус блока системы охранной сигнализации непосредственно пользователем, согласно информации раскрытой в патентах, создает предпосылки к нарушению целостности схемного решения блока охранной сигнализации и нештатной установке адаптера, что может негативно сказаться на стабильности ее работы.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков, заявленной полезной модели, выбранным в качестве прототипа, является известное из открытой публикации в сети Интернет решение интегрированного (встраиваемого) съемного модуля CAN-шины системы охранной сигнализации транспортного средства StarLine A62 Dialog CAN Flex (ООО «СтарЛайн», г.Санкт-Петербург http://www.ultrastar.ru/16640/13318) заключающееся в том, что модуль CAN-шины выполнен в бескорпусном исполнении в виде двусторонней печатной платы снабженной электронной схемой с управляющим микроконтроллером, с одной стороны и, расположенных с другой стороны платы модуля, разъемов подключения к плате автосигнализации в виде групп контактов штырьковых соединителей устанавливаемых на штатные разъемы соединения платы автосигнализации. Использование системы охранной сигнализации транспортного средства с интегрированным модулем CAN-шины позволяет подключать автомобильную сигнализацию непосредственно к цифровой CAN-шине автомобиля, без увеличения количества устанавливаемых устройств и габаритных размеров охранного комплекса в целом. Кроме того, интегрированный модуль CAN-шины позволяет значительно сократить вмешательство в штатную электропроводку, а также избежать необходимости согласования системы сигнализации с устройством модуля адаптера CAN-шины, так как данный модуль является составной частью схемотехнического решения блока автосигнализации. Недостатком известного устройства является выполнение печатной платы модуля CAN-шины двусторонней с разнесением электронной схемы и разъемов подключения на противоположные стороны таким образом, что при штатной установке платы в блок системы охранной сигнализации электронная схема с радиоэлементами оказывается расположена в непосредственной близости от корпуса, что может привести к повреждению ее целостности при эксплуатации в результате удара схемы о корпус, а также нестабильности работы вследствие возможных наводок и помех, вызванных близким расположением корпусных элементов и элементов электронной схемы. В результате вышеизложенного данная конструкция требует дополнительного применения защитного кожуха или экранирования для снижения негативного влияния внешних факторов на работоспособность модуля.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является расширение арсенала средств и разработка бескорпусного модуля CAN-шины простой в изготовлении и сборке, без увеличения габаритных размеров системы охранной сигнализации транспортного средства, с обеспечением возможности подключения дополнительных электронных систем к штатной проводке автомобиля без нарушения ее целостности и работоспособности, а также без необходимости дополнительного согласования модуля CAN-шины с системой охранной сигнализацией.
Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в повышении технологичности производства модулей CAN-шины при одновременном снижении стоимости производства, снижении трудоемкости изготовления модуля CAN-шины, повышении технологичности работы с ним и системой автосигнализации в целом, а также повышении помехоустойчивости, надежности функционирования и повышении срока службы как модуля CAN-шины в отдельности, так и системы охранной сигнализации в целом.
Заявленный технический результат достигается тем, что используют модуль CAN-шины системы охранной сигнализации транспортного средства содержащий бескорпусную печатную плату с электронной схемой, включающей управляющий микроконтроллер, и разъемы подключения в виде групп контактов, выполненных с обеспечением возможности их установки на штатные разъемы платы системы охранной сигнализации. При этом заявленное решение полезной модели отличается от прототипа тем, что печатная плата выполнена с односторонним расположением электронной схемы и разъемов подключения, с обеспечением возможности их поверхностного монтажа автоматической пайкой и установки на плату системы охранной сигнализации со стороны электронной схемы. При этом, электронная схема дополнительно содержит соединенную с управляющим микроконтроллером флеш-память с базой данных в зашифрованном виде о поддерживаемых функциях управления и структуре пакетов шины CAN обслуживаемого модельного ряда транспортных средств. Тогда как, разъемы подключения модуля CAN-шины дополнительно снабжены контактами соединенными с разъемом USB, а также содержат контакты разъема, выполненные с обеспечением возможности индикации статуса штатной системы охраны.
Модуль CAN-шин дополнительно снабжен самовосстанавливающимися предохранителями, выполненными с обеспечением возможности защиты от перегрузки, например, альтернативных выходов на световое оборудование и замки.
В предпочтительном варианте осуществления полезной модели печатная плата модуля CAN-шины дополнительно снабжена технологическими разъемами в виде контактных площадок, выполненных с обеспечением возможности осуществления самотестирования, отладки и обновления программного обеспечения предустановленного в управляющем микроконтроллере электронной схемы, расположенных со стороны противоположной месту расположения разъемов подключения.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами, где
фиг.1 - общий вид со стороны печатной платы с электронной схемой и разъемами подключения;
фиг.2 - общий вид со стороны печатной платы с технологическими разъемами;
фиг.3 - структурная схема.
Следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только один из наиболее предпочтительных вариантов выполнения полезной модели и поэтому не могут рассматриваться в качестве ограничений содержания полезной модели, которое включает другие варианты выполнения.
Осуществление полезной модели
Как следует из чертежей общего вида (фиг.1 и 2) и структурной схемы (фиг.3) модуль CAN-шины конструктивно выполнен в бескорпусном варианте на основе печатной платы, например, на электронной плате размером 28.6×21.75 мм, предназначенной для монтажа на плату сигнализации с помощью разъемного соединения, с односторонним расположением электронной схемы 1 и связанными с ней посредством монтажной схемы разъемами 2 подключения на штатные разъемы платы системы охранной сигнализации (на фигурах не показаны). Обеспечение функциональных возможностей модуля CAN-шины поддерживается электронной схемой, выполненной на основе управляющего микроконтроллера 3, соединенного посредством монтажной схемы печатной платы, по меньшей мере, с флеш-памятью 4, микросхемой 5 драйвера физического уровня CAN-шины, питание которых поддерживается с помощью микросхем 6 питания. Аналоговые выходы 7 управления центральным замком и аварийной сигнализацией снабжены самовосстанавливающимися предохранителями 8 предназначенными для защиты от перегрузки альтернативных выходов на систему освещения и замки.
Разъемы 2 подключения, выполненные, в частности в виде штырьковых соединителей, размещены со стороны электронной схемы и сгруппированы по их функциональному назначению. Размещение разъемов 2 подключения, устанавливаемых в отверстия в печатной плате, и электронных компонентов электронной схемы 1 на одной стороне позволяет реализовать возможность автоматической распайки разъемов на установке селективной пайки волной припоя, что существенно снижает временные затраты на монтаж разъемов, значительно снижая издержки на производство модулей и позволяя сделать процесс производства более технологичным. В известном из предшествующего уровня техники варианте двустороннего размещения элементов монтажа и разъемов подключения процесс монтажа разъемов осуществлялся вручную в силу невозможности осуществления автоматического режима пайки при высокой плотности компоновки электронной схемы печатной платы, что создавало проблемы при массовом производстве модулей CAN-шины для систем охранной сигнализации транспортных средств.
Разъемы 2 подключения соединены с выводами управляющего микроконтроллера 3, микросхемой 5 драйвера физического уровня CAN-шины, аналоговыми выходами 7 управления центральным замком и аварийной сигнализацией, а также штатными датчиками системы охранной сигнализации транспортного средства. При этом, разъемы подключения содержат контакты 9 подключения к внешним датчикам, обеспечивающих работоспособность системы охранной сигнализации, а также дополнительно содержат контакты 10 подключаемые к разъему USB, а также контакты 11 выполненные с обеспечением возможности индикации статуса штатной системы охраны.
На второй стороне печатной платы размещены контактные площадки 12 представляющие собой технологические разъемы, предназначенные для отладки и обновления программного обеспечения предустановленного в управляющем микроконтроллере электронной схемы, обеспечивающего работоспособность модуля. При этом, технологические разъемы предусматривают возможность осуществления функции самотестирования на производстве, позволяющая производить функциональный контроль после сборки печатных плат, снижая процент брака в процессе производства.
Управляющий микроконтроллер 3 предназначен для выполнения преобразований CAN-сообщений в логические уровни, обработки данных и выдачи управляющих сообщений. При этом, в качестве управляющего микроконтроллера 3 может быть, например применен любой известный из уровня техники 32-битный микроконтроллер, например, с ядром ARM Cortex-М3 (производитель ST Microelectronics), работающий на частоте до 72 МГц.
Микросхема 5 драйвера физического уровня CAN-шины предназначена для преобразования логических уровней управляющего микроконтроллера 3 в уровни CAN с минимальными электромагнитными помехами EMI. Драйвер в рассматриваемом варианте осуществления полезной модели может поддерживать наиболее распространенные стандарты CAN - High Speed (ISO 11898-2) и Single Wire (SAE 2411) и может быть реализован на базе высокоскоростного CAN-трансивера TJA1042 (производитель - NXP), обеспечивающего передачу данных между контроллером CAN и двухпроводной шиной.
Флеш-память 4 используется для хранения базы данных по автомобилям различных производителей в зашифрованном виде и в общем случае, содержит информацию о поддерживаемых функциях управления, алгоритмах отправки сообщений и структуре пакетов шины CAN. Может быть, в частности, реализована на базе любого внутреннего твердотельного накопителя, например SST25VF016B объемом 2 МБ (производитель Microchip).
В зависимости от конкретной модели автомобиля в шине CAN может отсутствовать возможность реализации некоторых функций. В этом случае необходимо использовать обычное подключение цепей, контроль и управление которыми реализованы посредством альтернативных аналоговых выходов 7 ALT, являющихся в рассматриваемом варианте реализации полезной модели выходами управления центральным замком и аварийной сигнализацией.
Интерфейс USB предназначен для удобного и оперативного обновления базы данных и прошивки модуля CAN-шины, а также настройки модуля CAN-шины (выбор модели автомобиля, включение и выключение функций управления, статусных функций). Модули CAN-шины могут подключаться к компьютеру через переходник и/или напрямую к порту USB. При этом, при подключении не требуется установка драйверов, так как в управляющем микроконтроллере программно реализован класс USB устройств HID, который не требует наличия драйверов в системе, что упрощает подключения модуля к USB разъему. Кроме того, модуль CAN-шины выполнен интегрированным в систему охранной сигнализации на стадии его установки на плату системы охранной сигнализации в процесс сборки на производстве, а настройка программного обеспечения, выбираемого из предустановленной на флеш-памяти базы данных драйверов обслуживаемых данным модулем транспортных средств, осуществляется через технологические разъемы в процессе производства и не требуют в дальнейшем вмешательства пользователя в установку дополнительных драйверов. Тогда как обновление программного обеспечения может осуществляться конечным пользователем самостоятельно, без подключения к специализированному оборудованию, путем прямого подключения к разъему USB. Таким образом, предложенная конструкция модуля CAN-шины за счет повышения технологичности процесса сборки, обусловленного особенностями конструкции, позволяет оптимизировать расходы связанные с его производством, исключив затраты на обеспечение сервисных центров оборудованием для обновления программного обеспечения.
В рассматриваемом варианте осуществления полезной модели входные контакты разъема 3 подключения обеспечивают в частности получение информации со штатных датчиков системы, характеризующих, например:
- Работу двигателя (включен/выключен);
- Статус концевых выключателей дверей, капота и багажника;
- Работа штатной сигнализации (в охране/не в охране);
- Состояние системы зажигания;
- Положение педали тормоза;
- Положение ручного тормоза.
Выходные контакты разъема 3 подключения, по меньшей мере, обеспечивают передачу следующих управляющих сообщений:
- Открыть центральный замок;
- Закрыть центральный замок;
- Отпереть багажник:
- На управление аварийной сигнализацией.
Для обеспечения питанием всех компонентов электронной схемы (управляющий микропроцессор, флеш-память, драйвер CAN) на плате модуля CAN-шины установлены преобразователи напряжения (линейные регуляторы). При этом, напряжение питания постоянного тока модуля обеспечивающее его работоспособность, в рассматриваемом варианте осуществления полезной модели, составляет 12 В.
Модуль CAN-шины системы охранной сигнализации транспортного средства согласно полезной модели работает следующим образом.
Модуль CAN-шины устанавливают на штатные разъемы платы системы охранной сигнализации таким образом, что электронная схема и разъемы подключения, выполненные в виде штырьковых контактов, обращены в сторону платы сигнализации, а обратная сторона печатной платы модуля CAN-шины с технологическими разъемами обращена к корпусу. В процессе сборки, через технологические разъемы осуществляют установку и отладку программного обеспечения необходимого для обслуживания транспортного средства.
По окончанию процесса сборки системы охранной сигнализации, корпус, с установленным внутри модулем CAN-шины, закрывают. При этом, так как плата модуля CAN-шины устанавливается на штатные разъемы платы сигнализации, то изменение габаритных размеров корпуса блока системы охранной сигнализации не требуется.
При подаче питания на автомобильную охранную систему устройство начинает работу с загрузки из памяти подпрограммы, обслуживающей заданную ранее модель автомобиля. Подпрограммы для разных автомобилей хранятся в энергонезависимой флеш-памяти в зашифрованном виде, а номер требуемой программы хранится в энергонезависимой памяти управляющего микроконтроллера.
Выбор подпрограммы (установка модели транспортного средства) и настройка модуля производятся в ходе инсталляции модуля в автомобиль двумя способами:
- с помощью сервисной кнопки автомобильной сигнализации
- по интерфейсу USB, при этом, для подключения к USB устройство не требует установки драйверов.
После загрузки подпрограммы инициализируется ее выполнение. Устройство анализирует информацию на CAN-шине автомобиля и выдает на цифровые выходы соответствующие сигналы. При получении от управляющего микроконтроллера команд в виде потенциалов соответствующего уровня на своих входных линиях данных, CAN-модуль в свою очередь формирует командные посылки, предназначенные для управления заданными устройствами автомобиля (габаритные огни, центральный замок и т.п.).
Таким образом, очевидно, что решение модуля CAN-шины системы охранной сигнализации транспортного средства, согласно заявленной полезной модели, за счет выполнения конструкции с односторонним расположением электронной схемы и разъемов подключения, а также включения е в конструкцию дополнительных контактов разъема подключения для подключения к порту USB и наличию флеш-памяти с предустановленной базой данных в зашифрованном виде о поддерживаемых функциях управления и структуре пакетов шины CAN обслуживаемого модельного ряда транспортных средств позволяет повысить технологичность производства модулей CAN-шины и работы с ним, за счет возможности осуществления автоматической распайки контактов разъемов и возможности осуществления подключения к разъему USB с обеспечением возможности обновления программного обеспечения без использования специальных устройств и дополнительной установки специализированных драйверов согласования мoдyля CAN с системой охранной сигнализации. При этом, обеспечивается снижение стоимости производства, трудоемкости изготовления модуля CAN-шины, повышение технологичности работы с ним и системой автосигнализации в целом, повышении помехоустойчивости, надежности функционирования и повышении срока службы как модуля CAN-шины в отдельности, так и системы охранной сигнализации в целом, за счет отсутствия контакта электронных компонентов с корпусными элементами, при его установке в систему охранной сигнализации.