УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СВЯЗИ МЕЖДУ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ МАЛЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ВНЕШНИМ КОМПЬЮТЕРОМ
DEVICE AND METHOD OF COMMUNICATION BETWEEN SMALL ICE AND EXTERNAL COMPUTER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству с двигателем внутреннего сгорания, которое предназначено для ручного запуска без пусковой батареи и содержит электронную схему управления, чтобы управлять двигателем внутреннего сгорания, и кнопку остановки, чтобы останавливать упомянутый двигатель внутреннего сгорания, а также соединение между кнопкой остановки и упомянутой электронной схемой управления.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Путем применения цифровых систем управления для управления зажиганием маломощных двигателей внутреннего сгорания и, в некоторой степени, для управления впрыском топлива были созданы возможности для подключения внешних компьютеров, чтобы изменять характеристики системы управления, а также считывать эксплуатационные данные этой системы. Однако осуществление соединения с внешним компьютером связано с рядом требований, из которых к самым важным относятся низкая стоимость и высокая надежность. Такие требования в настоящее время создают проблемы при использовании такого соединения.
Документ US 5210846 описывает однопроводную шину для двухсторонней связи. Основной принцип такой шины с одним проводом хорош, но по техническим причинам он практически не подходит для двигателей внутреннего сгорания. Это связано с тем, что в этом приложении описанный один провод должен обеспечивать передачу энергии в систему управления во время связи, а также интерфейс должен включать чрезвычайно эффективную защиту против переходных бросков напряжения, так как природе систем зажигания свойственна опасность нежелательных разрядов.
Документ US 6549843 описывает двигатель внутреннего сгорания, который может быть использован во внешнем двигателе и оснащен блоком управления. Компьютер общего назначения может быть подключен к электронному блоку управления через кабель последовательного интерфейса электронного блока управления.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к устройству с двигателем внутреннего сгорания, которое предназначено для ручного запуска, без пусковой батареи, и содержит электронную схему управления, чтобы управлять двигателем внутреннего сгорания, кнопку остановки, чтобы останавливать упомянутый двигатель внутреннего сгорания, а также соединение между кнопкой остановки и упомянутой электронной схемой управления, при этом упомянутое соединение между кнопкой остановки и схемой управления выполнено с возможностью передачи данных между схемой управления и внешним компьютером. Преимущество такого решения состоит в том, что количество компонентов может быть сокращено благодаря совместно используемому соединению, вследствие чего издержки производства могут быть уменьшены путем использования внешнего проводника, который существует во всех системах управления для малых двигателей внутреннего сгорания, то есть входа кнопки остановки. Таким образом, физический вход уже существует и обеспечен защитой против бросков поступающего напряжения, что предоставляет несомненную выгоду, так как риски нежелательных разрядов свойственны природе систем зажигания.
Согласно дополнительным аспектам изобретения:
- упомянутое соединение между кнопкой остановки и схемой управления выполнено с возможностью подачи напряжения от внешнего источника питания на упомянутую электронную схему управления и предпочтительно также к другим электронным компонентам, связанным с упомянутым соединением, что обеспечивает преимущество подачи энергии к блоку управления и к другим компонентам системы зажигания даже тогда, когда двигатель не работает.
- Конденсатор получает заряд от упомянутого внешнего источника напряжения, и упомянутый конденсатор передает энергию электронной схеме управления в отсутствие подачи напряжения от внешнего источника через соединение или подачи напряжения от двигателя, что обеспечивает преимущество подачи энергии питания в схему управления в отсутствие подачи напряжения от внешнего источника и от двигателя.
- Внешний контакт, связанный с упомянутым соединением, расположен на кожухе упомянутого устройства, что обеспечивает преимущество легкого соединения кабеля передачи данных с упомянутым устройством.
- Упомянутое соединение включает фильтр нижних частот между электронной схемой управления и кнопкой остановки, действующий как защита против бросков напряжения.
- Упомянутое соединение включает однопроводную шину для двухсторонней передачи данных.
- Интерфейс связи, предпочтительно в форме отдельного блока, расположен между упомянутым соединением и внешним компьютером, причем упомянутый интерфейс связи предпочтительно преобразует однопроводное соединение упомянутого устройства в стандартный интерфейс, например RS-232, который обеспечивает возможность соединения обычного компьютера с блоком управления.
Настоящее изобретение также предлагает способ передачи данных между электронной схемой управления и двигателем внутреннего сгорания, предназначенным для ручного запуска без пусковой батареи, а также внешним компьютером, когда имеется соединение между внешней кнопкой остановки и электронной схемой управления, причем это соединение используют для упомянутой передачи данных.
Согласно дополнительным аспектам упомянутого способа:
- упомянутое соединение между кнопкой остановки и электронной схемой управления используют для подачи питания на электронную схему управления и на другие компоненты, связанные с упомянутым соединением.
- Передачу данных осуществляют из внешнего компьютера в электронную схему управления.
- Передачу данных осуществляют из схемы управления во внешний компьютер.
- Передачу данных осуществляют последовательным способом.
Дополнительные преимущества изобретения будут очевидны из следующего описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
Фиг.1а показывает общий вид мотопилы с внешним контактом, соединенным через интерфейс связи с внешним компьютером,
Фиг.1b схематично показывает электронный блок управления для управления двигателем, связанный через внешний контакт и интерфейс связи с внешним компьютером,
Фиг.2 показывает пример адаптации коммуникационного сигнала между схемой управления системы управления и внешним контактом вблизи двигателя,
Фиг.3 показывает пример интерфейса связи для внешнего компьютера,
Фиг.4 представляет диаграмму, показывающую нормальный запуск и остановку в отношении напряжения питания и сигнала RX/TX, и
Фиг.5 показывает запуск системы управления через интерфейс связи с последующей коммуникационной последовательностью для связи с внешним компьютером.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к устройству, содержащему двигатель внутреннего сгорания 2 с электронной системой зажигания без батареи, предназначенному для ручного запуска; далее будет описан пример его реализации со ссылкой на фиг.1а и 1b. Мотопила 1, показанная на чертежах, включает электронную схему IС1 управления, назначение которой состоит в том, чтобы управлять зажиганием и впрыском топлива в двигателе 2 внутреннего сгорания мотопилы 1. Кнопка S1 остановки помещена на кожухе/крышке 6 мотопилы 1 и подключена через соединение 3 к электронной схеме IС1 управления. Если мотопила работает и при этом нажимают кнопку S1 остановки, то тем самым с помощью электронной схемы IС1 управления инициируют процедуру остановки в электронной системе зажигания, вследствие чего двигатель внутреннего сгорания 2 останавливается. Внешний контакт 5 соединен с кнопкой S1 остановки. Внешний контакт 5 также подключен к соединению 3, которым кнопка S1 соединена с электронной схемой IС1 управления, и, следовательно, они совместно используют соединение 3. Внешний компьютер 4 может быть связан с внешним контактом 5 для обмена данными между компьютером 4 и электронной схемой IС1 управления. Интерфейс 7 связи находится между компьютером 4 и внешним контактом 5. Упомянутый интерфейс 7 связи предназначен для согласования уровней сигналов блока А управления (см. фиг.2) в мотопиле 1 с традиционным коммуникационным протоколом RS-232, который понятен внешнему компьютеру.
Фиг.2 показывает соединение 3 между кнопкой S1 остановки и схемой IС1 управления более подробно (см. также фиг.1b). Под соединением 3, показанным на фиг.1b, надо понимать электронные компоненты, а также электрический кабель, которые соединяют выключатель S1 и схему IС1 управления. Блок А управления, показанный на фиг.2, содержит части соединения 3, показанного на фиг.1b, а также схему IС1 управления. Схема IС1 управления может быть, например, процессором, схемой ASIC (специализированная интегральная схема) или аналогичной и может формировать сигналы управления зажиганием и/или подачей топлива. Схема IС1 управления включает по меньшей мере один порт RX/TX (прием/передача), состояние которого может быть считано для определения состояния кнопки S1 остановки, причем порт RX/TX также выполнен с возможностью передачи и приема последовательных данных. Преимущественно, порт RX/TX может быть так называемого типа с открытым стоком, который отпирается только при уменьшении тока. Внутренний контакт 8 выполнен на внешней стороне блока А управления с помощью внутреннего соединения точек Р1 и Р2. Электрический кабель соединяет внутренний контакт 8 с кнопкой S1 остановки. Первая внутренняя точка подключения Р1 соединена с землей GND2, а вторая внутренняя точка подключения Р2 соединена с первой ножкой с2 выключателя S1. Вторая ножка с1 выключателя S1 соединена с землей GND1. Внешний контакт 5 расположен предпочтительно на кожухе/крышке 6 устройства, содержащего двигатель 2 внутреннего сгорания с системой зажигания согласно изобретению. Внешний контакт 5 соединен с кнопкой S1 остановки и внутренним контактом 8 через внешние точки подключения Р3 и Р4, причем первая внешняя точка подключения РЗ соединена с первой ножкой с2 выключателя S1, а вторая внешняя точка подключения Р4 соединена с землей GND2.
Фильтр В нижних частот, включающий первое сопротивление R2 и два конденсатора С1 и С2, расположен между внутренним контактом 8 и схемой IС1 управления. Фильтр В нижних частот действует, прежде всего, как защита против бросков напряжения и может быть сформирован из компонентов других типов, например из диодов для защиты от переходных процессов или из нелинейных резисторов. Третий конденсатор С3 расположен между входом Vcc схемы IС1 управления и входом GND заземления схемы IС1 управления. Диод D1 включен так, что может заряжать конденсатор С3 при подаче внешнего напряжения через Р2. Второе сопротивление R1 включено между питающим напряжением Vcc и сигнальным входом RX/TX. В предпочтительном варианте реализации, первое сопротивление R2=100 Ом, второе сопротивление R1=10 кОм, первый конденсатор С1=10 нФ, второй конденсатор С2=10 нФ, а диод D1 представляет собой обычный выпрямительный диод типа 1N4148.
Через внутреннюю точку подключения Р2 внутренний контакт 8 выполняет четыре функции:
1. Вход для кнопки S1 остановки. При нормальной работе, то есть когда двигатель работает, двигатель 2 обеспечивает питающее напряжение Vcc для блока А управления. С помощью сопротивления R1 создается небольшой нагрузочный ток, который обеспечивает считывание состояния кнопки S1 остановки через первую внутреннюю точку подключения Р2. Переключение кнопки S1 остановки может быть считано портом РХ/ТХ в схеме IС1 управления и инициирует процедуру остановки в схеме IС1 управления, вследствие чего схема IС1 управления передает соответствующие сигналы управления, чтобы остановить двигатель 2. Считывание состояния порта RX/TX может быть синхронизировано с возможной передачей (см. функцию 4) и приемом (см. функцию 3) данных в течение операции без нарушения функции кнопки S1 остановки. Фиг.4 показывает, как питающее напряжение Vcc при нормальном запуске двигателя в первый момент времени Т1 увеличивается до номинального значения и как сигнал порта RX/TX достигает логического нуля (сигнал инвертируется при передаче). В момент времени Т1 кнопку S1 остановки активизируют, и сигнал на порте RX/TX достигает нуля. Когда схема IС1 управления обнаруживает это состояние, она инициирует процедуру остановки.
2. Вход для внешнего питания. Когда внешнее питающее напряжение подключено через первую внутреннюю/внешнюю точку подключения Р2/Р3, заряд третьего конденсатора С3 будет осуществляться через первое сопротивление R2 и диод D1, а когда напряжение первой внутренней/внешней точки подключения Р2/Р3 будет равно нулю, схема IС1 управления получит питание от третьего конденсатора С3. Фиг.5 показывает, как питающее напряжение Vcc подают в третий момент времени Т3, вследствие чего сигнал порта RX/TX первоначально будет высоким благодаря первому сопротивлению R2.
3. Вход для поступающих данных от внешнего компьютера 4 через интерфейс 7 связи (см. также фиг.1а, 1b, 3). Интерфейс 7 связи может быть соединен с блоком управления через внутренний контакт 8 или внешний контакт 5 путем присоединения коммуникационного порта Р8 интерфейса 7 связи к первой внешней/внутренней точке подключения Р3/Р2 и присоединения сигнальной земли порта Р6 интерфейса 7 связи к другой внешней/внутренней точке подключения Р4/Р1. Уровень напряжения порта RX/TX представляет собой входной сигнал для последовательного интерфейса, интегрированного в схему IС1 управления. При прохождении сигнал инвертируется, то есть обычно сигнал RX/TX имеет высокий уровень напряжения. Передачу начинают посылкой логической единицы, кратковременно понижая напряжение в точке Р2/Р3 до нуля, вследствие чего этот импульс будет обнаружен портом RX/TX через фильтр нижних частот В. После этого предпочтительно следует серия логических единиц и нулей заданной длины, предпочтительно один байт. Пока напряжение в точке Р2/Р3 равно нулю, схема IС1 управления получает питание от третьего конденсатора С3. Другими словами, используемый протокол передачи должен ограничивать время такого состояния, чтобы питающее напряжение Vcc не падало ниже критического уровня, при котором может произойти несвоевременное отключение блока IС1 управления. Здесь также существует компромисс между желательным подавлением бросков напряжения, поступающих от первой внутренней/внешней точки подключения Р2/Р3, и скоростью передачи. Время Δt1 (см. фиг.5) обозначает время, которое необходимо, чтобы послать блок логических единиц и нулей, и которое зависит от времени передачи каждой логической единицы и каждого логического нуля, а также от того, сколько логических единиц и нулей посылают в каждом блоке. Время Δt2 (см. фиг.5) обозначает минимальное время между блоками.
Фиг.5 показывает как в моменты времени Т4 и Т5, соответственно, посылают символ из внешнего компьютера 4 в схему IС1 управления через интерфейс 7 связи и соединение 3 (см. также фиг.1а, 1b, 3). Диаграмма также показывает, как интерфейс 7 связи повторяет символы. То есть каждый символ, посланный внешним компьютером 4 и поступающий через приемный контакт Р10, RXD, будет отправлен обратно в компьютер через передающий контакт Р9, TXD, и будет также отправлен в порт RX/TX схемы IС1 управления (см. фиг.2). Выход операционного усилителя 1С2:А, контакт 1, представляет измерение тока, которое осуществляют в интерфейсе 7 связи посредством третьего сопротивления R3 и первого операционного усилителя 1С2:А.
4. Вывод данных, посылаемых из блока А управления во внешний компьютер 4 через интерфейс 7 связи (см. также фиг.1а, 1b, 3). Последовательные данные посылают путем активации выхода с открытым стоком порта RX/TX в схеме IС1 управления. Это состояние обнаруживает интерфейс 7 связи путем определения увеличенного потребления тока портом RX/TX с низким потенциалом и ограничивающим ток сопротивлением R2. Таким же способом, как при приеме данных (см. функцию 3), схема IС1 управления посылает заданное количество единиц и нулей, предпочтительно один байт.
Фиг.5 показывает в моменты времени Т6 и Т7, соответственно, как активация передачи из порта RX/TX блока IС1 управления приводит к увеличенному потреблению тока, измеренному на выходе операционного усилителя 1С2:А, контакт 1. Это увеличенное потребление тока обнаруживают с помощью компаратора, второго операционного усилителя IС2:В и направляют через передающий контакт Р9, TXD, во внешний компьютер 4.
Фиг.3 показывает пример построения интерфейса 7 связи для адаптации уровней сигналов, поступающих из блока А управления (см. фиг.2), к обычному интерфейсу RS-232. Таким образом, внешний компьютер 4 и интерфейс 7 связи могут использовать стандарт RS-232 для обмена данными между собой. Поскольку можно ожидать, что только немногие пользователи, например розничные продавцы оборудования, включающего малые двигатели внутреннего сгорания, будут нуждаться в таком блоке, требование низкой цены не является существенным. Интерфейс 7 связи связан с внешним источником напряжения, который обеспечивает напряжение V+ через контакты Р12 и Р13. Контакт 9 интерфейса связи соединен с внешним контактом 5 (см. фиг.2) путем соединения коммуникационного порта Р8 с первой внутренней/внешней точкой подключения Р2/Р3 и путем соединения сигнальной земли порта Р6 со второй внутренней/внешней точкой подключения Р1/Р4. Коммуникационный порт Р8 снабжен нагрузочным сопротивлением R3, которое гарантирует, что блок А управления получит питающее напряжение. Когда последовательные данные посылают из внешнего компьютера 4 через приемный контакт Р10, они проходят через схему IC3 сдвига уровней, которая представляет собой схему сдвига уровней между уровнями RS-232 и логическими уровнями, подходящими для блока IС1 управления, транзистор Q1 приходит в активное состояние и обеспечивает замыкание коммуникационного порта Р8 на землю (Р6). На коммуникационном порте Р8 напряжение, соответственно, чередуется между близким к нулю, когда транзистор открыт, и близким к напряжению V+, когда транзистор Q1 заперт.Во время запертого состояния транзистора Q1 накопительный конденсатор блока IС1 управления, третий конденсатор С3, соответственно будет получать заряд. Транзистором Q1 предпочтительно может быть дискретный полевой транзистор.
Когда последовательные данные посылают из блока IС1 управления во внешний компьютер 4, низкий уровень, то есть напряжение, близкое к нулю, порта RX/TX блока IС1 управления приведет к резкому увеличению тока потребления, измеренного на третьем сопротивлении R3, через четвертое, седьмое, пятое и шестое сопротивления R4, R7, R5, R6 и первый операционный усилитель 1С2:А, который образует здесь усилитель тока. Этот аналоговый токовый сигнал порта 1 первого операционного усилителя 1С:2А поступает к дискриминатору, сформированному восьмым, девятым и десятым сопротивлениями R8, R9, Р10, четвертым конденсатором С5 и вторым операционным усилителем 1С2:В, который здесь используется как компаратор. Соединение, образованное фильтром нижних частот R8, С5, предназначено для увеличения нечувствительности к абсолютному потреблению тока в блоке IС1 управления. Затем цифровой сигнал с выхода второго операционного усилителя 1С2:В порта 7 проходит через схему 1С3 сдвига уровней для преобразования к уровням сигналов стандарта RS-232 и проходит далее через передающий контакт Р9 во внешний компьютер 4.
При подключении интерфейса 7 связи (фиг.3) только два соединения имеются между интерфейсом 7 связи и блоком А управления (фиг.2). Одно из них соединяет землю GND2 корпуса блока управления через вторую точку подключения Р4/Р1 с сигнальной землей интерфейса 7 связи через сигнальную землю порта Р6. Другое передает коммуникационные сигналы между первой внешней/внутренней точкой подключения Р3/Р2 блока управления А и коммуникационным портом Р8 интерфейса 7 связи.
Изобретение не ограничено тем, что описано выше, но может быть изменено в пределах формулы. Очевидно, что помимо того, чтобы быть внешним модулем, который установлен между внешним обслуживающим компьютером и устройством, как описано выше, интерфейс 7 связи также может быть интегрирован в устройство или в компьютер. Следует заметить, что передача данных от устройства может быть или приспособлена к соответствующему стандарту, или внешний компьютер может быть настроен для обмена данными с блоком управления в устройстве на языке последнего. Также очевидно, что конкретная схема порта RX/TX в микросхеме IС1 может быть иной, например сигналы RX и ТХ могут проходить не через один и тот же физический порт в IС1. Нет необходимости в расположении кнопки остановки и внешнего контакта, связанного с кнопкой остановки, в одном и том же месте на кожухе устройства; они могут быть расположены на расстоянии друг от друга и связаны электрическими проводами. Кроме того, очевидно, что изобретение относится не только к мотопилам, но также к любой машине с внешней кнопкой остановки, связанной с блоком управления двигателем внутреннего сгорания такого типа, для которого не нужна пусковая батарея. Кроме того, очевидно, что коммуникационный протокол, используемый блоком управления, может быть необходимым образом адаптирован. Например, можно посылать больше или меньше 8 битов одновременно, в зависимости от реализации. Также возможно, чтобы батарея, которая не используется как пусковая батарея, была связана с блоком управления и обеспечивала блок управления энергией. Также очевидно, что под внешним компьютером следует понимать любое оборудование с возможностью обмена данными, подразумевая, соответственно, что это может быть электронное оборудование любого типа, приспособленное к такому обмену данными и не ограниченное обычным компьютером с процессором, системной платой и жестким диском.