专利名称：用于电子装置的通信的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种系统，该系统能够允许在电子装置的多个功能模块之间进行通 信，不受连接至所述电子装置的电能电源的潜在故障事件的影响，以便避免对包括这些功 能模块的内部组件的损害。本发明还涉及一种在电子装置的多个功能模块之间进行通信的方法，该方法在连 接至所述电子装置的电能源出现故障的情况下避免对包括这些功能模块的内部组件的损害。
背景技术：
诸如例如冷却设备和家用电器之类的电子装置通常包括多个电/机电负载和传 感器，这些负载和传感器根据适宜的逻辑序列进行控制，以便该装置执行根据其设计说明 书的功能。监测、处理及控制由传感器捕获的量值以及各种负载的驱动通常由诸如微控制器 或微处理器之类的控制单元执行，所述控制单元根据每种装置的特定及具体特征被编程。通常，所述控制单元也应包含在主电子板中，该主电子板专门并特定地设计成用 其进行正确地操作。因此，需要高昂的费用和长久的时间来研发装置，更要注意该装置必须 在按标准建立的测试中被验证，所述标准由负责装置及用户安全的国家和/或国际机构确 定，这通常代表了在市场上推出产品的关键途径。另外，该装置的更高级版本或后代中所需的任何变化或功能改进，或者当其中增 加新的功能、传感器或负载时，将需要另外的时间和额外的费用来执行控制单元和/或主 电子板中所要求的变化。进一步地，该装置将必须由负责产品及用户安全的机构重新评估， 这又需要额外的费用，因为该装置将经受新的测试。另外，该装置的制造过程和调整/调谐 例程也将需要牵涉高费用的重大适应性改变。考虑到上面提到的问题，国际专利文献WO 2005/106359公开一种在电子装置中 使用的系统，该系统具有模块性和可扩展性能力，因为该系统包括借助于电源总线和通信 总线彼此并联的功能模块，使得额外的负载和传感器可包括在该系统中，而不需要以显著 方式变更主板或控制单元程序。因此，除了当增加负载或传感器时省掉提交该装置进行新 的安全测试之外，还可以减少与该装置的改进和功能变更有关的费用和研发时间/测试。然而，如果在文献WO 2005/106359描述的系统中出现任何意外的电气故障，诸如 例如不良接触或连续性中断，则该系统可能在其功能模块中造成电涌，从而可能永久性地 损害诸如控制单元、传感器和/或负载之类的重要系统组件，导致对装置的无法修复的损 害以及对用户的重大伤害。因此，还不知道一种如下系统该系统具有模块性和可扩展性能力并同时具有不 受可能发生在系统中的电气故障的影响的能力。
发明内容
因此，本发明的第一目的是提供一种系统以监测并控制多个传感器和电子装置负
4载，该系统具有模块性和可扩展性能力，并且也不受可能发生在系统中的电气故障(例如 电涌)影响。本发明的第二目的是提供一种不受可能发生的潜在电气故障(例如电涌)影响的 系统，该系统能够监测并控制多个传感器和电子装置负载，并且该系统也具有模块性和可 扩展性，以致于当该产品变更或改进时，省掉将该装置提交以进行新测试的需要，从而减少 时间、费用并显著地简化研发和验证该装置的过程，其中所述新测试按照由负责产品安全 的机构所确定的标准建立。本发明的第三目的是提供一种不受可能发生的潜在电气故障(例如电涌)影响的 系统，该系统能够监测并控制多个传感器和电子装置负载，并且该系统也准许(允许)以 简易方式连接至外部信息网络，以致于使得能够提供关于系统功能模块的操作状态的信息 (例如，诊断信息)至外部网络，以及使得能够通过外部网络部分地或完全地控制操作逻辑。本发明的第四目的是提供一种不受可能发生的潜在电气故障(例如电涌)影响的 系统，该系统能够监测并控制多个传感器和电子装置负载，并且该系统也准许以简易方式 增加传感器和负载或者进行功能性修改，以便准许产品以相对减少的费用迅速发展。本发明的第五目的是提供一种电子装置的多个功能模块彼此通信的方法，该方法 在所述电子装置所连接的电能源中出现故障(例如电涌)的情况下防止损害包括这些功能 模块的内部组件。本发明的第一、第二、第三和/或第四目的通过提供一种用于电子装置的通信系 统来实现，该通信系统包括-功能模块，至少一个功能模块具有处理单元，至少一个功能模块具有可由该处理 单元控制的装置；-至少一个电能电源(源)，被布置成以预定频率向功能模块提供交流电压；-至少一个电源总线，被布置成将电能电源与功能模块电关联；-至少一个通信总线，被布置成将功能模块在操作上彼此并行地关联；以及-频率滤波器，置于电能电源和功能模块之间，频率滤波器能够准许(允许)仅仅 大于电能电源电压频率的电子信号频率分量的通过，处理单元被布置成提供至少一个通信信号至通信总线，通信信号能够准许功能模 块彼此的操作交互，通信信号包括多组高频脉冲，所述高频脉冲被布置成以预定重复频率 重复，所述重复频率实质上大于电能电源所提供的电压频率，每组高频脉冲被布置成形成 (成形)对应于通信协议的至少一位(bit)的信息脉冲。因此，本发明的系统可扩展、减少以及变更所驱动的负载的数目以及所安装的传 感器的数目和程序(软件)的工作方式，而不需要执行新的项目和/或对产品或装置的原 始设计实施重大变化。所述系统还实现如下接口种类的功能模块的连接所述接口种类能 够允许所述装置与外部网络——诸如例如互联网——交互以用于监测、维护和控制。这些 特征使得本发明成为具有重要优点的解决方案，所述重要优点诸如是当推出同一产品的 新模型和更高级版本时在时间和费用上的相当明显的降低，因为这些新模型和更高级版本 不必进行与安全性和可靠性需求有关的新的合格性测试。本发明的第五目的通过一种用于电子装置的通信的方法来实现，该电子装置配备有功能模块，所述功能模块借助于单个电源总线彼此电关联，所述电源总线电能电源电关 联，所述电能电源被布置成以预定频率向功能模块提供交流电压，该方法特征在于包括下 列步骤i)借助于单个通信总线使功能模块在操作上彼此关联；ii)提供多个高频脉冲至通信总线，所述通信总线以预定重复频率重复，所述重复 频率实质上大于电能电源的电压频率；iii)将步骤ii中提供的高频脉冲布置成组以形成(成形)多个信息脉冲；iv)将步骤iii中形成的信息脉冲布置成组以形成(成形)通信信号；以及ν)过滤通信信号的如下频率分量的通过所述频率分量小于或等于电能电源的 电压频率。
现在将基于附图对本发明进行更详细地描述图1示出用于本发明电子装置的通信系统的框图；图2示出用于本发明电子装置的通信系统的简化电气方案；图3示出在由图1和2所示出的系统包含的功能模块之间的通信信号图，突显其 高频脉冲；以及图4示出在由图1和2所示出的系统包含的功能模块之间的通信信号图，只突显 由图3所示出的高频脉冲形成的包络。
具体实施例方式在图1中示意性地示出本发明的对象——用于电子装置(设备或器具)的通信系 统。所述系统包括多个功能模块1，2，3，4，其中至少一个功能模块1，2，3，4具有处理 单元5。此外，至少一个功能模块1，2，3，4具有可控制装置6，7，该可控制装置包括配备有预 定阻抗的传感器6或负载7。处理单元5优选包括能够控制至少一个可控制装置6，7的可 编程的微控制器或微处理器，该微控制器或微处理器可置于任一功能模块1，2，3，4中。优 选地，该系统包括多个处理单元5和可控制装置6，7。此外，该系统还包括电能电源(源)8，其被布置来以预定频率向功能模块1，2，3，4 提供交流电压。根据电子设备的安装位置，该电源电压的信号频率通常在50Hz和60Hz之 间变化。明显地，根据该设备的本地安装条件和应用，可以使用这个数量级的其它频率值。功能模块1，2，3，4借助于至少一个电源总线9，10彼此电关联，该电源总线9，10 又被布置成将电能电源8与功能模块1，2，3，4电关联。因而，电源总线9，10负责将电能电 源8的电流传导至功能模块1,2,3,4.电源总线9，10包括相导线(phase conductor) 9和 基准导线(reference conductor) IO0优选地，该系统包括单个电源总线9，10，以便除了简 化和便利额外的功能模块(可扩展性)的实施之外，减少费用并优化该单个电源总线的性 能。此外，功能模块1，2，3，4借助于所布置的通信总线11，10也在操作上彼此关联，以 便准许功能模块1，2，3，4彼此并行关联。通信总线11，10包括数据导线11和基准导线10。优选地，该系统包括单个通信总线11，10，这也是为了除简化及便利额外的功能模块(可扩 展性)的实施之外，减少费用并优化该单个通信总线的性能。因此，当需要对该系统实施负载或额外的传感器时，将仅仅需要将负载种类或传 感器种类的装置连接至电源总线9，10和通信总线11，10，并提供用合适的参数和指令来控 制系统行为的程序，使得对于系统来说这些额外的组件可适当地并以整合的方式操作。在这种意义下，具有不同复杂度、不同的负载及传感器数目的装置/系统可通过 在本发明中提出的解决方案来控制，而不需要新的特定电子控制设计。重要的是注意，基准导线10由电源总线9，10和通信总线11，10共享。在图1所示的本发明的优选实施例中，电子设备包括四个功能模块1，2，3，4，即-主功能模块1，其包括该系统的中央监测及控制单元。该主功能模块1能够周期 性地用信号通知信息包被施加到通信总线11，10上的瞬时，以便指示哪个功能模块2，3，4 应执行操作或传输数据至另一功能模块1，2，3，4。通过处理单元5的操作使所述功能成为 可能；-功能致动模块2，其具有至少一个负载7，该负载7可包括通风设备、灯、电阻、机 电致动器等。优选地，功能致动模块2还配备有处理单元5 ；_功能测量模块3，其具有至少一个传感器6，该传感器6可包括温度计、压力计、振 动或声压计、接近传感器等。优选地，功能测量模块3还配备有处理单元5 ；以及-功能接口模块4，其被布置成准许在该电子设备和至少一个监测和/或外部控制 装置之间进行操作交互，以便使得能够与外部设备进行局部连接或借助于互联网、红外、蓝 牙、Zigbee, wi-fi或移动电话网络进行远程连接以用于工作维护/测试和/或远程控制。因此，主功能模块1通过适当的电压信号周期性地指示——这将在后面详细地解 释——另一功能模块2，3，4应执行确定操作的瞬时，诸如例如电能应从电源总线9，10流至 负载7的瞬时，或者功能测量模块3应告知正在传感器6中测量的量值的瞬时或者功能接 口模块4应请求信息或经由通信总线11，10提供来自其它外部设备的信息的瞬时。如可在图2中所注意的那样，该系统还包括频率滤波器12，该频率滤波器12被置 于电能电源8和功能模块1，2，3，4之间，能够准许仅仅具有实质上大于电能电源8的电压 频率的频率的电信号分量的通过。因此，频率滤波器12具有间接保护功能模块1，2，3，4及 其组件和内部元件——诸如例如可控制装置6，7——抵御可能发生在电源总线9，10中的 电涌的功能。根据本发明的优选实施例，频率滤波器12包括去耦合电容，该去耦合电容具 有特定值，该特定值能够准许仅仅具有大于电能电源8的电压频率的频率的电信号成分的 通过。频率滤波器12与电阻16相关联，该电阻16被定标为限制电路的电流，这避免损害 每个功能模块1，2，3，4的组件和内部元件。因而，功能模块1，2，3，4之间的通信应通过频率滤波器12 (去耦合电容)，该频率 滤波器12被适当地定标为准许将这样的高电平作为来自电能电源8的电压峰值(电涌) 来隔离。因此，在与电源总线9，10的连接中出现故障的情况下，功能模块1，2，3，4的元件 和组件将不会被电涌损害，因为循环通过滤波器12的电流将相对低，这避免了对功能模块 1，2，3，4的任意种类的损害。所述损害会出现在连结至数据导线11的电路中，因为在相导 线9中断的情况下，由于通过所连接的负载7或传感器6任意之一的电流传导，基准导线10 与数据导线11之间的电平(通常达到大约5伏特)会被迫提高至接近或等于由电能电源8所供应的值。关于功能模块1，2，3，4之间的通信方式，通过对处理单元5的编程将处理单元5 布置成提供至少一个通信信号13至通信总线11，10，以便准许功能模块1，2，3，4彼此操作 交互。更具体地，处理单元5配备有数据输出终端19，该数据输出终端19被布置成将通信 信号13发送至其它功能模块1，2，3，4。此外，处理单元5配备有数据输入终端20，该数据 输入终端20被布置成从其它功能模块1，2，3，4接收通信信号13。如在图3中所见那样，通信信号13包括多组高频脉冲14，这些高频脉冲14被布置 成以预定重复频率重复，该预定重复频率应实质上大于由电源提供的电压频率，也就是说， 高频脉冲14的重复频率的值应包括实质上大于60Hz、优选大约为kHz到MHz的值。每组高频脉冲14被布置成形成(成形)信息脉冲15，该信息脉冲15对应于预先 建立的通信协议的至少一位，也就是说，信息脉冲15有效地包括确定的功能模块1，2，3，4 发送至另一功能模块1，2，3，4的数据(位)。重要的是注意，该组信息位形成遵守先前提到 的通信协议的信息包。在图3中，信息脉冲15由虚线曲线构成，该虚线曲线在外部包围由图上的连续线 曲线所表示的高频脉冲14。图4示出信息脉冲15的示例，所述信息脉冲15遵守由处理单 元5所执行的程序建立的预定的特定通信协议。因而，形成信息包的信息脉冲15由施加在数据导线11与基准导线10之间的电压 调制形成。该调制由足够高频率中的最大和最小级别之间的电压变化组成，以允许从形成 信息包的数字脉冲(电压包络)进行清楚地区别。因此，在至少两个功能模块1，2，3，4之间的交互允许在它们之间的交换或双向数 字信息流，这借助于顺序的电压包络(信息脉冲15)来进行，其中所述电压包络包括通过由 处理单元5执行的程序(软件)来控制的高频脉冲14。关于硬件，按照图2，为了准许形成电压包络，功能模块1，2，3，4具有彼此关联的 电容21和电阻22以支持通信信号13。此外，功能模块1，2，3，4还配备有一组整流二极管 23，24，该组整流二极管23，24能够准许将通信信号13提供至数据输入终端20。同样在图2中所见，功能模块1，2，3，4包括连续电压源18，该连续电压源18能够 对该功能模块1，2，3，4的组件和内部元件电力供电。该连续电压源18又可由通信信号本 身13的经整流电信号和/或来自电能电源8的交流电源电压供电。因此，由本发明揭示的系统的硬件-软件组合准许通信信号13的形成以及功能模 块1，2，3，4彼此之间的操作交互。由上述系统执行的通信方法也是本发明的保护对象并包括下列步骤i)经由单个通信总线11，10将功能模块1，2，3，4彼此在操作上关联；ii)向通信总线11，10提供以预定重复频率重复的高频脉冲14，该重复频率实质 上大于电能电源8的电压频率；iii)将步骤ii中提供的高频脉冲14布置成组以形成多个信息脉冲15 ；iv)将步骤iii中形成的信息脉冲15布置成组以形成通信信号13 ；以及ν)对通信信号13的低于或等于电能电源8的电压频率的频率分量的通过进行过滤。
重要的是强调，在传统的通信系统和方法中，电压脉冲由电压包络本身(信息脉冲15)组成，也就是说，电压包络不包括布置成以高频进行重复的高频脉冲，使得每个电压 脉冲表示用户希望传送的位本身(信息)。因此，在传统的通信系统中，不可能实施频率滤 波器，因为频率滤波器会过滤信息数据(位)，这是明显不期望的。例如，考虑包括多个功能模块的传统通信系统，如果在电源总线的相导线中有接 触故障或连续性损失，则高压(例如IlOV或220V)将出现在仍连接至电源的所有功能模块 中的相导线9和基准导线10之间，由于该系统不具有抗扰性能力，因此这可损害该系统的 组件和内部元件。相反，本发明的系统的重要特征是该系统由于频率滤波器12的出现而不受电源 总线中的任何安装故障和接触缺陷的影响，该频率滤波器12可适当地实施在该系统中而 不危及该系统的正确工作，因为功能模块1，2，3，4之间的通信(信息流)如前所述那样借 助于高频脉冲进行。因此，本发明除了使得能够通过本地和/或远程设备进行监测/外部控制之外，还 以前所未有的方式在提供其模块性和可扩展性能力的同时提供抗扰性特征。已描述了示例性的优选实施例，应理解本发明的范围囊括其它可能的变体，仅由 所附的权利要求书的内容限定，潜在等价物包括于其中。
权利要求
一种用于电子装置的通信系统，该系统特征在于包括 功能模块(1，2，3，4)，至少一个功能模块(1，2，3，4)具有处理单元(5)，至少一个功能模块(1，2，3，4)具有能够由处理单元(5)控制的装置(6，7)； 至少一个电能电源(8)，被布置成以预定频率向功能模块(1，2，3，4)提供交流电压； 至少一个电源总线(9，10)，被布置成使电能电源(8)与功能模块(1，2，3，4)电关联； 至少一个通信总线(11，10)，被布置成使功能模块(1，2，3，4)在操作上彼此并行关联；以及 频率滤波器(12)，被置于所述电能电源和功能模块(1，2，3，4)之间，该频率滤波器(12)能够准许仅仅大于电能电源电压频率的电信号频率分量的通过，处理单元(5)被布置成提供至少一个通信信号(13)至通信总线(11，10)，所述通信信号(13)能够准许功能模块(1，2，3，4)之间的操作交互，所述通信信号(13)包括多组高频脉冲(14)，所述高频脉冲(14)被布置成以预定重复频率重复，所述重复频率实质上大于由所述电能电源提供的电压频率，每组高频脉冲(14)被布置成形成对应于通信协议的至少一位的信息脉冲(15)。
2.根据权利要求1的系统，特征在于，所述能够由处理单元(5)控制的装置(6，7)包括 传感器(6)或负载(7)。
3.根据任一前述权利要求的系统，特征在于，包括被布置成使电能电源(8)与功能模 块(1,2,3,4)电关联的单个电源总线(9，10)。
4.根据任一前述权利要求的系统，特征在于，包括被布置成使功能模块(1，2，3，4)彼 此在操作上关联的单个通信总线(11，10)。
5.根据任一前述权利要求的系统，特征在于，所述频率滤波器(12)包括去耦合电容， 所述去耦合电容具有特定值，该特定值能够准许仅仅具有大于电能电源电压频率的频率的 电信号分量的通过。
6.根据任一前述权利要求的系统，特征在于，所述功能模块(1，2，3，4)包括功能接口 模块(4)，所述功能接口模块(4)被布置成准许在所述电子装置与至少一个监测和/或外部 控制装置之间进行操作交互。
7.根据任一前述权利要求的系统，特征在于，所述功能模块(1，2，3，4)包括连续电压 源(18)，所述连续电压源(18)能够向所述功能模块(1，2，3，4)的组件和内部元件电力供 电，所述连续电压源(18)由所述通信信号本身(13)的经整流电信号和/或来自电能电源 (8)的交流电压供电。
8.一种用于电子装置的通信方法，所述电子装置配备有功能模块(1，2，3，4)，所述功 能模块借助单个电源总线(9，10)彼此电关联，所述电源总线(9，10)与电能电源⑶电关 联，所述电能电源(8)被布置成以预定频率提供交流电压至功能模块(1，2，3，4)，所述方法 特征在于包括以下步骤i)经由单个通信总线(11，10)使功能模块(1，2，3，4)彼此在操作上关联； )提供多个高频脉冲(14)至通信总线(11，10)，所述高频脉冲(14)以预定重复频率 重复，所述重复频率实质上大于所述电能电源电压的频率；iii)将步骤ii中提供的高频脉冲(14)布置成组以形成多个信息脉冲(15)；iv)将步骤iii中形成的信息脉冲(15)布置成组以形成通信信号(13)；以及2ν)过滤通信信号(13)的如下频率分量的通过所述频率分量低于或等于所述电能电 源的电压频率。
全文摘要
本发明涉及用于电子装置的通信的系统和方法。本发明涉及一种通信系统，应用于电子装置，该系统不受连接至电子装置的电能电源中潜在发生的故障影响。该系统包括功能模块，至少一个功能模块具有处理单元并且至少一个功能模块具有可由处理单元控制的装置。功能模块由电能电源提供的预定频率的交流电压电力供力。功能模块分别借助于电源总线和通信总线电力地并在操作上彼此并行关联。处理单元布置成提供至少一个通信信号至通信总线，通讯信号能够通过多组高频脉冲允许功能模块之间的操作交互，多组高频脉冲布置成以实质上大于电能电源提供的电压频率的预定重复频率重复，并且每组高频脉冲布置成形成对应于通讯协议的至少一位的信息脉冲。
文档编号H04L12/40GK101895452SQ201010225749
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月14日 优先权日2009年5月15日
发明者M·G·施沃茨 申请人:惠而浦股份公司