Системы взаимодействия (коммуникации)
Last updated
Was this helpful?
Last updated
Was this helpful?
Многие устройства, использующие батареи, требуют взаимодействия батареи с остальной частью системы или внешним оборудованием. Такие батареи называются «умными батареями». Это может быть просто источник данных для оценки производительности, журналирования данных, диагностики или становки системных параметров, или может быть каналом коммуникации, передающим контрольные сигналы. Выбор протокола определяется не типом батареи а типом устройства, в котором он будет применяться.
Отдельно от протокола SMBus, который был разработан специально для батарей, многие коммуникационные интерфейсы и протоколы перечислены ниже и разработаны для общих целей.
Является стандартом последовательной передачи данных между двумя внешними устройствами с кабелем длинной до 15 м. Разделение передающей и пнинимающей линий обеспечивает полнодуплексное взаимодействие. Используются для передачи данных на скоростях до 20 кБ/с.
Является стандартом для последовательной передачи данных между множеством устройств с кабелем длинной до 1200 метров с максимально возможным количеством активных устройств, равным 32, при одновременном подключении к шине до 256 устройств. Обычно является полудуплексным и использует сбалансированную дифференциальную разность напряжений между парой для повышения устойчивости к шуму и не указывает или определяет протокол передачи данных. Подходит для передачи данных на скоростях от 100кБ/с до 10МБ/с в зависимости от длины кабеля.
Эта шина была разработана для низкоскоростной передачи данных и использовании для передачи между внутренними модулями, а не для внешних связей. Этот тип шины является двунаправленным, полудуплексным, двухпроводным и синхронным. Шина работает со скоростью до 3,4 МБ/с и хорошо подходит для связи ведущий-ведомый. Возможно подключение нескольких ведомых, но только ведущий может начинать передачу данных.
Обычно используется во внутреннем взаимодействии в системе, например, в системах управления батареями.
Примеры трёх систем шин приведены в разделе .
Стандарт USB был разработан для замены множества закрытых последовательных и параллельных способов передачи данных между компьютерами и периферийными устройства с топологией звезды. Он разрабатывался для обеспечения возможностей «горячего» подключения и автоматической настройки (plug-and-play). Стандарт предусматривает четырёхпроводное подключение с витой парой проводов для передачи дифференциального сигнала, крпуса и питания 5 В для внешнего устройства. Скорость передачи данных в первоначальной версии составляла 1,5 МБ/с, но увеличилась до 3 ГБ/с. Позволяет подключение до 127 устройств, включая концентраторы, которые могут обеспечивать шины. Длинна кабеля ограничена 5 метрами.
Ведущее устройство передаёт или принимает пакеты данных ко всем присоединённым устройствам, но каждое устройство имеет уникальный адрес, поэтому в действительности только одно устройство передаёт или принимает данные одновременно.
Индустриальные стандарты для бортовых систем соединений определяют шину передачи данных как «сеть контроллёров» (CAN). Изначально она была разработана в 1980-х компанией Bosch с целью уменьшения количества проводов, уменьшения размера и веса жгутов мультиплексированием сигналов в одну шину передачи данных. Этот тип шины является двухпроводной последовательной шиной, разработанной для объединения в сеть умных сенсоров и приводов в централизованную систему. В настоящее время он определяется стандартом ISO.
Шина обеспечивает питание напряжением 12 В или любым другим, которое обеспечивается устройством по одной питающей шине, а каждое устройство может быть подключено при необходимости. Такие функции, как управление температурой, тревога или определение позиций переключателей или контроль сенсоров, присоединённых к шине, может прямо передавать устройствам команды для обеспечения необходимого режима регулирования.
Доступны два варианта скоростей передачи данных. Высокоскоростной вариант (1 МБод) используется для устройств, требующих постоянного и точного контроля, например, для управления двигателем или контроля стабильности и скорости движения. Для простых переключений или контрольных функций, например, освещения, окон, зеркал или дисплеев используется низкая скорость (100 кБод).
Этот тип шины так же позволяет обеспечивать защищённую передачу сигналов в очень сложных условиях с высоким уровнем электрического шума, который часто встречается в автомобильных системах.
Протоколы взаимодействия разделяются по следующим признакам:
Методу адресации устройств, присоединённых к шине
Формату слова (сообщения)
Настройкам приоритета
Последовательности передачи
Контрольным сигналам
Контролю ошибок
Перехвату ошибок и коррекции
Скорости передачи данных
Данные сообщения, контрольные сигналы и коррекция ошибок содежится в пакетах данных равной длинны, которые передаются последовательно через канал передачи.
В связи с тем, что каждое устройств, соединённое с шиной, имеет собственный контроллер, каждое из них контролирует собственный выход, прерывания разрывают передачу данных, а подтверждения возобновляют её. Эти провалы могут быть обнаружены, что позволяет предпринять соотсветствующие меры.
Современные контроллеры шины CAN доступны от многих производителей электроники. Автомобили используют шину этого типа в качестве основного канала взаимодействия.
Шина LIN является другим стандартом автомобильной коммуникации, разработанная в 1998 году аналогично шине CAN.
Она является однопроводной локальной соединительной сетью, работающей на скорости до 20 кБод, используя распределённые мультиплексоры, стандарт которой основан на UART/SCI IC, позволяющий применять простые дешёвые интегральные решения. Эта система использует больше электроники чем шина CAN, но является более гибкой и использует меньше проводов.
Несмотря на то, что эта шина была задумана для автомобильного применения, её вопрощение не ограничивается только этим применением. Так же она может быть использована для комплексных устройств в домашнем хозяйстве, например, посудомоечных или стиральных машин.
Новый тип шины был разработан сравнительно недавно в качестве ответа на потребности в более комплексном контроле, например, управление двигателем, управление по проводу, торможение и другие режимы управления двигателем, существующие или планируемые для использования в автомобилях. Эта шина способна обеспечить защищённую от помех передачу данных на скорости до 10 МБ/с по каждому из двух каналов, доступных для синхронной и асинхронной передачи данных. Однако, цена передачи данных по этой шине в 20 раз выше, чем по шине CAN.
Вместо системы, основанной на реакции на события, как шина CAN, FlexRay основана на реакции на время, известной как временно разделённый множественный доступ, когда коммуникация организуется в повторяющихся предопределённых интервалах времени. Эта система позволяет высокоприоритетным сигналам быть гарантированно синхронно переданными в канале в предопределённых повторяющихся интервалах времени, пока низкоприоритетные сигналы, которым нет необходимости в постоянном контроле, могут передаваться асинхронно и только когда шина свободна.
Эта система позволяет осуществлять быстрый динамический ответ, в то время как на шине CAN могут работать только простые сенсоры и исполнительные устройства.
В батарейных системах USB применяется для контроля состояния батареи или установки режимов работы. Дополнительная информация представлена на странице .
Шина SMBus (шина системного управления) является двухпроводной последовательной шиной со скоростью передачи до 100 кГц, разработанная для использования в низкомощных системах управления батареями с ограниченным количеством целей взаимодействия с умной батареей, которые содержат микроконтроллеры, с подключёнными зарядными устройствами. Иногда эти шины используются в простых автомобильных устройствах, и не имеют всего диапазона возможностей для управления по шине CAN или LIN. Подробная информация приведена на странице .