用于小型内燃机的控制系统和外部计算机之间的通信的设备和方法 |
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| 申请号 | CN200680010733.7 | 申请日 | 2006-03-28 | 公开(公告)号 | CN101151449B | 公开(公告)日 | 2014-11-26 |
| 申请人 | SEM股份公司; | 发明人 | 约翰·奥尔森; | ||||
| 摘要 | 通过包含用于小型 内燃机 的点火以及在某种程度上用于小型内燃机的 燃料 注入的数字控制系统，为连接外部计算机创造了机会，以由此能够改变控制系统的特性以及能够从控制系统读取操作数据。所述操作数据可以是例如操作时间和短距离 里程计 。根据本 发明 的方法是指：建立组合的通信端口和停止入口，当具有相关联的瞬变保护的停止入口已经存在时，这将导致成本较低地实现所述通信 接口 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有内燃机的工具，所述工具(1)意欲用于手动启动而没有启动器电池，并且所述工具(1)包括用于控制内燃机(2)的电子控制电路(IC1)和用于停止所述内燃机(2)的停止按钮(S1)，连接(3)被布置在停止按钮(S1)和所述电子控制电路(IC1)之间，其特征在于：在停止按钮(S1)和控制电路(IC1)之间的所述连接(3)被布置为用于控制电路(IC1)和外部计算机(4)之间的数据通信。 |
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| 说明书全文 | 用于小型内燃机的控制系统和外部计算机之间的通信的设备和方法 技术领域[0001] 本发明涉及一种具有内燃机的工具，该工具意欲用于手动启动而没有启动器电池，并且该工具包括用于控制内燃机的电子控制电路和用于停止所述内燃机的停止按钮，在停止按钮和所述电子控制电路之间布置了连接(connection)。 背景技术[0002] 通过包含用于小型内燃机的点火以及在某种程度上用于小型内燃机的燃料注入的数字控制系统，为连接外部计算机创造了机会，以便由此能够改变控制系统的特性、以及能够从控制系统读取操作数据。然而，与外部计算机的通信的实现与很多限制相关，在所述限制中，低生产成本和高可靠性是最重要的限制。这种限制在使用当今的通信解决方案时产生了问题。 [0003] US 5210846公开了一种用于双向通信的单线(one-wire)总线。该双向单线总线的基本原理是好的，但是出于技术的原因，它在实践中不适用于内燃机。这是因为在此应用中，所述单线必须能够在通信期间传递用于给控制系统供电的电力，此外，接口必须包括对于电压瞬变(transient)的极为有效的保护，因为在点火系统的性质中，它包括不希望有的放电的风险。 发明内容[0005] 本发明涉及一种具有内燃机的工具，该工具意欲用于手动启动而没有启动器电池，并且该工具包括用于控制内燃机的电子控制电路和用于停止所述内燃机的停止按钮，在停止按钮和所述电子控制电路之间布置了连接，在停止按钮和控制电路之间的所述连接被适配为用于控制电路和外部计算机之间的通信。这提供了以下优点：由于所述连接被共享，因此可以减少元件的数量，由此可以通过使用存在于所有小型内燃机的控制系统上的外部导体(即，停止按钮入口)来减小生产成本。因此，物理入口已经存在，并且被提供有对于进入的电压瞬变的保护，这是有益的，因为在点火系统的性质中，它包括不希望有的放电的风险。 [0006] 根据本发明的其它方面： [0007] -停止按钮和控制电路之间的所述连接被布置为用于对所述电子控制电路的外部电压供应，并且优选地还用于对连接到所述连接的其它电子元件的外部电压供应，这提供了以下优点，即：当发动机不在运转时，也可以给点火系统的控制单元和其它元件供电。 [0008] -通过所述外部电压供应给电容器充电，并且所述电容器在经由所述连接的外部电压供应或者来自发动机的电压供应不存在时给电子控制电路供电，这提供了以下优点，即：在外部电压供应和来自发动机的电压供应不存在时，控制电路接收电压供应。 [0009] -连接到所述连接的外部接头被布置在所述工具的外壳处，这提供了以下优点，即：容易将数据通信电缆连接到所述工具。 [0010] -所述连接包括被布置在电子控制电路和停止按钮之间的低通滤波器，其具有充当对于电压瞬变的保护的优点。 [0011] -所述连接包括用于双向数据通信的单线总线。 [0012] -优选地采用单独单元的形式的通信接口被布置在所述连接和外部计算机之间，所述通信接口优选地将来自所述工具的单线通信转换到诸如RS-232的传统接口，这提供了以下优点，即：传统的计算机可以与所述控制单元通信。 [0013] 本发明还提供了一种用于电子控制电路和内燃机以及外部计算机之间的数据通信的方法，所述内燃机意欲用于手动启动而没有启动器电池，外部停止按钮被布置为与电子控制电路连接，所述电子控制电路用于控制所述内燃机，以及所述停止按钮用于停止所述内燃机，并且该连接被用于所述数据通信。 [0014] 根据本发明的其它方面： [0015] -停止按钮和电子控制电路之间的所述连接用于对电子控制电路和连接到所述连接的其它元件的电流供应。 [0016] -从外部计算机到电子控制电路进行所述数据通信。 [0017] -从控制电路到外部计算机进行所述数据通信。 [0018] -所述数据通信以串行方式进行。 [0020] 下面，将参照附图来更详细地描述本发明，在附图中： [0022] 图1b示意性地示出了经由外部接头和通信接口连接到外部计算机的、用于控制发动机的电子控制单元， [0024] 图3示出了用于外部计算机的通信接口的示例， [0025] 图4是在电源电压和RX/TX信号方面示出正常启动和停止的图，以及[0026] 图5示出了经由通信接口进行的控制系统的启动、以及到外部计算机的后续通信序列。 具体实施方式[0027] 本发明涉及一种包括内燃机2的工具，该工具具有电子点火系统而没有电池，并且意欲用于手动启动，下面，将参照图1a和图1b来描述实施例示例。在所述图中示出了电锯1，该电锯包括电子控制电路IC1，其目的是要控制电锯1的内燃机2的点火和燃料注入。停止按钮S1被布置在电锯1的外壳/盖6上，以便与电子控制电路IC1连接3。当电锯正在运转并且停止按钮S1被按下时，电子控制电路IC1在电子点火系统中启动停止过程，由此停止内燃机2。外部接头5被布置为与停止按钮S1相连接。外部接头5与S1连接到相同的连接3，连接到电子控制电路IC1，因此它们共享连接3。外部计算机4可以连接到外部接头5，以便在计算机4和电子控制电路IC1之间进行通信。通信接口7被布置在计算机4和外部接头5之间。所述通信接口7具有以下目的，即：使来自电锯1中的控制单元A(参见图2)的信号电平适应于可由外部计算机理解的传统RS-232通信协议。 [0028] 图2更详细地示出了停止按钮S1和控制电路IC1之间的连接3(也参见图1b)。图1b所示的连接3是指存在于开关S1和控制电路IC1之间的元件以及电缆。图2所示的控制单元A包括图1b所述的连接3的一部分以及控制 电路IC1的一部分。控制电路IC1可以例如是处理器、ASIC电路或者对应的元件，并且它处理用于点火和/或燃料控制的控制信号。控制电路IC1被提供有至少一个端口RX/TX，可以读取该端口的状态以便检测停止按钮S1，并且端口RX/TX还被配置为传送和接收串行数据。有利的是，端口RX/TX属于所谓的开漏(open drain)类型，仅允许电流的降低。通过内部连接点P1和P2将内部接头8布置在控制单元A的外面。电缆将内部接头8和停止按钮S1连接。第一内部连接点P1连接到地线GND2，第二内部连接点P2连接到开关S1的第一脚S1：C2。所述开关的第二脚S1： C1连接到地线GND1。外部接头5优选地被布置在根据本发明的包括具有点火系统的内燃机2的工具的外壳/盖6上。通过外部连接点P3和P4，外部接头5连接到停止按钮S1和内部接头8、连接到开关S1的第一脚S1：C2的第一外部连接点P3以及连接到地线GND2的第二外部连接点P4。 [0029] 包括第一电阻R2和两个电容器C1、C2的低通滤波器B被布置在内部接头8和控制电路IC1之间。低通滤波器B主要作为对于瞬变的保护，并且可以由诸如瞬变保护二极管或VDR电阻的其它类型的元件形成。第三电容器C3被布置在控制电路的Vcc入口(entry)IC1：Vcc和控制电路的接地入口IC1：GND之间。二极管D 1被布置为使得它能够通过经由P2的外部电压给电容器C3充电。第二电阻R1被布置在电源电压Vcc和信号RX/TX之间。在优选实施例示例中，第一电阻R2＝100Ω，第二电阻R1＝10kΩ，第一电容器C1＝10nF，第二电容器C2＝10nF，并且二极管D1是传统的整流二极管，例如1N4148。 [0030] 通过内部连接点P2，内部接头8具有4个功能： [0031] 1.用于停止按钮S1的入口。在正常操作期间，即，当发动机正在运转时，发动机2为控制单元A提供电源电压Vcc。通过电阻R1，由此形成微弱的上拉电流，其使得能够经由第一内部连接点P2读取停止按钮S1。停止按钮S1的切换通过控制电路IC1中的端口RX/TX而被读取，在控制电路IC1中启动停止过程，由此控制电路IC1传送适当的控制信号以便停止发动机2。在操作期间，可以使端口RX/TX的读取与可能的数据发送(参见第4项)和接收(参见第3项)同步，而不干扰停止按钮S1的功能。图4示出了关于在第一时间点T1处发动机的正常启动的电源电压Vcc如何增大到额定值、以及端口RX/TX处的信号如何达到逻辑0(所述传送被反相)。在时间点T1处，激活 停止按钮S1，并且端口RX/TX处的信号达到0。当控制电路IC1检测到此状态时，它启动停止过程。 [0032] 2.用于外部电源的入口。当经由第一内部/外部连接点P2/P3连接外部电源电压时，将经由第一电阻R2和二极管D1进行第三电容器C3的充电，并且当第一内部/外部连接点P2/P3的电压等于0时，控制电路IC1将从第三电容器C3接收电力。图5示出了在第三时间点T3处如何施加电源电压Vcc，由此通过第一电阻R2，端口RX/TX处的信号最初将为高。 [0033] 3.用于经由通信接口7(还参见图1a、1b、3)而从外部计算机4进入的数据的入口。通过将通信接口7的通信端口P8连接到第一外部/内部连接点P3/P2以及将通信接口7的信号接地端口P6连接到另一外部/内部连接点P4/P1，通信接口7可以经由内部接头 8或外部接头5而与控制单元A连接。端口RX/TX的电压电平构成被集成在控制电路IC1中的串行接口的输入信号。所述传送被反相，即，通常在RX/TX信号上存在高电压电平。通过将P2/P3处的电压简单地降低到0而发送逻辑数值1来开始所述传送，由此由端口RX/TX通过低通滤波器B来检测这一脉冲。随后，优选地跟随着预定长度(优选为1字节)的数值1和0的序列。当P2/P3处的电压是0时，控制电路IC1将从第三电容器C3接收电力。换言之，所使用的传送协议必须限制此状态的时间，使得电源电压Vcc不会降到导致控制单元IC1被不适当地影响的临界电平以下。这里，在对于从第一内部/外部连接点P2/P3进入的电压瞬变的期望抑制和传送速度之间也有一个折衷。时间Δt1(参见图5)表示发送数值1和0的块花费的时间，并且取决于为每个数值1和0划出(set off)多少时间、以及在每个块中发送多少数值1和0。时间Δt2(参见图5)表示每个块之间的最少时间。 [0034] 图5示出了分别在时间点T4和T5处如何经由通信接口7和连接3(也参见图1a、1b、3)将符号(sign)从外部计算机4发送到控制电路IC1。该图还示出了通信接口7如何反射(echo)符号。即，由外部计算机4发送的、经由接收引脚P10 RXD进入的每个符号将经由传送引脚P9 TXD而被反射回计算机，并且还将被发送到控制电路IC1(参见图2)的端口RX/TX。运算放大器IC2：A的输出口引脚1代表在通信接口7中经由第三电阻R3和第一运算放大器IC2：A进行的电流的测量。 [0035] 4.用于从控制单元A经由通信接口7(也参见图1a、1b、3)发送到外部 计算机4的数据的输出口。通过激活控制电路IC1中的端口RX/TX上的开漏输出口来发送串行数据。通信接口7通过检测以低电平运行的端口RX/TX和限流电阻R2的增大的电流消耗来检测这一状态。按照与接收数据时相同的方式(参见第3项)，控制电路IC1发送优选为1字节的预定量的数值1和0。 [0036] 图5通过在运算放大器IC2：A引脚1的输出口处的测量，示出了分别在时间点T6和T7处激活从控制单元IC1的端口RX/TX的传送如何导致增大的电流消耗。通过比较器连接，第二运算放大器IC2：B，来检测这一增大的电流消耗，并且经由传送引脚P9 TXD将这一增大的电流消耗发送给外部计算机4。 [0037] 图3示出了如何实现使来自控制单元A(参见图2)的信号电平适应于传统的RS-232的通信接口7的示例。由此，外部计算机4和通信接口7可以使用RS-232标准来在它们之间进行通信。由于可以预见只有诸如包含小型内燃机的设备的零售商的少数用户将需要这一单元，因此对于低成本的要求是不同的。通信接口7连接到经由接头P12和P13提供电压V+的外部电压源。通信接口接头9通过将通信端口P8连接到第一内部/外部连接点P2/P3以及通过将信号接地端口P6连接到第二内部/外部连接点P1/P4而连接到外部接头5(参见图2)。通信端口P8具有保证控制单元A接收到电源电压的上拉电阻，即第三电阻R3。当从外部计算机4经由接收引脚P10发送串行数据时，经过作为在RS-232电平之间的电平移动器的电平移动器IC3，并且对于适合于控制单元IC1的逻辑电平，激活晶体管Q1，这将通信端口P8短路到地(P6)。在通信端口P8处，电压将相应地在当所述晶体管工作时的接近于0和当晶体管Q1不工作时的接近于电压V+之间交替。在晶体管Q1不工作的时间期间，将相应地给控制单元IC1的储存电容器(即第三电容器C3)充电。晶体管Q1优选为数字FET晶体管。 [0038] 当将串行数据从控制单元IC1发送到外部计算机4时，控制单元IC1的端口RX/TX的低电平(即，接近0的电压)将导致电流消耗的突然增大，其中所述电路消耗是通过第三电阻R3、经由第四、第七、第五和第六电阻R4、R7、R5、R6以及在这里形成电流放大器的第一运算放大器IC2：A测量的。第一运算放大器IC2：A的端口1上的这一模拟电流信号继续进行到AC连接的鉴别器，所述鉴别器是由第八、第九和第十电阻R8、R9和R10、第四电容器C5和在这里被用作比较器的第二运算放大器IC2：B形成的。通过低通滤 波器R8、C5给定的AC连接具有以下目的，即：增大控制单元IC1中的绝对电流消耗的不灵敏度。然后，来自第二运算放大器IC2：B端口7的输出口的数字化信号将通过电平移动IC3以转换为RS-232信号电平，以便经由传送引脚P9继续进行到外部计算机4。 [0039] 当连接通信接口7(图3)时，只有两个连接器被连接在通信接口7和控制单元A(图2)之间。它们中的一个通过信号接地端口P6，将控制单元的底盘(chassis)地线GND2经由第二连接点P4/P1连接到通信接口7的信号地。另一个是控制单元A的第一内部/外部连接点P3/P2和通信接口7上的通信端口P8之间的通信信号。 [0040] 本发明不限于上述内容，而是可以在权利要求的范围内改变。所认识到的是：除了作为被插入在外部服务计算机和所述工具之间的外部单元以外，如上所述，通信接口7还可以被集成在所述工具或计算机中。也就是说，可以使来自所述工具的数据通信适应于适当的标准，或者外部计算机可以学习以所述工具中的控制单元的语言而与该控制单元通信。还认识到：例如可以通过不共享IC1上的相同物理端口的RX和TX信号来改变IC1上的端口RX/TX的精确设计。停止按钮和连接到该停止按钮的外部接头不需要位于所述工具外壳上的相同位置上，但是它们可以彼此相距一定距离而定位，并且被通过电缆连接。还认识到：本发明不限于电锯，而是具有连接到缺少启动器电池的所述类型的内燃机的控制单元的外部停止按钮的任何机器。此外，认识到：可以适当地修改由控制单元使用的通信协议。例如，可以想到根据实施例而一次发送超过8个比特或者少于8个比特。还可以想到：将不被作为启动器电池的电池连接到控制单元，以便向该控制单元供电。还清楚的是：外部计算机意味着具有经由数据通信进行通信的能力的设备，从而意味着它可以是被适配用于这种通信的某种电子设备，因此不限于具有处理器、主板和硬盘的传统计算机。 |
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