CN207896980U - 通信结构及通信系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种通信结构及通信系统。其中，通信结构包括主控单元、多个分别对应通信节点的从控单元以及CAN总线；其中，主控单元包括单片机、CAN收发器、第一功能芯片；从控单元包括第二功能芯片，并预留焊接CAN收发器和单片机的位置；其中第一功能芯片和第二功能芯片均支持菊花链拓扑结构；主控单元与各个从控单元之间的通信方式适于根据需求在采用菊花链拓扑结构进行通信或采用CAN总线进行通信之间切换。本技术方案提供的是一种柔性化可灵活在两种通信方式之间切换的通信结构。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信拓扑结构及通信协议技术领域，尤其涉及一种通信结构及通信系统。
背景技术
目前菊花链(Daisy-Chain)通讯是一个常用的多设备连接通讯拓扑结构。
如图1所示的是现有的一种菊花链连接结构的示意图。在图1中，通过单片机向支持菊花链的功能性芯片发出指令，该采集指令以信号的形式通过菊花链拓扑结构向下传递。在实际应用中，单片机可以通过与支持菊花链的功能性芯片配对的隔离芯片两线通讯信号RDTX+和RDTX-向下传递信号。单片机发送的信息和指令通过这样的菊花链结构从第1个节点向下传递，直到最后1个节点收到指令为止。
例如，在电池管理系统(Battery Management System，BMS)中，通过这样的菊花链(Daisy-Chain)结构BMS中的BMU(Battery Management Unit，电池管理单元)可以实现同时对所有单体管理单元(Cell Management Unit，CMU)节点发送指令(例如，电压测量和读取电压)，也可以对某一个节点发送指令，对该节点单独进行操作。这样的菊花链(Daisy-Chain)网络拓扑结构成本低，且能同时实现多个节点通讯，在汽车电子领域内是一个十分常用的拓扑结构，许多芯片都支持菊花链(Daisy-Chain)结构。
现有普通菊花链结构往往通过双绞线相连的方式将相邻的节点连接起来，构成一个长长的“队列”结构，这样的结构有一个明显缺点，就是从第一个节点传过来信号通过菊花链(Daisy-Chain)传递向下一个节点，会存在一定的信号衰减，这样信号继续向下一个传递后，衰减的现象会越来越明显，最后一个节点收到信号必然是衰减最为严重的，由于这个原因菊花链结构所能支持的最大节点数往往比较低，而BMS根据实际需求往往需要比较多的CMU节点数，因此这样一个菊花链的结构由于其信号衰减的特性往往不能直接应用到BMS中，要解决这个问题，需要针对菊花链信号衰减的特性进行改进。
实用新型内容
本实用新型就是针对上述问题，提供了一种通信结构，包括：主控单元、多个分别对应通信节点的从控单元以及CAN总线；其中，
所述主控单元包括：单片机、CAN收发器、第一功能芯片；
所述从控单元包括：第二功能芯片，并预留焊接CAN收发器和单片机的位置；其中，所述第一功能芯片和第二功能芯片均支持菊花链拓扑结构；
所述主控单元与各个从控单元之间的通信方式适于根据需求在采用菊花链拓扑结构进行通信或CAN总线进行通信之间切换。
可选的，所述适于根据需求在采用菊花链拓扑结构进行通信或CAN总线进行通信之间切换包括：
所述主控单元与各个从控单元之间的通信方式由每个通信节点的信号衰减是否在信号传输准确性要求范围内来确定；
若通信节点的信号衰减在信号传输准确性要求范围内，所述主控单元与该通信节点对应的从控单元采用菊花链拓扑结构进行通信；若通信节点的信号衰减超出信号传输准确性要求范围，所述主控单元与该通信节点对应的从控单元采用CAN总线进行通信。
可选的，所述主控单元还包括第一变压器、每个从控单元还包括第二变压器和接插件；每个所述从控单元的第二变压器与接插件之间具有通道选择开关；其中，所述接插件是供菊花链拓扑结构的接口与CAN总线的接口复用的接插件；
若所述主控单元与从控单元采用菊花链拓扑结构进行通信，则该从控单元中的通道选择开关闭合，
若所述主控单元与从控单元采用CAN总线进行通信，则该从控单元中的通道选择开关断开，且在该从控单元中预留焊接CAN收发器和单片机的位置上焊接上CAN收发器和单片机。
可选的，若通信节点的信号衰减超出信号传输准确性要求范围，所述主控单元与该通信节点对应的从控单元采用CAN总线进行通信的情况下，若该通信节点是首次出现信号衰减超出信号传输准确性要求范围，且该通信节点的下一个通信节点相比于该通信节点的信号衰减在信号传输准确性要求范围内，则该通信节点对应的从控单元与该通信节点的下一个通信节点对应的从控单元采用菊花链拓扑结构进行通信。
可选的，该通信节点的下一个通信节点对应的从控单元与所述主控单元之间是由首次出现信号衰减的该通信节点对应的从控单元采用CAN总线进行通信。
可选的，若该通信节点的下一个通信节点相比于该通信节点的信号衰减超出信号传输准确性要求范围，则该通信节点的下一个通信节点对应的从控单元与主控单元之间采用CAN总线进行通信。
可选的，若通信节点的信号衰减超出信号传输准确性要求范围，所述主控单元与该通信节点对应的从控单元采用CAN总线进行通信的情况下；该通信节点的后续各个通信节点对应的从控单元与主控单元之间的通信方式适于根据需求在采用菊花链拓扑结构进行通信或CAN总线进行通信之间切换。
可选的，所述主控单元为电池管理单元、所述从控单元为单体管理单元。
本实用新型实施例还提供了一种通信系统，包括上述通信结构。
本实用新型实施例还提供了一种通信方法，该通信方法基于上述通信结构，所述通信方法包括如下步骤：
根据需求确定所述主控单元与各个从控单元之间的通信方式在采用菊花链拓扑结构进行通信或CAN总线进行通信之间切换。
与现有技术相比，本实用新型技术方案至少具有以下有益效果：
本实用新型实施例提供的通信结构中，主控单元中包括单片机、CAN收发器和支持菊花链拓扑结构的功能芯片；而在各个通信节点对应的从控单元中包括支持菊花链拓扑结构的功能芯片，并且预留了焊接CAN收发器和单片机的位置。这样保证了主控单元与从控单元之间采用CAN总线通信或菊花链拓扑结构通信这两种通信方式都能用一套电路板来实现，不需要额外设计两种不同的电路板，从而节省硬件成本，当从控单元需要通过CAN总线与主控单元通信时，再将单片机和CAN收发器焊接到电路中。
主控单元和从控单元中均设有变压器(在通讯时起到隔离作用)且每个从控单元中的变压器与接插件之间还设有通道选择开关，通过控制通道选择开关的状态切换(断开或闭合)以实现主控单元与从控单元之间采用不同的通信方式进行信号传输，使得CAN总线通信或菊花链拓扑结构通信之间的切换比较灵活。进一步，CAN总线接口和菊花链通讯接口(菊花链拓扑结构各个节点的接口)是复用接插件，通过通道选择开关来切换CAN总线接口与菊花链通讯接口。
上述实施例采用的是1个菊花链拓扑结构和剩余通信节点采用CAN总线通信方式来实现主控和从控单元之间的通信。但由于菊花链拓扑结构成本低，因此还可以再次将剩余通信节点组成第2个菊花链拓扑结构，而菊花链拓扑结构内的所有通信节点的通讯均由具有单片机和CAN收发器的从控单元(即首次出现信号衰减的该通信节点对应的从控单元)来完成，并通过CAN总线通信方式将所有采样数据发送给主控单元，从而使通信结构变成菊花链拓扑结构和CAN总线通信交错的结构，进一步减少通信系统成本。
附图说明
图1是现有的一种菊花链连接结构的示意图；
图2是本实用新型实施例的一种通信结构的具体实施例的示意图；
图3是本实用新型实施例的一种通信结构的另一个具体实施例的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
如图2所示的是本实用新型实施例的一种通信结构的示意图。
参考图2，所述通信结构包括主控单元11、分别对应通信节点的从控单元(如图中所示的从控单元21、22、......、2N、2N+1、2N+2)以及CAN总线31。
具体地，所述主控单元11包括单片机111、CAN收发器112、第一功能芯片113以及第一变压器114。所述第一变压器114在通讯时起到隔离作用。对应通信节点的各个从控单元(例如从控单元21)包括第二功能芯片211和第二变压器212，并预留焊接CAN收发器和单片机的位置。其中，所述第一功能芯片113和第二功能芯片211均支持菊花链拓扑结构。
主控单元11通过单片机111向第一功能芯片发送采集指令(例如采集电池组电压数据的指令)。该采集指令以信号的形式通过菊花链拓扑结构从第一个通信节点(对应的从控单元21)往下传递。
与现有技术不同，所述主控单元与各个从控单元之间的通信方式适于根据需求在采用菊花链拓扑结构进行通信或CAN总线进行通信之间切换。而且在各个从控单元中，CAN总线接口和菊花链通讯接口(菊花链拓扑结构各个节点的接口)是复用同一个接插件，通过通道选择开关来切换CAN总线接口与菊花链通讯接口。
在一个优选实施例中，可以根据每个通信节点的信号衰减情况来确定如何在不同的通信方式之间切换。
具体地，若该通信节点的信号衰减在信号传输准确性要求范围内，所述主控单元11与该通信节点对应的从控单元采用菊花链拓扑结构进行通信；若通信节点的信号衰减超出信号传输准确性要求范围，所述主控单元11与该通信节点对应的从控单元采用CAN总线进行通信。
每个从控单元的第二变压器与接插件之间具有通道选择开关，通过控制通道选择开关的闭合/断开可以灵活切换主控单元与从控单元之间的通信方式，其中，所述接插件是供菊花链拓扑结构的接口与CAN总线的接口复用的接插件。
具体地，若所述主控单元11与从控单元采用菊花链拓扑结构进行通信，则该从控单元中的通道选择开关闭合，接插件两个接口为菊花链通讯接口，保证信号从上一个通信节点流入，经过自身处理后流出到下一个通信节点。
若所述主控单元11与从控单元采用CAN总线31进行通信，则该从控单元中的通道选择开关断开，且在该从控单元中预留焊接CAN收发器和单片机的位置上焊接上CAN收发器和单片机。在这种情形下，从控单元通过单片机控制信号采集，接插件原来输入菊花链信号的两个接口，因为通道选择开关的切换，接插件这两个接口此时输出CANH和CANL信号，采集的数据值通过CAN总线传递给所述主控单元11。
在实际应用中，并不限于根据每个通信节点的信号衰减情况来确定如何在不同的通信方式之间切换。用户可以根据不同的需求利用本实用新型提供的通信结构灵活切换菊花链拓扑结构通信或CAN总线通信。
如图2所示的通信结构中，N个通信节点的菊花链拓扑结构和其余通信节点的CAN总线结构，N个通信节点内信号的衰减都在准确性要求范围之内。N的取值往往在不同情况会有不同，因为不同功能芯片对信号处理造成的影响不同，不同长度、材料、结构的菊花链通信线，对于信号衰减影响也不同，而且不同的功能芯片的准确度要求也不一样，这些都会对通信要求产生较大的影响。
在其他实施例中，若首次通信节点的信号衰减超出信号传输准确性要求范围，所述主控单元与该通信节点对应的从控单元采用CAN总线进行通信的情况下；该通信节点的后续各个通信节点对应的从控单元与主控单元之间的通信方式也可以根据需求在采用菊花链拓扑结构进行通信或采用CAN总线进行通信之间切换。
由于菊花链拓扑结构成本低，因此，对于首次出现信号衰减超出信号传输准确性要求范围的通信节点的后续各个通信节点，若该通信节点的下一个通信节点相比于该通信节点的信号衰减在信号传输准确性要求范围内，则该通信节点对应的从控单元与该通信节点的下一个通信节点对应的从控单元采用菊花链拓扑结构进行通信。也就是说，还可以再次将后续的通信节点组成第2个菊花链拓扑结构。
但如果该通信节点(首次出现信号衰减超出信号传输准确性要求范围的通信节点)的下一个通信节点相比于该通信节点的信号衰减超出信号传输准确性要求范围，则该通信节点的下一个通信节点对应的从控单元与主控单元之间采用CAN总线进行通信。
如图3所示的是本实用新型实施例的一种通信结构的另一具体实施例的示意图。参考图3所示的通信结构与图2的区别在于，从控单元2N+1和从控单元2N+2之间通过菊花链拓扑结构进行通信，也就是说从控单元2N+1和从控单元2N+2构成了第2个菊花链拓扑结构，这两个从控单元与主控单元11之间的通信是由具有单片机和CAN收发器的从控单元(即从控单元2N+1)来完成，该从控单元2N+1通过CAN总线通信方式将所有采样数据发送给主控单元11，从而使通信结构变成菊花链拓扑结构和CAN总线通信交错的结构，进一步减少通信系统成本。图3所示的通信结构仅是一个具体示例，在实际应用中，后续的从控单元还可以组成一个或多个菊花链拓扑结构。
因此，整个通信结构就由原来的1个菊花链拓扑结构和若干个带有单片机的从控单元对应的通信节点变成2个菊花链拓扑结构和若干个带有单片机的从控单元对应的通信节点构成。按照这个方法，可以继续将剩余的带有单片机的从控单元对应的通信节点继续拆分出更多个菊花链拓扑结构，从而使得通信结构就变成菊花链拓扑结构和CAN总线通信交错的结构，进一步减少系统的成本。
针对背景技术中提出现有的电池管理系统存在的问题，上述图2和图3所示的本实用新型实施例可以应用于电池管理系统中，以减少采用菊花链拓扑结构产生的通信信号衰减现象。因此，上述实施例中，所述主控单元为电池管理单元(BMU，Battery ManagementUnit)、所述从控单元为单体管理单元(CMU，Cell Management Unit)。在实际应用中，本实用新型实施例提供的通信结构还可以应用于其他通信系统中，在此不再赘述。
基于上述通信结构，本实用新型实施例还提供了一种通信方法，包括如下步骤：根据需求确定所述主控单元与各个从控单元之间的通信方式在采用菊花链拓扑结构进行通信或CAN总线进行通信之间切换。
在一个优选实施例中，所述步骤：根据需求确定所述主控单元与各个从控单元之间的通信方式在采用菊花链拓扑结构进行通信或CAN总线进行通信之间切换包括：
步骤S1：确定通信节点的信号衰减是否在信号传输准确性要求范围内；
步骤S2：若是，主控单元与该通信节点对应的从控单元采用菊花链拓扑结构进行通信；若否，主控单元与该通信节点对应的从控单元采用CAN总线进行通信。
进一步，若通信节点的信号衰减超出信号传输准确性要求范围，所述主控单元与该通信节点对应的从控单元采用CAN总线进行通信的情况下，该通信节点的后续各个通信节点对应的从控单元与主控单元之间的通信方式适于根据需求在采用菊花链拓扑结构进行通信或CAN总线进行通信之间切换。
在一个优选实施例中，若该通信节点是首次出现信号衰减超出信号传输准确性要求范围，且该通信节点的下一个通信节点相比于该通信节点的信号衰减在信号传输准确性要求范围内，则该通信节点对应的从控单元与该通信节点的下一个通信节点对应的从控单元采用菊花链拓扑结构进行通信。该通信节点的下一个通信节点对应的从控单元与所述主控单元之间是由首次出现信号衰减的该通信节点对应的从控单元采用CAN总线进行通信。
所述通信方法的具体实施过程可以参考上述通信结构的实施例，在此不再赘述。
综上所述，采用本技术方案，通信结构的主控单元中包括单片机、CAN收发器和支持菊花链拓扑结构的功能芯片；而在各个通信节点对应的从控单元中包括支持菊花链拓扑结构的功能芯片，并且预留了焊接CAN收发器和单片机的位置。这样保证了主控单元与从控单元之间采用CAN总线通信或菊花链拓扑结构通信这两种通信方式都能用一套电路板来实现，不需要额外设计两种不同的电路板，从而节省硬件成本，当从控单元需要通过CAN总线与主控单元通信时，再将单片机和CAN收发器焊接到电路中。
主控单元和从控单元中均设有变压器(在通讯时起到隔离作用)且每个从控单元中的变压器与接插件之间还设有通道选择开关，通过控制通道选择开关的状态切换(断开或闭合)以实现主控单元与从控单元之间采用不同的通信方式进行信号传输，使得CAN总线通信或菊花链拓扑结构通信之间的切换比较灵活。进一步，CAN总线接口和菊花链通讯接口(菊花链拓扑结构各个节点的接口)是复用接插件，通过通道选择开关来切换CAN总线接口与菊花链通讯接口。
上述实施例采用的是1个菊花链拓扑结构和剩余通信节点采用CAN总线通信方式来实现主控和从控单元之间的通信。但由于菊花链拓扑结构成本低，因此还可以再次将剩余通信节点组成第2个菊花链拓扑结构，而菊花链拓扑结构内的所有通信节点的通讯均由具有单片机和CAN收发器的从控单元(即首次出现信号衰减的该通信节点对应的从控单元)来完成，并通过CAN总线通信方式将所有采样数据发送给主控单元，从而使通信结构变成菊花链拓扑结构和CAN总线通信交错的结构，进一步减少通信系统成本。
本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种通信结构，其特征在于，包括：主控单元、多个分别对应通信节点的从控单元以及CAN总线；其中，
所述主控单元包括：单片机、CAN收发器、第一功能芯片；
所述从控单元包括：第二功能芯片，并预留焊接CAN收发器和单片机的位置；其中，所述第一功能芯片和第二功能芯片均支持菊花链拓扑结构；
所述主控单元与各个从控单元之间的通信方式适于根据需求在采用菊花链拓扑结构进行通信或采用CAN总线进行通信之间切换。
2.如权利要求1所述的通信结构，其特征在于，所述适于根据需求在采用菊花链拓扑结构进行通信或CAN总线进行通信之间切换包括：
所述主控单元与各个从控单元之间的通信方式由每个通信节点的信号衰减是否在信号传输准确性要求范围内来确定；
若通信节点的信号衰减在信号传输准确性要求范围内，所述主控单元与该通信节点对应的从控单元采用菊花链拓扑结构进行通信；若通信节点的信号衰减超出信号传输准确性要求范围，所述主控单元与该通信节点对应的从控单元采用CAN总线进行通信。
3.如权利要求2所述的通信结构，其特征在于，所述主控单元还包括第一变压器、每个从控单元还包括第二变压器和接插件；每个所述从控单元的第二变压器与接插件之间具有通道选择开关；其中，所述接插件是供菊花链拓扑结构的接口与CAN总线的接口复用的接插件；
若所述主控单元与从控单元采用菊花链拓扑结构进行通信，则该从控单元中的通道选择开关闭合，
若所述主控单元与从控单元采用CAN总线进行通信，则该从控单元中的通道选择开关断开，且在该从控单元中预留焊接CAN收发器和单片机的位置上焊接上CAN收发器和单片机。
4.如权利要求2所述的通信结构，其特征在于，若通信节点的信号衰减超出信号传输准确性要求范围，所述主控单元与该通信节点对应的从控单元采用CAN总线进行通信的情况下；若该通信节点是首次出现信号衰减超出信号传输准确性要求范围，且该通信节点的下一个通信节点相比于该通信节点的信号衰减在信号传输准确性要求范围内，则该通信节点对应的从控单元与该通信节点的下一个通信节点对应的从控单元采用菊花链拓扑结构进行通信。
5.如权利要求4所述的通信结构，其特征在于，该通信节点的下一个通信节点对应的从控单元与所述主控单元之间是由首次出现信号衰减的该通信节点对应的从控单元采用CAN总线进行通信。
6.如权利要求4所述的通信结构，其特征在于，若该通信节点的下一个通信节点相比于该通信节点的信号衰减超出信号传输准确性要求范围，则该通信节点的下一个通信节点对应的从控单元与主控单元之间采用CAN总线进行通信。
7.如权利要求2所述的通信结构，其特征在于，若通信节点的信号衰减超出信号传输准确性要求范围，所述主控单元与该通信节点对应的从控单元采用CAN总线进行通信的情况下；该通信节点的后续各个通信节点对应的从控单元与主控单元之间的通信方式适于根据需求在采用菊花链拓扑结构进行通信或采用CAN总线进行通信之间切换。
8.如权利要求1所述的通信结构，其特征在于，所述主控单元为电池管理单元、所述从控单元为单体管理单元。
9.一种通信系统，其特征在于，所述通信系统包括如权利要求1至8中任一项所述的通信结构。
10.如权利要求9所述的通信系统，所述通信系统为电池管理系统。
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