CN102176590B

CN102176590B - 用于计算机自动管理家用电子电器的接线座

Info

Publication number: CN102176590B
Application number: CN 201110048197
Authority: CN
Inventors: 汪云利; 周小东
Original assignee: Chengdu Medical College
Current assignee: Chengdu Medical College
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2031-03-01
Also published as: CN102176590A

Abstract

用于计算机自动管理家用电子电器的接线座，其RS232C接口的第一针CD、第六针DSR、第八针CTS与第九针RI分别通过一个上拉电阻连接到稳压电源电路的输出正极，这四针分别与稳压电源电路的输出负极构成4对传感器接口的接线端，RS232C接口的第四针DTR、第七针RTS各自通过一只隔离二极管连接到1路交流电电子开关电路和1路弱电电子开关电路的信号输入端，稳压电源电路的交流输入端与防雷击和浪涌电路并联，通过市电电源线及其插头接到市电，稳压电源电路的输出负极与RS232C接口的第五针GND相连。本发明构成计算机与家用电子电器之间的接口，可在计算机管理下配合多类传感器工作，有利于检测和自动运行所连接的家用电子或家用电器，也可以独立使用，制作简便，成本低。

Description

用于计算机自动管理家用电子电器的接线座

技术领域

本发明属于应用电子技术领域，特别是涉及一种实现家用电子与电器自动化的计算机与家电的接口装置。

背景技术

家庭自动化是改革开放以后历年的大学、硕士和博士生英语教材中令人憧憬的华美篇章之一。家庭智能化系统出现于二十世纪70年代，80年代中期欧美市场上出现了家庭智能控制机，第一栋智能化大楼也于1984年1月在美国建成投入使用，1998年在美国诞生了网络家电，经典的“智能化家庭”模型系统例如：1998年在新加坡举办的“未来之家”家庭智能化系统，Echelon公司推出的Longworks“网络化家庭”演示系统。

家庭自动化是信息技术发展的必然结果之一，这发轫于1948年第一只半导体二极管的发明，经历了晶体管电路、集成电路时代，因此，计算机及其技术迅速发展，人类社会随之从电力机器时代进入信息化时代，正在进行着深入心灵的变革。所谓家庭自动化包括各种电子与电器的自动化运行，这两者之间可以根据其工作的电源是220伏特的市电还是干电池类低压直流电源进行粗略的划分，其自动化运行的含义包括：1)自动化控制家电，即随心所欲，方便使用；2)自动化检测家电的状况，做到控制最优化与实时故障诊断，保证电器使用的安全性，提高其工作寿命，降低环境的电磁噪声。目前，经典的电子技术手段有：无线电波、红外线、超声波、射频(RF)、蓝牙(Bluetooth)遥控，计算机控制，电话线网络(HomePAN)、电力传输线(网络)、Internet、GPS(全球定位系统)远程控制以及时间继电器事件控制等，它们为家电自动化奠定了坚实的物质基础。

国内对于家电自动化的研究也取得了进步，发表在各种期刊杂志的技术文章的数量足以表明这一结论。以“家用电器”为检索词，在博硕士论文库里也可以查阅到几篇。例如：曲阜师范大学的硕士学位论文“家用电器的远程智能控制系统的研究”与山东大学的硕士学位论文“家用电器的电话远程控制”都试图借助于电话线或电力线网络实行家电远程控制，河海大学的硕士学位论文“家用电器的网络化控制及智能多功能微波炉的实现”提出了一种自动称量大米、洗米并最优化煮米饭的微波炉方案，中国海洋大学的硕士学位论文“家用电器中语音的识别研究”研究了根据语音操作家电的课题。计算机及其技术已经普及，相应的计算机控制或计算机网络控制的家电自动化控制产品理应顺理成章，但是，难觅相关产品的踪影。“电子电路”网站出售并公布了一款产品：“PC串口控制器/电脑控制开关：CTL-8MR”，其工作电源为：DC 12V/24V，负载能力为：30V/5A，250V/5A，上位机为计算机，采用Visual Basic编程，下位机即该产品采用了单片机，使用汇编语言编程，PC(个人电脑)以其RS232接口及软件为基础，通过该控制器可以控制8个外部设备的接通和断开；其不足之处是，缺乏信号的输入通道，不能进行家电的状况检测。其中值得推荐的产品是市售的时间继电器，它们并不在家电行业出售，而是属于自动化控制类电子产品，包括采用单片机的、电子技术的或机械的时间继电器，一般设计有一到两对强电输出开关，可以承担家电自动化的主要任务，即可以按照预定的时间安排定时开启或关闭家用电器，价格也低至百元以下，其缺点在于，功能单一，不可能完成自动监测家电状态、自动调整工作程序的任务。

发明内容

本发明旨在提供一种用于计算机自动管理家用电子电器的接线座，按照预设的条件自动检测外部环境的相应状况，自动运行两对家用电子或两对电器，自动调整运行程序，也可以独立使用。

本发明的技术方案为：用于计算机自动管理家用电子电器的接线座，其RS232C接口的第一针CD、第六针DSR、第八针CTS与第九针RI分别通过一个上拉电阻连接到稳压电源电路的输出正极，这四针分别与电源电路的输出负极构成4对传感器接口的接线端，RS232C接口的第四针DTR、第七针RTS各自通过一只隔离二极管连接到1路交流电电子开关电路和1路弱电电子开关电路的信号输入端，稳压电源电路的交流输入端与防雷击和浪涌电路并联，通过市电电源线及其插头接到市电，电源电路的输出负极与RS232C接口的第五针GND相连。

所述交流电电子开关电路包括1只NPN三极管、1只PNP三极管、1个基极电阻、1个基极偏置电阻、1个集电极电阻、1个限流用集电极电阻和一个固态继电器；所述基极电阻的一端接NPN三极管的基极，另一端作为该电子开关电路的信号输入端，所述基极偏置电阻并联在所述PNP三极管的发射结上，该PNP三极管的发射极接稳压电源电路的输出正极，其基极串联一个集电极电阻连接到所述NPN三极管的集电极，NPN三极管的发射极连接到稳压电源电路的负极，PNP三极管的集电极串联所述集电极电阻连接到所述固态继电器的控制信号输入端的正极，固态继电器的控制信号输入端的负极连接稳压电源电路的负极；所述固态继电器的两个输出端构成交流电电子开关电路的输出端。

所述弱电电子开关电路包括一只三极管及其基极电阻、一只二极管、一只发光二极管和一个单刀双掷直流电磁继电器；所述基极电阻的一端接三极管的基极，另一端作为该电子开关电路的信号输入端，所述三极管的发射极连接到稳压电源电路的负极，其集电极连接到所述发光二极管的负极，发光二极管的正极分别连接到所述二极管的正极和所述直流继电器的线圈的一端，二极管的负极与单刀双掷直流电磁继电器的线圈的另一端都连接到稳压电源电路的输出正极，所述单刀双掷直流电磁继电器的两对单刀双掷开关的六个接线端构成弱电电子开关电路的输出端。

所述用于计算机自动管理家用电子电器的接线座，电路中包括限流隔离电阻、开关和隔离用二极管，所述限流隔离电阻的一端连接开关的一端，另一端连接稳压电源电路的输出正极，所述开关的另一端连接二极管的正极，并从开关的两端引出1对接线柱，构成独立使用时的传感器接线端，所述隔离用二极管的负极连接所述交流电电子电路和弱电电子开关电路的信号输入端。

所述RS232C接口通过USB转串行口电路与USB接口的相应信号输入端并联。

所述稳压电源电路由电源变压器、二极管桥式交流电路、电容滤波电路以及三端稳压集成电路7808组成。

所述防雷击和浪涌电路由一只熔断器和一个压敏电阻串联组成。

本发明构成了计算机与家用电子电器之间的接口，其优点是，1)在计算机软件的管理下，可以配合多类传感器工作，包括：输出信号为开关型、+3V～+15V的电平型或脉冲信号型或电阻跳变型的传感器，有利于检测和自动运行所连接的家用电子或家用电器；传感器与家电的组合适应于多种场合；2)可以独立使用，不用计算机即没有运行所配置的家电自动化管理软件，或没有接入计算机的时候，可以转化为普通的电源插座；或者，把输出量为开关型或+3V～+15V的电平型(非脉冲信号型)传感器并联到从“计算机管理转普通电源插座电路”中的开关两端引出的接线柱上，可以实施传感器直接控制家电的自动化运行；4)其制作简便、经济，使用便利、安全。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

图中：1-单刀双掷直流电磁继电器，2-固态继电器，3-单刀双掷直流电磁继电器，4-固态继电器，5-稳压电源电路，51-防雷击和浪涌电路，6-USB接口，7-USB转串行口电路，8-RS232C接口。

具体实施方式

如图1所示，本发明用于计算机自动管理家用电子电器的接线座，其RS232C接口8的第一针CD、第六针DSR、第八针CTS与第九针RI分别通过一个上拉电阻R1、R2、R3、R4连接到稳压电源电路的输出正极，这四针分别与电源电路的输出负极构成4对传感器Rs1、Rs2、Rs3、Rs4接口的接线端，RS232C接口8的第四针DTR、第七针RTS各自通过一只隔离二极管D3、D4连接到1路交流电电子开关电路和1路弱电电子开关电路的信号输入端，稳压电源电路5的交流输入端与防雷击和浪涌电路51并联，通过市电电源线及其插头接到市电，电源电路的输出负极与RS232C接口8的第五针GND相连。

所述交流电电子开关电路包括1只NPN三极管、1只PNP三极管、1个基极电阻、1个基极偏置电阻、1个集电极电阻、1个限流用集电极电阻和一个固态继电器；所述基极电阻的一端接NPN三极管的基极，另一端作为该电子开关电路的信号输入端，所述基极偏置电阻并联在所述PNP三极管的发射结上，该PNP三极管的发射极接稳压电源电路的输出正极，其基极串联一个集电极电阻连接到所述NPN三极管的集电极，NPN三极管的发射极连接到稳压电源电路的负极，PNP三极管的集电极串联所述集电极电阻连接到所述固态继电器2或4的控制信号输入端的正极，固态继电器2或4的控制信号输入端的负极连接稳压电源电路的负极；所述固态继电器2或4的两个输出端构成交流电电子开关电路的输出端。

所述弱电电子开关电路包括一只三极管及其基极电阻、一只二极管、一只发光二极管和一个单刀双掷直流电磁继电器；所述基极电阻的一端接三极管的基极，另一端作为该电子开关电路的信号输入端，所述三极管的发射极连接到稳压电源电路的负极，其集电极连接到所述发光二极管的负极，发光二极管的正极分别连接到所述二极管的正极和所述直流继电器的线圈的一端，二极管的负极与单刀双掷直流电磁继电器1或3的线圈另一端都连接到稳压电源电路的输出正极，所述单刀双掷直流电磁继电器1或3的两对单刀双掷开关的六个接线端构成弱电电子开关电路的输出端。

进一步的，所述用于计算机自动管理家用电子电器的接线座，电路中包括限流隔离电阻、开关和隔离用二极管，所述限流隔离电阻的一端连接开关的一端，另一端连接稳压电源电路的输出正极，所述开关的另一端连接二极管的正极，并从开关的两端引出1对接线柱，构成独立使用时的传感器接线端，所述隔离用二极管的负极连接所述交流电电子电路和弱电电子开关电路的信号输入端。

进一步的，所述RS232C接口8通过USB转串行口电路7与USB接口6的相应信号输入端并联。

所述稳压电源电路5由电源变压器、二极管桥式交流电路、电容滤波电路以及三端稳压集成电路7808组成。

所述防雷击和浪涌电路51由一只熔断器和一个压敏电阻串联组成。

本发明还包括工作状态指示灯LED1和LED2。

计算机的RS232C接口的主要特性是(参见《利用Visual Basic实现串并行通信技术》)：信号传输方式为单向(Single-Ended)、全双工点对点传输模式，传输距离可达15米，其传输速率可达19200baud，逻辑0对应电平+3V～+15V，逻辑1对应电平-3V～(-15)V，输出电流20mA，可以通过串行通信控件MSComm32.OCX的事件属性来输入传感器信号：

1 ComEvSend：传输寄存器中的字符数比Sthreshold还少；

2 ComEv Re ceive：收到Sthreshold个字符，该事件持续产生直到用Input属性从接收寄存器中移除；

3 ComEvCTS：Clear_to_Send线的状态发生变化；

4 ComEvDSR：Data_Set_Ready线的状态从1变到0；

5 ComEvCD：Carrier_Detect线的状态发生变化；

6 ComEvRing：检测到振铃信号，一些UART(非同步接收-传输器)可能不支持此事件；

7 ComEvEOF：收到数据结尾(ASCII为26)字符。

根据以上所述，采用上拉电阻R1，R2，R3，R4与Rs1，Rs2，Rs3，Rs4接地的方式构成了传感器的接口电路。由图1可见，该接口电路可以配合多类传感器工作，包括：输出信号为开关型、+3V～+15V的电平型或脉冲信号型或电阻跳变型的传感器。上拉电阻一般取10KΩ，其计算原理可以参见《51单片机应用实例详解》中“开集电极输出结构”一节。如在传感器Rs1，Rs2，Rs3，Rs4与RS232C接口8之间安排光电耦合电路作电气隔离可以防雷电等强脉冲的干扰破坏。为了防范雷击或浪涌电流的破坏，在市电的输入端并联有防雷击和浪涌电路51，其中，压敏电阻的压敏电压的计算方法是：V1mA＝1.5V_P＝1.5×220V＝476V，V1mA＝2.2VAC＝2.2×220V＝484V，所以，压敏电阻的击穿电压选470-480V，其通流容量选2-20KA；熔断器的规格视固态继电器2和4的额定工作电流确定。

图1中，RS232C接口8的握手联络线RTS，DTR是计算机的输出信号，用作电子电器的控制信号线；二极管D3，D4用于隔离计算机的串行口与2组计算机管理转普通电源插座电路，使之能够并行不悖，同时，还避免了后面的交流电、弱电电子开关电路可能发生的反馈脉冲，保护了计算机。若设置控件MSComm32.OCX上它俩的属性有效，即：MSComm.RTSEnable＝true或MSComm.DTREnable＝true的时候，一旦该串行端口被打开，Request_to_Send线或Data_Ter min al_Re ady线就会被设置成高电位(+3V～+15V)，而当连接端口被关闭，或设置MSComm.RTSEnable＝false、MSComm.DTREnable＝false时就会设置它俩成低电位(0V或-3V～(-15)V)。

现在有些笔记本计算机放弃了RS232C接口，为保证本发明的使用，图1中设计了USB转串行口电路7。该电路可以采用南京沁恒电子有限公司的“USB转串口芯片，USB转IrDA红外，USB转打印口”芯片CH340来完成。USB的信号传输方式类似于RS-485，采用差动式的信号传输，增强了对噪声的抵抗能力，其传输速度达120Mbps～240Mbps。

+5V直流电磁继电器1和3都采用了三极管开关电路驱动。工作时，三极管的基极电流远小于1mA，而一只继电器或三极管的集电极电流虽然高达35mA，但这是从+8V稳压电源电路(5)获取的，两个LED1，LED2工作指示灯串联于晶体管的集电极电路，因此，该弱电电子开关电路对RS232C接口的握手联络线RTS，DTR的驱动能力消耗极小。

固态继电器SSR2和4的特点是：以低的直流驱动电压和小的驱动电流控制大的负载，相比交流或直流电磁继电器，具有工作可靠、寿命长、无火花、抗干扰能力强、开关速度快的优点。例如北京科通电子继电器总厂生产的JGX-10F固态继电器的输入控制电压是DC3.2～14V，输入电流的典型值是5～20mA(VDC＝5V)，与RS232C接口的握手联络线RTS，DTR的驱动能力即输出电流20mA相当，而其额定输出电压是AC25～250V，额定输出电流为10A，足以驱动1匹的空调。

本发明的应用举例如下。把图1中的单刀双掷直流电磁继电器1的两组单刀双掷开关KT1替换电话机的叉簧，固态继电器SSR2连接一只照明灯到市电，把单刀双掷直流电磁继电器3的单刀双掷开关KQ1中的一组并联到电话机的重拨号开关，传感器Rs1，Rs2，Rs3，Rs4选用1～4个微波红外双鉴或红外对射等传感器，便可以实施家庭防盗电话远程报警，并纪录事件发生的区域及时间，报警时点亮照明灯。如果该计算机配上摄像头，或进一步地，连接上网络，还可以进行实时监控拍摄、网络报警。

如果传感器Rs1，Rs2分别选用煤气和烟雾传感器，传感器Rs3选用温度传感器，传感器Rs4选用光敏电阻，单刀双掷直流电磁继电器1的KT1接入一只照明灯或一个排风扇或抽油烟机到市电，固态继电器SSR2连接一只电饭煲到市电，单刀双掷直流电磁继电器3的单刀双掷开关KQ1中的一组并联到某种报警或联动装置，固态继电器SSR4连接空调，如此，可以适时开始煮饭，适时或适温开启或关闭空调，遇到发生油烟时自动开启排风扇或抽油烟机，直到散尽油烟时为止，遇到煤气泄漏时启动报警或联动装置，天暗下来的时候自动启用照明灯。

使用过程中，本发明的一端通过电缆接计算机的USB或RS232C接口，另一端通过电源线插入墙上的市电插座，像平时家里使用电源接线板一样把电器插入相应的插座，而传感器则通过接线柱来连接。对传感器不熟悉的人，可以运行计算机的计划程序就可以管理电子或电器的运行。

不用计算机即没有运行所配置的家电自动化管理软件，或没有接入计算机的时候，RS232C接口的握手联络线RTS，DTR被设置成低电位(0V或-3V～(-15)V)。按动面板上“计算机管理转普通电源插座电路”中的开关S1，S2就可以把它当作普通的电源插座使用。或者，把选用的输出量为开关型或+3V～+15V的电平型(非脉冲信号型)传感器的一对信号输出端直接并联到从开关S1，S2两端引出的接线柱上，便可以实施传感器直接控制家电的自动化运行。

Claims

1.用于计算机自动管理家用电子电器的接线座，其特征在于：RS232C接口的第一针CD、第六针 DSR、第八针CTS与第九针RI分别通过一个上拉电阻连接到稳压电源电路的输出正极，这四针分别与电源电路的输出负极构成4对传感器接口的接线端，RS232C接口的第四针DTR、第七针RTS各自通过一只隔离二极管连接到1路交流电电子开关电路和1路弱电电子开关电路的信号输入端，稳压电源电路的交流输入端与防雷击和浪涌电路并联，通过市电电源线及其插头接到市电，电源电路的输出负极与RS232C接口的第五针GND相连；所述交流电电子开关电路包括1只NPN三极管、1只PNP三极管、1个基极电阻、1个基极偏置电阻、1个集电极电阻、1个限流用集电极电阻和一个固态继电器；所述基极电阻的一端接NPN三极管的基极，另一端作为该电子开关电路的信号输入端，所述基极偏置电阻并联在所述PNP三极管的发射结上，该PNP三极管的发射极接稳压电源电路的输出正极，其基极串联一个集电极电阻连接到所述NPN三极管的集电极，NPN三极管的发射极连接到稳压电源电路的负极，PNP三极管的集电极串联集电极电阻连接到固态继电器的控制信号输入端的正极，固态继电器的控制信号输入端的负极连接稳压电源电路的负极；所述固态继电器的两个输出端构成交流电电子开关电路的输出端；所述弱电电子开关电路包括一只三极管及其基极电阻、一只二极管、一只发光二极管和一个单刀双掷直流电磁继电器；所述基极电阻的一端接三极管的基极，另一端作为该电子开关电路的信号输入端，所述三极管的发射极连接到稳压电源电路的负极，其集电极连接到所述发光二极管的负极，发光二极管的正极分别连接到所述二极管的正极和所述直流电磁继电器的线圈的一端，二极管的负极与单刀双掷直流电磁继电器的线圈的另一端都连接到稳压电源电路的输出正极，所述单刀双掷直流电磁继电器的两对单刀双掷开关的六个接线端构成弱电电子开关电路的输出端；所述电路中包括限流隔离电阻、开关和隔离用二极管，所述限流隔离电阻的一端连接开关的一端，另一端连接稳压电源电路的输出正极，所述开关的另一端连接二极管的正极，并从开关的两端引出1对接线柱，构成独立使用时的传感器接线端，所述隔离用二极管的负极连接所述交流电电子电路和弱电电子开关电路的信号输入端；所述RS232C接口通过USB转串行口电路与USB接口的相应信号输入端并联；所述稳压电源电路由电源变压器、二极管桥式交流电路、电容滤波电路以及三端稳压集成电路7808组成；所述防雷击和浪涌电路由一只熔断器和一个压敏电阻串联组成。