CN102446148B

CN102446148B - 串行口联络线输出数据管理的家用电器自动化接线座

Info

Publication number: CN102446148B
Application number: CN201010503120.5A
Authority: CN
Inventors: 曾艺
Original assignee: Chongqing Technology and Business University
Current assignee: Chongqing Technology and Business University
Priority date: 2010-10-11
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-10-11
Also published as: CN102446148A

Abstract

串行口联络线输出数据管理的2^8N/2路家用电器自动化接线座，属于计算机与家电的接口装置；计算机检测4个数字量输出型传感器，由串行口的DTR、RTS配合串入并出移位寄存器送出二进制数据，经过译码生成指令数据，以其TXD控制指令数据的输出，管理2^8N/2组电子开关电路；包括：RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、

电平转换电路、4对传感器接口接线端、串入并行出8N(N＝1，2，3，......)位移位寄存器、8N-2^8N译码电路、数据输出使能电路、数据锁存电路、2^8N/2组电子开关电路以及稳压电源电路。其中，DTR、RTS、TXD分别连接到移位寄存器的串行信号与时钟信号的输入端、数据输出使能电路的输出使能端；移位寄存器的输出信号经过译码电路译码以后由数据输出使能电路送到数据锁存电路。用于家用电器自动化。

Description

串行口联络线输出数据管理的家用电器自动化接线座

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器自动化的计算机与家用电子和电器的接口装置。

背景技术

一般地，计算机以串行口的发送数据线TXD传输出数据，从其接收数据线RXD接收外部设备传输过来的数据，传送和接收数据的过程依靠两根输出联络线和四根输入联络线作为通信状态的呼叫与应答信号。而2010年9月中旬提交国家知识产权局专利局审查的实用新型专利“串行口联络线输出数据管理的家用电子电器自动化接线座”却通过串行口的两根输出联络线配合8位串入并出移位寄存器传输出二进制数据指令，以其发送数据线TXD控制指令数据对电子开关电路的输出，管理4对家用电子或电器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种串行口联络线输出数据管理的2^8N/2路家用电器自动化接线座，它以计算机为主机，检测4个数字量输出型传感器，通过串行口的两根联络线传输出二进制数据指令，而以其发送数据线TXD控制数据指令的译码输出，以运行2^8N/2对家用电子或电器；包括：9针RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、

电平转换电路、4对传感器接口接线端、串入并行出8N(N＝1，2，3，......)位移位寄存器、8N-2^8N译码电路、数据输出使能电路、数据锁存电路、2^8N/2组电子开关电路、稳压电源电路、防雷击和浪涌电路以及市电电源线及其插头。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

USB接口连接到USB转串行口电路的相应的信号输入端，后者的信号输出端与RS232C接口的相应端口线并联；RS232C接口的第四针DTR、第七针RTS、第三针TXD分别连接到各自的

电平转换电路的三个RS232C电平信号输入端，该电平转换电路相应的三个TTL/CMOS电平信号输出端分别连接到串入并行出8N(N＝1，2，3，......)位移位寄存器的信号串行输入端及其时钟信号输入端、数据输出使能电路的输出使能端；电平转换电路的四个TTL/CMOS电平信号输入端各自连接一个上拉电阻到电源正极，还分别与电源负极构成了4对传感器接口接线端，该电平转换电路相应的四个RS232C电平信号输出端分别连接到RS232C接口的第一针CD、第六针DSR、第八针CTS与第九针RI；串入并行出8N(N＝1，2，3，......)位移位寄存器的8N个信号输出端分别连接到8N-2^8N译码电路的8N个数据输入端，8N-2^8N译码电路的2^8N个数据输出端分别连接到数据输出使能电路的2^8N个数据输入端，数据输出使能电路的2^8N个数据输出端分别连接一个下拉电阻到电源负极，还分别连接到数据锁存电路的2^8N/2对置1端S与复位端R；数据锁存电路的2^8N/2个输出端Q分别连接到各自的电子开关电路的控制信号输入端；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。

所述稳压电源电路由电源变压器、二极管桥式整流电路、电容滤波电路以及三端稳压集成电路7806组成，7806的两个输出端分别构成了本装置的电源正极与电源负极。

所述防雷击和浪涌电路由一只熔断器和一个压敏电阻串连组成。

所述

电平转换电路由两块MAX232结合四只电解电容组成。

所述2^8N/2组电子开关电路的结构相同，各自包括：1路交流电电子开关电路和1路直流继电器电子开关电路。

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块固态继电器；其中，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控制信号输入端，基极偏置电阻并联在PNP三极管的发射结上，该PNP三极管的发射极接电源正极，其基极串联一个集电极电阻连接到NPN三极管的集电极，NPN三极管的发射极连接到电源负极，PNP三极管的集电极串联一个限流用集电极电阻连接到固态继电器的控制信号输入端中的正极，固态继电器的控制信号输入端中的负极连接到电源负极；固态继电器的两个输出端构成该交流电电子开关电路的输出端。

所述直流继电器电子开关电路包括：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直流继电器；其中，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控制信号输入端，三极管的发射极连接到电源负极，其集电极连接到发光二极管的负极，发光二极管的正极分别连接到二极管的正极和直流继电器的线圈的一端，二极管的负极与直流继电器的线圈的另一端都连接到电源正极；直流继电器的两对单刀双掷开关的六个接线端构成了该直流继电器电子开关电路的输出端。

所述串入并行出8N(N＝1，2，3，......)位转移寄存器由N块8bit串入并出移位寄存器74HC164级联组成；所述8N-2^8N译码电路用门电路搭建；所述数据输出使能电路由八D锁存器74HC373或三态缓冲器例如74HC244并联组成；所述数据锁存电路由2^8N/2(N＝1，2，3，......)个RS触发器或D触发器组成。

本发明构成了计算机与家用电子电器之间的接口，在计算机软件的管理下，通过四根输入联络线检测四个数字量输出型传感器的状态，以两根输出联络线输出二进制数据指令，以串行口发送数据线控制指令数据的输出，并且，传感器与家电的组合适应于多种场合；其优点是，把二进制数据经过译码电路生成指令数据，可以根据需要扩展所管理的电子开关电路，其数目是2^8N/2(N＝1，2，3，......)组，安全、便利。

附图说明

下面结合附图，进一步说明本发明。

图1是本发明的电路原理方框图。

图2是一组电子开关电路的原理图。

图中，001.-128.电子开关电路，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，11.-12. 电平转换电路，13.串入并行出8N(N＝1)位转移寄存器，14.8N-2^8N(N＝1)译码电路、数据输出使能电路，15.数据锁存电路，31.单刀双掷直流电磁继电器，32.固态继电器SSR。

具体实施方式

如图1所示，以串入并行出8N(N＝1)位转移寄存器(13)为例，它由N＝1块74HC164组成，其信号串入端A与清零端都接电源正极。74HC164每次串入并行出8N(N＝1)位指令数据D7D6D5D4D3D2D1D0的具体过程是：1)清零74HC164至Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0＝00000000：设置DTR＝0，然后输出RTS＝＝0→1→0，重复至少8N(N＝1)＝8次；2)输出一位数据：先准备好数据DTR＝D_i，i＝0，然后，输出 RTS＝＝0→1→0，接着准备好下一位数据：i＝i+1，DTR＝D_i，再输出RTS＝＝0→1→0，如此，直到i＝8N(N＝1)-1＝7为止。

74HC164并行输出的8N(N＝1)位二进制指令数据D7D6D5D4D3D2D1D0经过8N-2^8N(N＝1)译码电路以后生成了2^8N＝256条指令数据，但是，在生成准确的指令数据之前，串入并行出8N(N＝1)位移位寄存器(13)的并行输出端会经历一些其它的中间状态，不应当使它们经过8N-2^8N译码电路直接施加到数据锁存电路(15)的2^8N/2＝128组R和S控制端上，从而引起电子开关电路(001)-(128)的误动作。因此，8N-2^8N译码电路与数据锁存电路(15)之间设计有数据输出使能电路。图1中，8N-2^8N(N＝1)译码电路与数据输出使能电路画在了一起，表示为(14)。

没有找到可以级联组成8N-2^8N译码电路的译码器集成电路。但是，根据译码电路的基本原理，用门电路就可以方便地搭建8-2⁸译码电路。例如，假设有二进制指令数据......0110100B，其译码逻辑是：

数据输出使能电路由八D锁存器74HC373并联组成，也可以由三态缓冲器例如74HC244并联组成，其输出使能端

或

由串行口发送数据线TXD控制。异步串行通信的信息格式是：“(1位低电平的)起始位+传送的字符+奇偶校验位+(1、1.5或2位高电平的)停止位”，例如，其默认参数值为“9600，N，8，1”，意思是“所使用的通信端口以每秒9600Bit的速度传输，不做奇偶校验，每个数据单元是8个Bit，而停止位是1个Bit”，这通过修改串行通信控件MSComm32.OCX的Settings属性即可以做到：MSComm1.Settings＝″9600，n，8，1″。串行口发送线平时处于高电平，当程序需要传输出一个字符串的时候，使用控件MSComm32.OCX的Output属性将字符串写入输出寄存器中，例如：MSComm1.Output＝″ABCDE″，此即将ABCDE五个字符通过RS232C接口依序传送出去。因此，设置好匹配74HC373工作速度的串行端口的传输速度，在“串入并行出8N为二进制数据指令”以后，再使用控件MSComm32.OCX的Output属性将随机的字符串写入输出寄存器中，则“每传送一个字符其前面叠加有一个低电平的起始标志位”会选通数据输出使能电路(14)，把准确的经过译码的指令数据传递给数据锁存电路(15)的2^8N(N＝1)＝256个R或S控制端之一。

当数据输出使能电路(14)的输出使能端

无效的时候，其输出端呈现高阻状态，一方面隔断了中间状态的赝指令数据的传递，但也会引发随机的感应脉冲，对后面的CMOS电路产生干扰。为此，数据锁存电路(15)的2^8N/2(N＝1)＝128对R和S控制端分别被各自的下拉电阻引导到电源负极，保证了这时它们的工作状态是确定的低电平无效状态。

计算机的RS232C接口的传输距离可达15米，其逻辑0对应电平+3V～+15V，逻辑1对应电平-3V～(-15)V，而其后续的HCMOS，CMOS电路的工作电压分别为：2V-6V和3V-15V(4500B)-18V(4000B)。因此，如图1所示，采用电平转换接口芯片(11)和(12)完成

电平转换任务，具体型号可从MAX220～MAX249系列的26种芯片中选用，它们特别适合干电池供电的系统。常用的MAX232需要配合四节电解电容，实现电压的加倍与反相，MAX225，MAX233，MAX235，MAX245，MAX246，MAX247甚至不需要外围器件就能独立完成电平转换，适合于电路板空间有限的场合。

电平转换电路(11)和(12)也可以采用三极管开关电路配合一组-6V～-9V稳压电源与一组6V稳压电源组成。本实用新型设计了稳压电源电路，因此，-6V～-9V稳压电源可以方便地由7909等三端稳压集成电路实现。

如图1所示，四个传感器Rs1，Rs2，Rs3，Rs4与其上拉电阻构成了串行口的传感器接口电路，Rs1，Rs2，Rs3，Rs4的输出信号通过电平转换电路(11)和(12)输入到RS232C接口的第一针CD、第六针DSR、第八针CTS与第九针RI，利用串行通信控件MSComm32.OCX的事件属性来检测传感器感应事件所输出的信号，适应输出信号为开关量型、+3V～+6V的电平型、脉冲信号型、电阻跳变型的传感器。串行通信控件MSComm32.OCX的事件属性包括：1)ComEvCTS：Clear_to_Send线的状态发生变化；2)ComEvDSR：Data_Set_Ready线的状态从1变到0；3)ComEvCD：Carrier_Detect线的状态发生变化；4)ComEvRing：检测到振铃信号，但是，不具备串口通信控件的属性MSComm32.CTSholding/.DSRholding/.DCDholding，无法查询检测其电平的高低情况，一些UART(非同步接收-传输器)可能不支持此事件。

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4对传感器则通过接线柱来连接。

Claims

1.串行口联络线输出数据管理的2^8N／2路家用电器自动化接线座，其特征是，包括：9针RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、

电平转换电路、4对传感器接口接线端、串入并行出8N位移位寄存器、8N-2^8N译码电路、数据输出使能电路、数据锁存电路、2^8N／2组电子开关电路、稳压电源电路、防雷击和浪涌电路以及市电电源线及其插头；其中，USB接口连接到USB转串行口电路的相应的信号输入端，后者的信号输出端与RS232C接口的相应端口线并联；RS232C接口的第四针DTR、第七针RTS、第三针TXD分别连接到各自的电平转换电路的三个RS232C电平信号输入端，该电平转换电路相应的三个TTL／CMOS电平信号输出端分别连接到串入并行出8N位移位寄存器的信号串行输入端及其时钟信号输入端、数据输出使能电路的输出使能端；电平转换电路的四个TTL／CMOS电平信号输入端各自连接一个上拉电阻到电源正极，还分别与电源负极构成了4对传感器接口接线端，该电平转换电路相应的四个RS232C电平信号输出端分别连接到RS232C接口的第一针CD、第六针DSR、第八针CTS与第九针RI；串入并行出8N位移位寄存器的8N个信号输出端分别连接到8N-2^8N译码电路的8N个数据输入端，8N-2^8N译码电路的2^8N个数据输出端分别连接到数据输出使能电路的2^8N个数据输入端，所述数据输出使能电路由八D锁存器74HC373或三态缓冲器74HC244并联组成，数据输出使能电路的2^8N个数据输出端分别连接一个下拉电阻到电源负极，还分别连接到数据锁存电路的2^8N／2对置1端S与复位端R；所述数据锁存电路由2^8N／2个RS触发器或D触发器组成，数据锁存电路的2^8N／2个输出端Q分别连接到2^8N／2组电子开关电路中的一组电子开关电路的控制信号输入端；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；所述N=1，2，3，......。

2.根据权利要求1所述的串行口联络线输出数据管理的2^8N／2路家用电器自动化接线座，其特征是，所述稳压电源电路由电源变压器、二极管桥式整流电路、电容滤波电路以及三端稳压集成电路组成，三端稳压集成电路的两个输出端分别构成了所述串行口联络线输出数据管理的2^8N／2路家用电器自动化接线座的电源正极与电源负极。

3.根据权利要求1所述的串行口联络线输出数据管理的2^8N／2路家用电器自动化接线座，其特征是，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。

4.根据权利要求1所述的串行口联络线输出数据管理的2^8N／2路家用电器自动化接线座，其特征是，所述2^8N／2组电子开关电路的结构相同，每一组各自包括1路交流电电子开关电路和1路直流继电器电子开关电路。

5.根据权利要求4所述的串行口联络线输出数据管理的2^8N／2路家用电器自动化接线座，其特征是，所述1路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块固态继电器；其中，基极电阻的一端接NPN三极管的基极，另一端作为所述1路交流电电子开关电路所在的一组电子开关电路的控制信号输入端，基极偏置电阻并联在PNP三极管的发射结上，该PNP三极管的发射极接电源正极，其基极串联一个集电极电阻连接到NPN三极管的集电极，NPN三极管的发射极连接到电源负极，PNP三极管的集电极串联一个限流用集电极电阻连接到固态继电器的控制信号输入端中的正极，固态继电器的控制信号输入端中的负极连接到电源负极；固态继电器的两个输出端构成所述1路交流电电子开关电路的输出端。

6.根据权利要求4所述的串行口联络线输出数据管理的2^8N／2路家用电器自动化接线座，其特征是，所述1路直流继电器电子开关电路包括：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直流继电器；其中，基极电阻的一端接三极管的基极，另一端作为所述1路直流继电器电子开关电路所在的一组电子开关电路的控制信号输入端，三极管的发射极连接到电源负极，其集电极连接到发光二极管的负极，发光二极管的正极分别连接到二极管的正极和直流继电器的线圈的一端，二极管的负极与直流继电器的线圈的另一端都连接到电源正极；直流继电器的两对单刀双掷开关的六个接线端构成了所述1路直流继电器电子开关电路的输出端。

7.根据权利要求1所述的串行口联络线输出数据管理的2^8N／2路家用电器自动化接线座，其特征是，所述串入并行出8N位移位寄存器由N块8bit串入并出移位寄存器级联组成。

8.根据权利要求1所述的串行口联络线输出数据管理的2^8N／2路家用电器自动化接线座，其特征是，所述8N-2^8N译码电路用门电路搭建。