CN102571063B

CN102571063B - 串行口联络线管理核对指令式8路传感器28n/2组家电接线座

Info

Publication number: CN102571063B
Application number: CN201010620291.6A
Authority: CN
Inventors: 曾艺
Original assignee: Chongqing Technology and Business University
Current assignee: Chongqing Technology and Business University
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2030-12-29
Also published as: CN102571063A

Abstract

串行口联络线管理核对指令式8路传感器2^8N/2组家电接线座是一种计算机与家电的接口装置，通过串行口的TXD配合两根联络线管理2^8N/2组电子电器，用一根输入联络线检测8路传感器；包括：RS232C接口、USB接口、电平转换电路、8bit×N串入并出移位寄存器、2^8N个8bit×N数据比较器电路、2^8N/2个RS触发器电路、2^8N/2组电子开关电路、8bit并入串出移位寄存器以及稳压电源电路。其中，RTS分别作为上述两种移位寄存器的时钟信号，DTR分别作为8bit×N串入并出移位寄存器的串行输入信号以及8bit并入串出移位寄存器的数据移位/装载控制信号，TXD作为所述比较器电路的输出允许控制信号，该比较器电路控制2^8N/2个RS触发器电路及其电子开关电路的动作；CTS接收8bit×K并入串出移位寄存器输出的串行信号。用于现有电器的网络化管理。

Description

串行口联络线管理核对指令式8路传感器28N/2组家电接线座

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

2010年10月提交国家知识产权局专利局审查的实用新型“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”(申请号：201010503120.5)以及现在提交专利局审查的实用新型“串行口联络线输出数据核对指令式2^8N/2路家电自动化接线座”、“串行口联络线管理核对指令式8路传感器128组家电接线座”具有共同的技术特点，即：通过串行口的两根输出联络线控制串入并出移位寄存器传送二进制数据指令，而以其发送数据线TXD控制该数据指令的输出，其中，后两者应用数据比较器技术管理多组家用电子与电器，而前者应用译码器技术管理多组家用电子与电器。它们的不同之处是：前两者可以管理2^8N/2路家电，但是，因为它们依靠串行口的四根输入联络线检测外部输入信号，因而只能够检测3个开关量输出型传感器的状态以及1个开关量输出型传感器的状态变化，而后者虽然只使用串行口的一根输入联络线，然而能够检测8个开关量输出型传感器的输出状态，不过，它能够管理的电子电器数目只有128组。

发明内容

本发明的目的在于提供一种串行口联络线管理核对指令式8路传感器2^8N/2组家电接线座，是一种计算机与家用电子电器之间的接口装置，它以计算机为主机，从其串行口的两根输出联络线传送二进制数据指令，使用串行口的发送数据线TXD控制该指令数据的输出，通过与预置的指令码进行比较，管理2^8N/2(N＝1，2，3，......)组家用电子与电器，同时，计算机还能够检测8个开关量输出型传感器的输出状态；包括：RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、电平转换电路、8bit×N串入并出移位寄存器、2^8N个8bit×N 数据比较器电路、2^8N/2个RS触发器电路、2^8N/2组电子开关电路、8bit并入串出移位寄存器、8对传感器接线端、稳压电源电路、防雷击和浪涌电路以及电源线及其插头。

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接口的第五针GND连接到电源负极，其第四针DTR、第七针RTS、第三针TXD分别连接到电平转换电路的一个RS232C电平信号输入端，该电平转换电路对应RTS的TTL/CMOS电平信号输出端分别连接到8bit×N串入并出移位寄存器与8bit并入串出移位寄存器的时钟信号输入端，该电平转换电路对应DTR的TTL/CMOS电平信号输出端分别连接到8bit×N串入并出移位寄存器的一个串行信号输入端以及8bit并入串出移位寄存器的并行输入数据移位/装载控制端，该电平转换电路对应TXD的TTL/CMOS电平信号输出端连接到2^8N个8bit×N数据比较器电路的比较结果A＝B信号输出允许控制端还连接一个上拉电阻到电源正极；串行口的第八针CTS连接到电平转换电路的一个RS232C电平信号输出端，与此相应的该电平转换电路的TTL/CMOS电平信号输入端连接到8bit并入串出移位寄存器的串行信号输出端；8bit×N串入并出移位寄存器的8×N个信号输出端(例如：Q₁₅Q₁₄......Q₂Q₁Q₀(N＝2))与2^8N个8bit×N数据比较器电路的一组比较信号输入端(例如：A₁₅A₁₄......A₂A₁A₀(N＝2))依序并联，2^8N个8bit×N数据比较器电路的2^8N个比较结果A＝B信号输出端分别连接一个下拉电阻到电源负极，还分别依序连接到2^8N/2个RS触发器电路的2^8N/2对置1端S与复位端R；2^8N/2个RS触发器电路的2^8N/2个输出端Q分别连接到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，通过电源线及其插头接到市电。

8bit×N串入并出移位寄存器由N块8bit串入并出移位寄存器级联组成。

8bit并入串出移位寄存器由一块74HC165组成，其片选端接到电源负极，其级联进位信号输入端DS接到电源正极，其8个并行信号输入端分别连接一个上拉电阻到电源正极，还分别与电源负极构成8对传感器接线端。

2^8N个8bit×N数据比较器电路由2^8N个8bit×N二进制数据比较器组成，每个8bit×N二进制数据比较器有两组比较信号输入端，例如：A₁₅A₁₄......A₂A₁A₀和B₁₅B₁₄......B₂B₁B₀(N＝2)，各个8bit×N二进制数据比较器的一组比较信号输入端，例如：A₁₅A₁₄......A₂A₁A₀(N＝2)，分别依序并联，构成2^8N个8bit×N数据比较器电路的一组比较信号输入端，例如： A₁₅A₁₄......A₂A₁A₀(N＝2)；每个8bit×N二进制数据比较器的另一组比较信号输入端，例如：B₁₅B₁₄......B₂B₁B₀(N＝2)，分别连接到一个单刀双掷开关的公共端，于是共有8×N×2^8N个单刀双掷开关，这些单刀双掷开关的另两端分别连接到电源正极与电源负极；各个8bit×N二进制数据比较器还有一个比较结果A＝B的信号输出端与一个比较结果A＝B信号输出允许控制端前者高电平有效，一起构成2^8N个8bit×N数据比较器电路的2^8N个比较结果A＝B信号输出端，后者低电平有效，各个并联，构成2^8N个8bit×N数据比较器电路的比较结果A＝B信号输出允许控制端

8bit×N二进制数据比较器由8bit二进制数据比较器组合而成，而一个8bit二进制数据比较器由4bit二进制数据比较器组合而成。

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。

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。

电平转换电路由两块MAX232结合四只电解电容组成。

2^8N/2组电子开关电路包括2^8N/2组电子开关电路，各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路弱电电子开关电路。

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、一只发光二极管和一块固态继电器；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，其基极与集电极电阻、发光二极管以及NPN三极管的集电极串联，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。

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弱电电子开关电路的输出端。

本发明构成了计算机与家用电子电器之间的接口，以串行口的两根输出联络线输出指令数据，而以发送数据线控制指令数据的输出，其优点是：一方面，通过级联串入并出移位寄存器的方式，采用数据比较器技术，根据需要可以迅速地扩展需要管理的电子电器的数目，另一方面，只使用一根输入联络线就可以检测8个开关量输出型传感器的状态，所述方法不需要采用单片微型计算机芯片，尤其适合于把比较器电路、RS触发器以及电子开关这三个单元组合到单个电器本身，用于改造现有电器，使之能够网络化管理。

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图之传感器接口电路部分，其中，S_a，......，S_h代表传感器。

图2是本发明的电路原理图之传输数据指令部分，对应N＝2的情况。

图3是一组电子开关电路的原理图。

图4是由4bit二进制数据比较器组成一个8bit二进制数据比较器的电路原理图。

图中，001.-32768.电子开关电路，11.、12. 电平转换电路，13.、14.8bit串入并出移位寄存器，15.2^8N/2(＝65536/2＝32768(N＝2))个RS触发器电路，16.8bit并入串出移位寄存器，31.单刀双掷直流电磁继电器，32.固态继电器SSR，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，9.2^8N个8bit×N数据比较器电路，91.-93.4bit二进制数据比较器。

具体实施方式

如图2所示，8bit串入并出移位寄存器(13)和(14)都采用74HC164，它俩级联组成8bit×N串入并出移位寄存器(N＝2)，其中，处于低位的74HC164(13)的输出端中的最高位连接到处于高位的74HC164(14)的一个串入信号输入端B，在输出联络线RTS、DTR的操作下可以传送出准确的8×N＝8×2＝16位二进制数据指令，其操作要点是：在时钟脉冲信号即RTS的上升沿到来之前，由DTR准备好需要传送的一位数据Di到8bit×N串入并出移位寄存器(N＝2)中74HC164(13)的串行信号输入端B；时钟脉冲信号的上升沿到来，74HC164的并行输出端就会发生移位行动，例如：Q0＝Di，Q0→Q1→Q2→...→Q6→Q7；每次传送出数据指令之前先输出不少于8bit×N位0来清零8bit×N串入并出移位寄存器的8bit×N位并行数据输出端。

2^8N个8bit×N数据比较器电路(9)由2^8N个8bit×N数据比较器组成，而一个8bit×N数据比较器由若干个8bit二进制数据比较器组合而成，一个8bit二进制数据比较器又可以由4bit二进制数据比较器组合而成，其基本原理如图4所示，用3块四位二进制数据比较器集成电路(91)、(92)与(93)组成了一个8bit二进制数据比较器。图中，比较器(92)和(91)的一组数据输入端A₃A₂A₁A₀，A₃A₂A₁A₀依次构成了该比较器的一组比较信号输入端A₇A₆A₅A₄A₃A₂A₁A₀。比较器(92)和(91)的另一组数据输入端B₃B₂B₁B₀，B₃B₂B₁B₀依次构成了该比较器的另一组比较信号输入端B₇B₆B₅B₄B₃B₂B₁B₀，它们由八个单刀双掷开关来预置指令码。利用比较器(93)的一组数据输入端B₃B₂B₁B₀之最高位B₃构成比较结果A＝B信号输出允许控制端即如果比较器(93)的A＝B信号输出端总是为低电平。因此，图2中的下拉电阻R₀₀₀，......，R₆₅₅₃₅可以不用。

2^8N个8bit×N数据比较器电路(9)的比较结果A＝B信号输出允许控制端由串行口发送数据线TXD控制，保证了“串入并行出8bit×N指令数据”的过程中指令被正确地传输给2^8N/2(＝65536/2＝32768(N＝2))个RS触发器电路(15)的R、S控制端，其依据是：串行口发送线平时处于高电平，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”。

如图1所示，8bit并入串出移位寄存器(16)由一块74HC165组成。当DTR即74HC165的并行输入数据移位/装载控制端SHIFT/LOAD为低电平的时候，74HC165的8个并行输入端的数据ABCDEFGH被装载。当RTS即74HC165的时钟信号输入端每输入一个正跳变的脉冲，74HC165被装载的8个并行输入端的数据依次发生一次移位：A→B→...→G→H→Q_H。因此，根据串行通信控件MSComm32.OCX的事件属性，从RS232C接口的第八针CTS(或第一针CD、第六针DSR，非第九针RI)就可以中断响应的方式或查询的方式分析出8路数字量输出型传感器S_a，...，S_h的状态。图1中，74HC165(16)的并行输入端连接有8个上拉电阻R_a......R_h，以便没有接入传感器S_a，...，S_h的时候其输入端也处于稳定的电平状态。

串行通信控件MSComm32.OCX的事件属性包括：

1 ComEvSend：传输寄存器中的字符数比Sthreshold还少；

2 ComEv Receive：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，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；

7 ComEvEOF：收到数据结尾(ASCII为26)字符。

显然，操作8bit×N串入并出移位寄存器(13)和(14)的时候会影响8bit并入串出移位寄存器(16)的工作状态，这时，我们不去关心串行通信控件MSComm32.OCX的事件属性就可以。操作8bit并入串出移位寄存器(16)的时候也会影响8bit×N串入并出移位寄存器(13)和(14)的工作状态，这时，只要串行口数据发送线TXD不发送任何数据，就可以使得2^8N个8bit×N数据比较器电路(9)的比较结果A＝B信号输出允许控制端处于高电平无效状态，因此其2^8N个比较结果A＝B信号输出端都处于低电平状态，不影响2^8N/2(＝65536/2＝32768(N＝2))个RS触发器电路(15)的各对R、S控制端，保证了电子开关电路(001)-(32768)不发生误动作。

Claims

1.串行口联络线管理核对指令式8路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：包括RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、电平转换电路、8bit×N串入并出移位寄存器、2^8N个8bit×N数据比较器电路、2^8N/2个RS触发器电路、2^8N/2组电子开关电路、8bit并入串出移位寄存器、8对传感器接线端、稳压电源电路、防雷击和浪涌电路以及电源线及其插头；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接口的第五针GND连接到电源负极，其第四针DTR、第七针RTS、第三针TXD分别连接到电平转换电路的一个RS232C电平信号输入端，该电平转换电路对应RTS的TTL/CMOS电平信号输出端分别连接到8bit×N串入并出移位寄存器与8bit并入串出移位寄存器的时钟信号输入端，该电平转换电路对应DTR的TTL/CMOS电平信号输出端分别连接到8bit×N串入并出移位寄存器的一个串行信号输入端以及8bit并入串出移位寄存器的并行输入数据移位/装载控制端，该电平转换电路对应TXD的TTL/CMOS电平信号输出端连接到2^8N个8bit×N数据比较器电路的比较结果A＝B信号输出允许控制端还连接一个上拉电阻到电源正极；RS232C接口的第八针CTS连接到电平转换电路的一个RS232C电平信号输出端，与此相应的该电平转换电路的TTL/CMOS电平信号输入端连接到8bit并入串出移位寄存器的串行信号输出端；8bit×N串入并出移位寄存器的8×N个信号输出端与2^8N个8bit×N数据比较器电路的一组比较信号输入端依序并联，2^8N个8bit×N数据比较器电路的2^8N个比较结果A＝B信号输出端分别连接一个下拉电阻到电源负极，还分别依序连接到2^8N/2个RS触发器电路的2^8N/2对置1端S与复位端R；2^8N/2个RS触发器电路的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；8bit×N串入并出移位寄存器由N块8bit串入并出移位寄存器级联组成，8bit并入串出移位寄存器由一块74HC165组成，其片选端接到电源负极，其级联进位信号输入端DS接到电源正极，其8个并行信号输入端分别连接一个上拉电阻到电源正极，还分别与电源负极构成8对传感器接线端；稳压电源电路的交流输入端与防雷击和浪涌电路并联，通过电源线及其插头接到市电。

2.根据权利要求1所述的串行口联络线管理核对指令式8路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：2^8N个8bit×N数据比较器电路由2^8N个8bit×N二进制数据比较器组成，每个8bit×N二进制数据比较器有两组比较信号输入端，各个8bit×N二进制数据比较器的一组比较信号输入端分别依序并联，构成2^8N个8bit×N数据比较器电路的一组比较信号输入端每个8bit×N二进制数据比较器的另一组比较信号输入端分别连接到一个单刀双掷开关的公共端，于是共有8×N×2^8N个单刀双掷开关，这些单刀双掷开关的另两端分别连接到电源正极与电源负极；各个8bit×N二进制数据比较器还有一个比较结果A＝B的信号输出端与一个比较结果A＝B信号输出允许控制端前者一共构成2^8N个8bit×N数据比较器电路的2^8N个比较结果A＝B信号输出端，后者并联，构成2^8N个8bit×N数据比较器电路的比较结果A＝B信号输出允许控制端

3.根据权利要求2所述的串行口联络线管理核对指令式8路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：8bit×N二进制数据比较器由8bit二进制数据比较器组合而成，而一个8bit二进制数据比较器由4bit二进制数据比较器组合而成。

4.根据权利要求1所述的串行口联络线管理核对指令式8路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：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串行口联络线管理核对指令式8路传感器2^8N/2组家电接线座的电源正极与电源负极。

5.根据权利要求1所述的串行口联络线管理核对指令式8路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：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。

6.根据权利要求1所述的串行口联络线管理核对指令式8路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：2^8N/2组电子开关电路包括2^8N/2组电子开关电路，各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路弱电电子开关电路。

7.根据权利要求6所述的串行口联络线管理核对指令式8路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：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、一只发光二极管和一块固态继电器；其中，基极电阻的一端接NPN三极管的基极，另一端作为2^8N/2组电子开关电路中该路交流电电子开关电路所在的那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，其基极与集电极电阻、发光二极管以及NPN三极管的集电极串联，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。

8.根据权利要求6所述的串行口联络线管理核对指令式8路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：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2^8N/2组电子开关电路中该路弱电电子开关电路所在的那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弱电电子开关电路的输出端。