CN105573513B - 用于人机对话系统的控制模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制模块(1)以及一种包括所述控制模块(1)的人机对话系统。所述人机对话系统包括一个或多个串联连接的人机对话设备(2)，人机对话设备(2)包括功能元件(20)，其包括至少一个电触头(C1)、指示器(L1)、或至少一个电触头(C1)和指示器(L1)的组合，所述控制模块(1)包括微控制器(10)、被设计为连接至每个功能元件的公共端子(BC)、以及各自专用于每个人机对话设备的功能元件的相应控制的几个端子(BGi、BDi)。

Description

用于人机对话系统的控制模块
技术领域
本发明涉及一种用于人机对话系统的控制模块，并且还涉及一种包括所述控制模块的人机对话系统。
所述人机对话系统尤其包括一个或多个串联连接的人机对话设备，人机对话设备包括至少一个电触头、发光指示器、或由至少一个电触头和一个发光指示器形成的组合。
背景技术
专利申请EP2479646A1描述了一种人机对话系统，其包括：第一部分，配备有数据处理单元和电力供应单元；第二部分，包括各自配备有人机对话接口的几个人机对话设备、和将该电力供应单元和该处理单元连接至每个人机对话设备的通信总线。
此架构的主要缺点是其使用智能人机对话设备，换言之，包括微处理器和用于存储它们的状态的存储器。此架构因此更复杂且更昂贵。
本发明的目的是提供一种人机对话系统，其中，人机对话设备不具有智能性，并且控制模块允许每个人机对话设备经由采用最少布线的线缆被寻址。
发明内容
此目的通过用于人机对话系统的控制模块来实现，所述人机对话系统包括一个或多个串联连接的人机对话设备，人机对话设备包括功能元件，其包括至少一个电触头、指示器、或至少一个电触头和指示器的组合，所述控制模块包括微控制器、被设计为连接至每个功能元件的公共端子、以及各自专用于每个人机对话设备的功能元件的相应控制的几个端子，所述控制模块还包括：
-读取部件，被配置用于在一个读取时段上在其公共端子与每个专用端子之间施加第一符号的电压，以便读取所连接的人机对话设备的每个电触头的状态，
-写入部件，被配置用于在一个写入时段上施加与第一符号相反的符号的电压，以便写入所连接的人机对话设备的每个指示器的状态。
根据一个特定特征，控制模块被配置用于随时间经过交替地控制读取部件和写入部件，并且读取时段相对于写入时段而较短。
本发明还涉及一种人机对话系统，包括诸如上文定义的控制模块、以及几个串联连接的人机对话设备，人机对话设备包括功能元件，其包括至少一个电触头、指示器、或至少一个电触头和指示器的组合，所述控制模块包括连接至所有人机对话设备的公共端子、以及专用于人机对话设备的每个功能元件的相应控制的端子。
根据一个特定特征，该系统例如包括：
-人机对话设备，其配备有具有并联连接的第一电触头和第二电触头的功能元件，
-用于确定在所述读取时段上第一电触头的状态和第二电触头的状态的部件。
对于具有两个电触头的人机对话设备，确定部件被配置用于通过以下项确定每个电触头的状态：
-流过每个电触头的电流的水平，或者
-跨每个电触头的端子的电压的水平，或者
-通过将读取时段划分为被设计为读取第一电触头的状态的第一部分、以及被设计为读取第二电触头的状态的第二部分。
优选地，人机对话设备经由绞缆的网络通过点对点链接连接至控制模块。
优选地，指示器是发光类型的。
附图说明
在下面关于附图的详细描述中，其它特征和优点将变得显而易见，附图中：
-图1示意性地示出本发明的控制模块，
-图2A至图2C示出各个配置中的本发明的人机对话系统，
-图3A至图3D示意性地示出各个配置中的人机对话设备，
-图4示出包括并联连接的发光指示器和电触头的功能元件的电路图，
-图5图示由控制模块应用的读取和写入时间，
-图6和图7分别示出具有并联连接和具有串联连接的两个电触头并且允许读取两个触头的状态的功能元件，
-图8A示出具有并联连接的两个电触头并且允许读取两个触头的状态的功能元件，并且图8B图示被分配给每个电触头的状态的读取的读取时间。
具体实施方式
本发明的框架是人机对话系统，包括：
-几个串联连接的人机对话设备2，
-以一个或两个部分实施的控制模块1。
控制模块1包括允许读取和写入每个人机对话设备的状态的微控制器10、以及被设计为分别寻址每个人机对话设备的互连块。可以将互连块和微控制器10一起安装在同一壳体中、或者经由有线或无线连接而单独安装，微控制器10的智能性能够相对于互连块远程。
在说明书的以下部分中，表述“控制模块”的使用应当被认为覆盖两个可能的架构。在附图中，控制模块以包含互连块和微控制器10的单个壳体的形式表示。
控制模块1包括公共电触头端子BC、称为上游端子BGi的第一系列电触头端子、称为下游端子BDi的第二系列电触头端子，i从1至n(其中，n大于或等于2——在图1中n＝5)。上游电触头端子BGi通过线缆经由微控制器10连接至电触头端子BDi。
控制模块1还可以包括端子U1至U5，它们允许控制模块1连接至中央控制系统，例如，连接至可编程逻辑控制器(PLC)。
一般而言，根据本发明的控制模块用于控制一个或多个人机对话设备2。
每个人机对话设备2采取壳体的形式，并且包括称为上游端子BGi(其中i在1与n之间的范围中，并且n大于或等于2——在附图中n＝5)的几个端子、以及称为下游端子BDi(其中i在1与n之间的范围中，并且n大于或等于2——在附图中n＝5)的几个端子。每个人机对话设备2还包括由至少一个电触头、指示器、或者至少一个电触头和指示器的组合组成的功能元件20。该指示器可以是发光、振动或可听等任何类型的。在说明书的以下部分中以及在图中，将采取发光指示器的示例。
人机对话设备2与控制模块之间的连接通过绞缆来实施。根据各个配置，可以存在：
-具有一个功能元件的人机对话设备，所述功能元件包括连接至公共端子BC、至端子BG1和至端子BDn(在图3A和图3B中是BD5)的电触头C1或发光指示器L1(图3A和图3B)。每个其它端子BGi(其中i大于或等于2)直接连接至此对话设备的端子BDi-1。
-具有一个功能元件的人机对话设备，所述功能元件包括并联连接(图3C)至公共端子BC、至端子BG1和至端子BDn(在图3C中是BD5)的电触头C1和发光指示器L1。每个其它端子BGi(其中i大于或等于2)直接连接至此对话设备的端子BDi-1。
-具有一个功能元件的人机对话设备，所述功能元件包括并联连接(图3D)至公共端子BC、至端子BG1和至端子BDn(在图3D中是BD5)的两个电触头CA、CB和发光指示器L1。每个其它端子BGi(其中i大于或等于2)直接连接至此对话设备的端子BDi-1。
根据人机对话设备相对于控制模块1的位置，将经由控制模块1的单独的端子寻址人机对话设备。人机对话设备相对于控制模块1的位置对应于其地址。人机对话设备2因此不需要任何寻址配置。
绞缆的采用尤其允许控制模块1能够被放置在相对于人机对话设备的任何位置，换言之，在头部(图2A)、在至少两个人机对话设备之间(图2B)、或在尾部(图2C)。
在未示出的本发明的一个变型实施例中，人机对话设备的功能单元从连接部分脱离，并且每个人机对话设备可以经由多导体线缆物理地连接至不一定与其相邻的另一人机对话设备。
从上文的描述可见，所有的人机对话设备2物理地连接在一起、并且直接地或通过其它人机对话设备连接至控制模块1，使得可以与控制模块1直接交换这些设备的每个的控制和状态信号。借助上文描述的绞缆，几个人机对话设备2可以与控制模块1串联连接，并与此模块交换数据，而与它们各自相对于该模块的位置无关。
根据本发明，控制模块1也被配置用于读取和写入连接至其的人机对话设备2的每个功能元件20的状态。
对于其功能元件包括在相同端子之间并联连接的至少一个电触头C1和发光指示器L1的人机对话设备，可以同时进行读取和写入。
为此，控制模块1在公共端子BC与专用于所寻址的人机对话设备的功能元件20的端子DBi之间施加正或负电压。
图4示意性地示出在公共端子BC与端子BDi之间连接且包括在这些端子之间并联连接的发光指示器L1(例如，发光二极管)和电触头C1的功能元件20。除了发光指示器L1之外，功能元件20还包括与发光指示器L1串联连接的电阻R1和二极管D2。为了写入发光指示器L1的状态，控制模块1实施写入部件，其被配置用于在两个端子之间施加电压VW，从而允许电流流过发光指示器L1。与电触头C1串联地，功能元件20包括二极管D3，所述二极管D3取向相对于与发光指示器串联的二极管D2的相反方向。为了读取电触头C1的状态，控制模块实施读取部件，其被配置用于在两个端子之间施加具有与电压VW相反的符号的电压VR，并且如果电触头C1闭合则使得电流能够流过电触头C1。
根据二极管D2、D3的取向选择每个电压VW和VR的符号。
参考图5，对于连接至其的每个人机对话设备2，控制模块1因此被配置用于通过交替地施加电压VW和电压VR，施加用于写入功能元件的电触头C1和发光指示器L1的状态的时段TW和用于读取所述状态的时段TR。在中断写入阶段的同时将读取阶段进行非常短的时间段。读取阶段将例如持续几毫秒，并且意图用于此读取操作的中断将保持对裸眼不可见。如图5中所示，用于发光指示器的两个长写入时段因此每次被用于读取电触头的短时段分开。控制模块1为系统的每个人机对话设备2应用此策略。读取时段将例如表现为少于读取和写入操作所需的总持续时间的1％。
对于包括两个并联连接的电触头CA、CB的功能元件20，控制模块1必须能够确定每个电触头CA、CB的相应状态。图6至图8示出允许控制模块1通过仅采用单个布线读取两个触头CA、CB的状态的几个实施例。两个电触头CA、CB并联连接在控制模块1的公共端子BC与端子BDi之间。
图6示出允许区分两个触头CA、CB的状态的第一解决方案。在图6中，两个阻抗ZA、ZB各自与触头CA、CB串联连接，以便允许通过电流区分。两个阻抗ZA、ZB具有不同的值，使得流过每个触头的两个电流IA和IB具有不同的值，并且因此当仅将两个触头中的一个控制为闭合状态时允许确定两个触头中的哪一个有效(active)。通过在两个触头CA、CB所并联连接的端子BDi与公共端子BC之间施加电压VR，控制模块1将以如下方式区分触头的状态：
-CA和CB在断开状态中：控制模块1所见的电流将为零——I＝0
-CA在闭合状态中并且CB在断开状态中，控制模块1所见的电流将具有值I＝IA＝VR/ZA
-CA在断开状态中并且CB在闭合状态中，控制模块1所见的电流将具有值I＝IB＝VR/ZB
-CA在闭合状态中并且CB在闭合状态中，控制模块1所见的电流将具有值I＝IA+IB＝VR/ZA+VR/ZB
图7示出允许区分两个触头CA、CB的状态的第二解决方案。在图7中，两个齐纳二极管DZA、DZB各自与触头CA、CB并联连接，以便使得能够通过电压区分。两个二极管DZA、DZB具有不同的值，以便当仅将两个触头中的一个控制为闭合状态时能够确定两个触头中的哪一个有效。通过在两个触头CA、CB所串联连接的端子BDi与公共端子BC之间施加电压VR，控制模块1将以如下方式区分触头的状态：
-CA和CB在断开状态中：控制模块所见的电压于是等于：VR＝VZA+VZB
-CA在闭合状态中并且CB在断开状态中，控制模块所见的电压于是等于：VR＝VZB
-CA在断开状态中并且CB在闭合状态中，控制模块所见的电压于是等于：VR＝VZA
-CA在闭合状态中并且CB在闭合状态中，控制模块所见的电压为零：VR＝0
在图8A和图8B中，通过时间进行区分。在图8A中，一个接一个地控制两个晶体管TA和TB，以便激活承载每个被监视的触头CA、CB的电路分支的一个或另一个。单稳态元件M允许交替地控制两个晶体管TA、TB。参考图8B，因此将读取时段TR划分为两个部分。通过在公共端子BC与端子BDi之间施加电压VR，在读取时段TR的第一部分上，控制模块1读取第一触头CA的状态，并且，在读取时段TR的第二部分上，控制模块1读取第二触头CB的状态。
所提供的解决方案将尤其允许采用最少布线用于寻址系统的每个人机对话设备，然而无需使用设备的智能性、或复杂读取/写入方法。

Claims (9)

1.用于人机对话系统的控制模块(1)，所述人机对话系统包括一个或多个串联连接的人机对话设备(2)，人机对话设备(2)包括功能元件(20)，其包括至少一个电触头(C1)、指示器(L1)、或至少一个电触头(C1)和指示器(L1)的组合，所述控制模块(1)包括微控制器(10)、被设计为连接至每个功能元件的公共端子(BC)、以及各自专用于每个人机对话设备的功能元件的相应控制的几个端子(BGi、BDi)，其特征在于，所述控制模块包括：
-读取部件，被配置用于在一个读取时段上在其公共端子(BC)与每个专用端子之间施加第一符号的电压(VR)，以便读取所连接的人机对话设备的每个电触头(C1)的状态，
-写入部件，被配置用于在一个写入时段上在其公共端子(BC)与每个专用端子之间施加与所述第一符号相反的符号的电压(VW)，以便写入所连接的人机对话设备的每个指示器(L1)的状态。
2.如权利要求1所述的控制模块，其特征在于，所述控制模块被配置用于随时间经过交替地控制所述读取部件和所述写入部件，并且在于，所述读取时段相对于所述写入时段而较短。
3.人机对话系统，包括控制模块(1)、以及几个串联连接的人机对话设备(2)，人机对话设备包括功能元件(20)，其包括至少一个电触头(C1)、指示器(L1)、或至少一个电触头和指示器的组合，所述控制模块(1)包括连接至所有所述人机对话设备的公共端子(BC)、以及专用于所述人机对话设备的每个功能元件(20)的相应控制的端子，其特征在于，所述控制模块(1)在前述权利要求之一中被定义。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统包括：
-人机对话设备，其配备有具有并联连接的第一电触头(CA)和第二电触头(CB)的功能元件，
-确定部件，用于确定在所述读取时段上所述第一电触头(CA)的状态和所述第二电触头(CB)的状态。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述确定部件被配置用于通过流过每个电触头的电流的水平确定每个电触头的状态。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述确定部件被配置用于通过跨每个电触头的端子的电压的水平确定每个电触头的状态。
7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述确定部件被配置用于将读取时段(TR)划分为被设计为读取所述第一电触头(CA)的状态的第一部分、以及被设计为读取所述第二电触头(CB)的状态的第二部分。
8.如权利要求3至7中之一所述的系统，其特征在于，所述人机对话设备(2)经由绞缆的网络通过点对点链接连接至所述控制模块。
9.如权利要求3至5中之一所述的系统，其特征在于，所述指示器是发光类型的。
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