CN107015507A - 一种中央控制器综合扩展系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了中央控制系统领域中的一种中央控制器综合扩展系统，包括主芯片MCU和供电电源，主芯片MCU与并行的RS232线路、RS485线路以及TCP/IP网络控制线路连接，主芯片MCU的输出端通过异步收发器、第一RS232收发器连接外部设备进行通讯，主芯片MCU连接4个扩展IO口，主芯片MCU通过继电器控制弱继电器的开关，主芯片MCU生成的红外信号经过红外遥控发射电路输送到红外遥控发射端子，红外遥控发射端子发射的信号控制红外设备的动作。本发明对可以管理的系统大小做了一个提升，并且采用了记录红外高低电平时间的方式，解决了有些红外代码（例如空调）不能学习的问题。

Description

一种中央控制器综合扩展系统
技术领域
本发明涉及中央控制系统领域，具体的说，是涉及一种中央控制器综合扩展系统。
背景技术
现有的中央控制系统主要用来集成大规模的智能设备，以连接为一个可控的系统网络（例如：美国AMX的中央控制系统主机NX-2200，可以通过4个RS232端口进行有线控制4个不同的设备,并且拥有4个红外端口，4个输入输出端口，4个继电器端口，用专用软件以网络连接方式进行控制），但是目前的中央控制系统主机所拥有的端口已经无法满足更大的控制方案，并且所使用的红外系统，需要额外的专用红外学习机配合方可使用，而且只能学习标准的红外代码，在实际应用中十分不便。
上述缺陷，值得解决。
发明内容
为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种中央控制器综合扩展系统，对可以管理的系统大小做了一个提升，并且采用了记录红外高低电平时间的方式，解决了有些红外代码（例如空调）不能学习的问题。
本发明技术方案如下所述：
一种中央控制器综合扩展系统，其特征在于，包括主芯片MCU和供电电源，
所述主芯片MCU与RS232线路、RS485线路以及TCP/IP网络控制线路连接，所述RS232线路、所述RS485线路以及所述TCP/IP网络控制线路并行连接，
所述主芯片MCU还与红外接收头连接，
所述主芯片MCU的输出端连接两个四通道通用异步收发器连接，所述四通道通用异步收发器连接第一RS232收发器，所述第一RS232收发器通过输出公座连接外部设备进行通讯，
所述主芯片MCU通过电平转换电路与4个扩展IO口连接，
所述主芯片MCU通过继电器控制电路连接8个弱继电器开关，所述弱继电器开关通过8Pin凤凰头控制弱继电器的开关，
所述主芯片MCU生成的红外信号经过红外遥控发射电路输送到红外遥控发射端子，所述红外遥控发射端子发射的信号控制红外设备的动作。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述供电电源为12V直流电源适配器，所述电源适配器的输入接口为2Pin凤凰头。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述主芯片MCU还与四位拨码开关、按键以及红外学习状态指示灯连接。
根据上述方案的本发明，其特征在于，在TCP/IP网络控制线路中，RJ45网络端子通过以太网协议栈管理芯片与所述主芯片MCU连接。
进一步的，所述以太网协议栈管理芯片为CH395Q芯片。
根据上述方案的本发明，其特征在于，在RS485线路中，4Pin凤凰头通过RS485收发器与所述主芯片MCU连接。
进一步的，所述RS485收发器为SP3485芯片。
根据上述方案的本发明，其特征在于，在RS232线路中，DB9母座通过第二RS232收发器与所述主芯片MCU连接，所述第二RS232收发器的输出端连接DB9公座。
进一步的，所述第二RS232收发器为SP3232芯片。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述主芯片MCU通过SPI总线与所述四通道通用异步收发器连接。
进一步的，所述四通道通用异步收发器为VK3224芯片。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述主芯片MCU通过异步通讯方式与CMOS移位寄存器连接，所述CMOS移位寄存器分别连接LED信号指示灯和数码管。
进一步的，所述CMOS移位寄存器为74HC595芯片，其漏极开路输出。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述主芯片MCU及内部电路集成于电路板上，所述电路板设于壳体内部，电源输入端口、4Pin凤凰头、RJ45网络端子、DB9母座、DB9公座、5Pin凤凰头、所述红外遥控发射端子、8Pin凤凰头、第二RS232收发器、四位拨码开关、数码管、LED信号指示灯、按键以及红外学习状态指示灯设于所述壳体的侧面，并且所述电源输入端口、所述4Pin凤凰头、所述RJ45网络端子、所述DB9母座、所述DB9公座、所述5Pin凤凰头、所述红外遥控发射端子、所述8Pin凤凰头、所述第二RS232收发器、所述四位拨码开关、所述数码管、所述LED信号指示灯、所述按键以及所述红外学习状态指示灯通过内部线路与所述主芯片MCU连接。
根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明采用了RS232、RS485以及TCP/IP网络端口并行的控制接口以便利于连接到原有中央控制系统主机的系统网络中，或直接连接上位机以采用上位机软件控制的系统网络中，对于可控系统的控制数据进行传递，保证控制代码的准确性以及系统运行的流畅性，相对于中央控制系统主机降低了成本，简化了工艺流程。对于红外部分，采用采集红外信号高低电平时间的方式，对于红外代码进行收集解码储存，并且同时拥有编码发送的能力，收发一体，在实际使用中提升了便利性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明壳体一侧的示意图。
图3为本发明壳体另一侧的示意图。
图4为本发明MCU的电路图。
图5为本发明主232输入接口与主232输出接口电路图。
图6为本发明RJ45的电路图。
图7为本发明485接口电路图。
图8为本发明扩展232控制模块电路图。
图9为本发明扩展232的DB9接口电路图。
图10为本发明扩展232输出接口电路。
图11为本发明电源转化模块的电路图。
图12为本发明对外IO接口电平转化电路。
图13为本发明对外IO接口5pin凤凰座与4位拨码开关电路图。
图14为本发明IR扩展模块部分电路。
图15为本发明4路IR（红外）接口电路。
图16为本发明1、2、5、6号继电器控制电路。
图17为本发明3、4、7、8号继电器控制电路。
图18为本发明8路继电器对外连接电路。
图19为本发明IR部分3路LED指示灯控制电路。
图20为本发明红外接口模块电路。
图21为本发明3路按键部分电路。
图22-23为本发明各信号与电源的LED指示灯电路。
图24为本发明重启MCU按键部分电路。
图25为本发明JTAG下载部分电路。
图26为本发明数码管显示电路。
图27为本发明以太网协议栈管理芯片部分电路。
图28为本发明各信号以及电源的LED指示灯控制电路。
在图中，1、电源输入端口；2、4Pin凤凰头；3、RJ45网络端子；4、DB9母座；5、DB9公座；6、5Pin凤凰头；7、红外遥控发射端子；8、8Pin凤凰头；9、第二RS232收发器；10、四位拨码开关；11、数码管；12、LED信号指示灯；13、按键；14、红外学习状态指示灯。
具体实施方式
下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：
如图1所示，一种中央控制器综合扩展系统，包括主芯片MCU和供电电源，主芯片MCU型号为型号STM32F103VCT6，供电电源为12V、1-2A的直流电源适配器，电源适配器的输入接口为2Pin凤凰头。供电电源通过电压转换电路图11转化为1.8V供给以太网协议栈管理芯片，转化为3.3V供给MCU以及各部分芯片，给整套系统供电。
主芯片MCU与RS232线路、RS485线路以及TCP/IP网络控制线路连接，RS232线路、RS485线路以及TCP/IP网络控制线路并行连接。
在TCP/IP网络控制线路中，RJ45网络端子通过以太网协议栈管理芯片与主芯片MCU连接，以太网协议栈管理芯片为CH395Q芯片，RJ45网络端子接到CH395芯片的对应引脚，用以接收网络数据，并转化为SPI数据发送给主芯片，主芯片向外发送网络数据时，也是以SPI数据类型发送给CH395芯片，由其转换为网络数据格式发送。
在RS485线路中，4Pin凤凰头通过RS485收发器与主芯片MCU连接，RS485收发器为+3.3V到+5V的SP3485芯片，RS485类型数据通过SP3485转换为单片机主芯片可识别的输入和输出数据，用以和主芯片进行通讯。
在RS232线路中，DB9母座通过第二RS232收发器与主芯片MCU连接，第二RS232收发器的输出端连接DB9公座，DB9公座作为级联口，主芯片接收数据后，直接透传经过SP3232芯片转化为RS232信号，从此处发出，作为级联使用。第二RS232收发器为+3.3V到+5V的SP3232芯片，RS232类型的数据通过SP3232转换为单片机主芯片可识别的输入输出数据，用以和主芯片进行通讯。
主芯片MCU还与红外接收头、四位拨码开关、按键以及红外学习状态指示灯连接。红外接收采用红外接收头，将红外信号转化为高低电平，以高低电平持续时间来记录红外码值；四位拨码开关用于设定设备地址，四位拨码开关从左到右拨上去以后分别对应于数值1、2、4、8，设备地址的计算方式为所有拨上去的位置的数值之和；按键连接到单片机输入输出引脚，以低电平来表示按键按下；红外学习状态指示灯连接到单片机输入输出引脚，用单片机来控制LED灯的亮灭，低电平灯亮。
主芯片MCU通过SPI总线与两个四通道通用异步收发器连接，四通道通用异步收发器为VK3224芯片。四通道通用异步收发器连接第一RS232收发器，第一RS232收发器通过输出公座连接外部设备进行通讯。主芯片MCU以电平转换电路将4个输入输出引脚从TTL电平转化为5V从4个扩展IO口输出，通过主芯片控制电平高低以达到IO高低电平的效果。
主芯片MCU通过电平转换电路与4个扩展IO口连接，主芯片MCU以电平转换电路将4个输入输出引脚从TTL电平转化为5V从4个扩展IO口输出，通过主芯片控制电平高低以达到IO高低电平的效果。
主芯片MCU通过继电器控制电路连接8个弱继电器开关，弱继电器开关通过8Pin凤凰头控制弱继电器的开关，具体的是以电平高低的方式来控制8个弱电继电器的开关。
主芯片MCU生成的红外信号经过红外遥控发射电路输送到红外遥控发射端子，红外遥控发射端子发射的信号控制红外设备的动作。主芯片以PWM格式生成一路38KHZ的载波信号，将存储的红外码以高低电平的形式与此载波信号经过与门作用，生成红外信号，此时可以经过红外发射端子，将其转化为红外线信号，对于红外设备进行控制。
主芯片MCU通过异步通讯方式与CMOS移位寄存器连接，以控制74HC595芯片8个对外引脚的电平高低，从而使指示灯以及数码管亮或灭，达到指示状态的效果。CMOS移位寄存器分别连接LED信号指示灯和数码管，CMOS移位寄存器为74HC595芯片，其漏极开路输出。
如图2-3所示，主芯片MCU及内部电路集成于电路板上，电路板设于壳体内部，电源输入端口1、4Pin凤凰头2、RJ45网络端子3、DB9母座4、DB9公座5、5Pin凤凰头6、红外遥控发射端子7、8Pin凤凰头8、第二RS232收发器9、四位拨码开关10、数码管11、LED信号指示灯12、按键13以及红外学习状态指示灯14设于壳体的侧面，并且电源输入端口1、4Pin凤凰头2、RJ45网络端子3、DB9母座4、DB9公座5、5Pin凤凰头6、红外遥控发射端子7、8Pin凤凰头8、第二RS232收发器9、四位拨码开关10、数码管11、LED信号指示灯12、按键13以及红外学习状态指示灯14通过内部线路与主芯片MCU连接。
电源输入端口1为12V电源输入端口，提供整个设备供电；4Pin凤凰头2为RS485接口，作为RS485类型数据的输入接口；RJ45网络端子3为RJ45网络接口，作为TCP/IP网络协议数据的输入输出接口；DB9母座4作为RS232数据的输入接口；DB9公座5作为RS232数据的输出接口；5Pin凤凰头6为IO接口，分别作为4个IO输出，1个GND引脚；红外遥控发射端子7为8pin凤凰头，作为4个独立的红外输出接口；8Pin凤凰头8作为8个独立的继电器对外接口；第二RS232收发器9为8个RS232公座，作为RS232的扩展输出接口；四位拨码开关10作为设备地址设置；数码管11是8位数码管，显示红外相关信息；LED信号指示灯12是3个LED灯，以不同的灯亮指示红外相关操作过程；按键13分别在红外学习中起到红外序号增加、红外序号减少、开始红外学习的功能；红外学习状态指示灯14是设备各端口相关的LED指示灯，显示信号来源与频率。
本发明的实现原理为：
本发明同时对于TCP/IP网络、RS232、RS485，扩展子串口、红外接收器、输入输出口这些对外端口的指令数据或电平高低变化进行监控，根据各部分数据或高低电平的不同，进行预设的功能操作，并将信息传递给级联的下一台设备以及反馈给接收到变化的端口。
红外部分接收红外码的同时进行解码储存，并编码为常见可识别的格式从主端口发送给上位机程序或中央控制系统主机。
主控设备（上位控制软件或中央控制系统主机）通过RS232/RS485输入接口，经过SP3232/SP3485转化为TTL电平的数据信号，或LAN网口连接通过调用CH395芯片的相关功能，转化为单片机（主芯片MCU）识别的数据信号传递给本发明，本发明会将接收到的数据通过级联RS232输出接口进行发送；并且同时对于接收到的信号进行分析，当接收到的信号符合协议时，调用相关功能。RS232、RS485主串口和级联输出串口默认固定为波特率为9600bps，8位数据，1位停止位，没有校验位。
如图5-28所示，本发明实现的过程为：
外部信号232通过图5电路转化电平传递给MCU芯片；485信号通过图7电路转化电平传递给MCU芯片；网络信号通过图6所示RJ接口传递给图27以太网协议栈管理芯片，然后转化为SPI信号传递给MCU芯片；拨码开关如图13连接到MCU对应引脚，以高低电平方式表现当前拨码开关值；外部红外信号通过图20将红外信号转化为高低持续电平传递给MCU芯片；按键通过图21传递高低电平信号给MCU，低电平表示按键按下，各信号经MCU软件处理，进行对应功能的控制；图24所示电路控制MCU的重启，按键按下，MCU重启；图25为JTAG方式的MCU下载口连接电路，下载MCU软件时使用。
MCU对外扩展232通过图8由SPI信号转化为232信号，再经图10电平转化，由图9的DB9接口对外输出；MCU通过图12电路转化电平，控制对外IO接口高低电平，由图13的5pin凤凰头对外输出高低电平；MCU通过图14，以PWM方式形成38Hz标准红外载波，并将红外信号附加在载波信号上，由图15对外接口输出红外信号高低电平，外加红外发射棒即可发射红外；通过图19以MCU的IO口电平高低控制红外部分LED指示灯亮灭，低电平灯亮；通过图16、图17电路控制继电器部分电平高低，由图18对外接口，连接外部设备，以继电器开关控制外部的导通状态；MCU通过图28以异步方式控制各信号指示灯部分电路的电平高低，通过图22、图23部分电路，控制各LED 指示灯的亮灭，对应引脚低电平灯亮。
分析到的数据分以下情况：
1、当识别为扩展子串口数据处理指令时，以四通道通用异步收发器VK3224所确定的协议方式将接收的数据添加协议包发送对应数据给四通道通用异步收发器VK3224，进而从子串口发送数据
2、当识别为继电器控制指令时，通过控制与继电器部分电路相连的引脚电平高低，来达到控制继电器开关的功能
3、当识别为扩展IO口处理指令时，根据指令不同，设置扩展IO口为输入或输出模式，当为输出模式时，控制与此相连的输入输出口电平高低，从而控制扩展IO口电平高低，当为输入模式时，拉高此输入输出口，并查询此接口电平，从而确定外部连接的高低电平
4、当识别为红外数据处理指令时，从FLASH调出对应的红外数据，以PWM格式生成一个38KHZ的载波信号，再将红外数据以电平高低持续时间的方式，将其与载波信号进行与门操作，即生成可以被红外信号发射器识别的红外码。接收红外码时，通过红外接收头，转化为高低电平，然后程序记录高低电平时间，并比对预设常用的红外代码格式，从而确定红外代码格式，并将其转化为常用代表红外方式输出给主控设备，并将红外代码储存在FLASH中。
本发明的技术效果为：
本发明采用高精密级集成电路和工业级芯片集成的一款具有232串口扩展，LAN网口、RS232、RS485输入输出控制，IO控制，继电器控制及红外学习和发送的中控扩展多用途设备。EXB-CIR拥有8路独立双向RS232接口，4路独立的IO输入输出接口，8路继电器控制，简便的红外学习功能面板和4路红外输出接口，可为用户的不同使用需求提供帮助。
本发明可通过自身的双向RS232接口，对矩阵、音频处理器及投影机等具有RS232接口设备进行控制，拥有8路继电器可以对于外部连接设备进行开关控制，4路扩展IO口可以进行开关量信号的监测，同时可通过自身的红外学习和红外发送功能，实现对电视机、DVD、空调等常见统一编码方式的可红外遥控设备的控制。并且可以实现常见方式红外遥控器的解码，每台设备能够存储多达99条红外码。
本发明最多支持15台设备通过RS232级联（每台设备的设备码不同并单独控制，若需要同时进行多台相同设备的同样操作，则可以设置为同样的设备码级联更多），每台设备自带信号中继功能，设备也可通过IP网络多台扩展。
本发明可兼容于AMX、CRESTRON等高端智能控制系统网络中，作为综合扩展设备以便于扩大控制系统规模，以及更有效地对于智能设备进行操控，达到在实现系统功能的前提下控制成本的目的。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种中央控制器综合扩展系统，其特征在于，包括主芯片MCU和供电电源，
所述主芯片MCU与RS232线路、RS485线路以及TCP/IP网络控制线路连接，所述RS232线路、所述RS485线路以及所述TCP/IP网络控制线路并行连接，
所述主芯片MCU还与红外接收头连接，
所述主芯片MCU的输出端连接两个四通道通用异步收发器连接，所述四通道通用异步收发器连接第一RS232收发器，所述第一RS232收发器通过输出公座连接外部设备进行通讯，
所述主芯片MCU通过电平转换电路与4个扩展IO口连接，
所述主芯片MCU通过继电器控制电路连接8个弱继电器开关，所述弱继电器开关通过8Pin凤凰头控制弱继电器的开关，
所述主芯片MCU生成的红外信号经过红外遥控发射电路输送到红外遥控发射端子，所述红外遥控发射端子发射的信号控制红外设备的动作。
2.根据权利要求1所述的中央控制器综合扩展系统，其特征在于，所述供电电源为12V直流电源适配器，所述电源适配器的输入接口为2Pin凤凰头。
3.根据权利要求1所述的中央控制器综合扩展系统，其特征在于，所述主芯片MCU还与四位拨码开关、按键以及红外学习状态指示灯连接。
4.根据权利要求1所述的中央控制器综合扩展系统，其特征在于，在TCP/IP网络控制线路中，RJ45网络端子通过以太网协议栈管理芯片与所述主芯片MCU连接。
5.根据权利要求1所述的中央控制器综合扩展系统，其特征在于，在RS485线路中，4Pin凤凰头通过RS485收发器与所述主芯片MCU连接。
6.根据权利要求1所述的中央控制器综合扩展系统，其特征在于，在RS232线路中，DB9母座通过第二RS232收发器与所述主芯片MCU连接，所述第二RS232收发器的输出端连接DB9公座。
7.根据权利要求1所述的中央控制器综合扩展系统，其特征在于，所述主芯片MCU通过SPI总线与所述四通道通用异步收发器连接。
8.根据权利要求1所述的中央控制器综合扩展系统，其特征在于，所述主芯片MCU通过异步通讯方式与CMOS移位寄存器连接，所述CMOS移位寄存器分别连接LED信号指示灯和数码管。
9.根据权利要求1所述的中央控制器综合扩展系统，其特征在于，所述主芯片MCU及内部电路集成于电路板上，所述电路板设于壳体内部，电源输入端口、4Pin凤凰头、RJ45网络端子、DB9母座、DB9公座、5Pin凤凰头、所述红外遥控发射端子、8Pin凤凰头、第二RS232收发器、四位拨码开关、数码管、LED信号指示灯、按键以及红外学习状态指示灯设于所述壳体的侧面，并且所述电源输入端口、所述4Pin凤凰头、所述RJ45网络端子、所述DB9母座、所述DB9公座、所述5Pin凤凰头、所述红外遥控发射端子、所述8Pin凤凰头、所述第二RS232收发器、所述四位拨码开关、所述数码管、所述LED信号指示灯、所述按键以及所述红外学习状态指示灯通过内部线路与所述主芯片MCU连接。
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