CN1081851C - 一种电子开关 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种电子开关，它由多个控制器11、12、13、14等连成环形而成，各用电器21、23、26、28等通过通断元件(如可控硅等)，22、24、27、29接于控制器中或通过串行——并行变换器25接于控制器间的传输线上，各控制器上都设有控制各用电器的按键开关；输入用电器的开关信号，用电器的开关信号在控制器以并行方式存贮，以串行方式在控制器间循环传输，具有能在装置于不同地点的控制器上控制不同地点用电器的优点。

Description

一种电子开关

本发明属于电子开关，尤其适用于公共照明系统。

一般的电器，如：电灯，电风扇等，其开关为机械式，与电器串联接在电力线上，由于通过开关的电流与电器的相等，使开关上的连接线必须较粗以满足功率要求，其不足之处是安装布线较复杂，浪费材料，当制成能在一处控制多处电器的总控制式开关组时，该不足更为明显，且开关组的体积也会很大。

一般的电子开关，通常制成控制器式，即控制器中含有开关信号输入电路，开关信号处理电路，控制脉冲信号发生电路，以及接在开关信号处理电路和用电器之间的通断元件，如可控硅，继电器等。其中控制脉冲发生电路发出控制器内各电路工作顺序或步调的脉冲信号。

以上现有技术都存在这样的不足：它们不便于在多处设置相互关联的控制器或开关组，以便能在多处任意控制多处电器的开和关。如：在办公大楼内的公共照明系统，当人们晚间处于大楼一楼内时，不便于任意打开或关上二楼、三楼及其它楼层中的灯；在其它楼层时，也不便打开或关上远离所处楼层中的灯，常需要在黑暗中开灯以及关灯后在黑暗中离开所处楼层，很不方便。

本发明的目的是提供一种能在多处任意控制多处电器开和关的电子开关。

本发明的目的是这样达到的：它由多个控制器组成，这些控制器由信号传输线连成环形，控制器则由串行——并行转换器，信号传输电路，并行——串行转换器组成；信号传输电路设有并行输入接口和并行输出接口，以及多个指令输入按键，串行——并行转换器的输入端通过传输线与前一控制器中的并行——串行转换器的输出端相连，其并行输出端与信号传输电路的并行输入接口对应相接；并行——串行转换的并行输入端与信号传输电路的并行输出接口对应相接，将其并行输入端的信号以串行方式由输出端输出，通过信号传输线传至下一控制器中的串行——并行转换器的输入端上，即其输出端通过信号传输线与下一控制器的串行——并行转换器的输入端相连，当用电器与通断元件串联接于电源中，通断元件的控制端接于任一控制器中设定的并行端上(如串行——并行转换器的并行输出端或信号传输电路的并行输入或输出接口、并行——串行转换器的并行输入端)，其电位的高低分别对应表示不同用电器的开或关，即通过控制通元件导通或断开、截止，控制用电器的开和关，信号传输电路是一变异传输电路，如某用电器的初始为关，其在各控制器中信号传输电路中对应的输入。输出接口的电位为低电平，当在任一控制器的信号传输电路中输入该用电器开的指令后，其对应输出接口电位变为高电平，其对应输入接口的电位在一个传输周期内还是低电平，即不变电平，该不变的低电平并不会刷去其对应输出接口上的高电平，一个传输周期后，该对应输入接口亦变为高电平，与对应输出接口一致；上述输出接口上的高电平信号传至下一控制器中的串行--并行转换器的对应并行输出端上，使信号传输电路表示该用电器开或关的输入接口上的电位变高，即；使其由低电平转变为高电平，即电位发生变化，变化的高电平信号经信号传输电路后，在其对应的输出接口上，亦由低电平变为高电平，即刷新输出接口上的低电平，即变异传输；如此下去，因控制器接为环形，一个传输周期后，各控制器中表示该用电器开关的并行端都为高电平。因此，用电器通断元件的控制端只要接在任一控制器中设定的并行端上，就可实现由装于不同地点的任一控制器控制其开与关。

由上述可知，控制器可设置多个，控制器中可设多个并行端，实现可在多处任控制多个用电器的开与关，使用极为方便；且因用电器的开关信号为串行传输，控制器间的信号传输线的根数目很少，又无负载问题，有节省材料，安装布线方便的优点。

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详述。

图1是本发明当控制器有四个，控制四只电灯时的实施的电源理方框图。

图2是控制器原理方框图。

图3至图9是控制器的实施例的原理图。

图10是控制器中同步脉冲信号的原理图。

下面以四个控制器控制四只电灯为例，说明本发明的原理。

参见图1，本发明的控制器设有11、12、13、14共四个，控制电灯21、23、26、28四只，它们通过通断元件如可控硅，继电器等22、24、27、29接于交流市电中，其中通断元件22、27、29的控制端接于控制器中，24则接于串行——并行转换器25的设定的输出端上，该串行——并行转换器25的输入端则接于控制器间的信号传输线上，控制器11、12、13、14上分别都设有各用电器的按键开关，输入各用电器的开关信号，这些信号不断地由一控制器向另一控制器以串行方式循环传输，在控制器中以并行方式存贮，当它们完成一环形传输周期后，通断元件必接收到用电器的开关信号，实现在装置于多处的控制器上控制多个用电器开与关的目的。其中电灯26的控制信号取于控制信号传输过程中，即通断元件24通过串行——并行转换器25从信号传输线上取得开关信号。

参见图2和图1，控制器由串行——并行转换器3，信号传输电路5，并行——串行转换器8构成；其中串行——并行转换器3由输入端30接收前一控制发出关于各用电器开关的串行信号，并以并行方式输出；并行——串行转换电路8用以将其并行输入端表示各用电器开关的信号以串行方式输出；信号传输电路有并行输入端，它与串行——并行转换器3的输出端对应相接；它还设有并行输出端，与并行——串行转换器8的输入端对应相接，各用电器的开关信号存贮于信号传输电路的输入端与输出端上，(以下简称端线)，如设电灯21、23、26、28的开关信号，分别存贮于端线411、410、421、420、431、430、441、440上，且以高电平表示电灯开，低电平表示电灯关；信号传输电路5上还设有各电灯的控制按键开关，如设按键511、512、513、514，分别控制电灯21、23、26、28的开与关。当按动某按键开关时，其控制的电灯的开关信号在信号传输电路5的对应的输出端上输出，如电灯28初始为关，各控制器中的端线441、440上为低电平，当在某控制器上按动按键514时，则该控制器中的端线440变为高电平。

信号传输电路5是一个变异传输电路，即当其输入端的信号变化时，该变化后的信号才传输至对应的输出端上，对于上例，端线440上变为高电平后，它由并行——串行转换器8接收，与其它输入端上的信号一起以串行方式传至下一控制器3的输出端上，使其输出端端线441变为高电平，该变化后的高电平信号经信号传输电路5传至其输出端端线440上，即使其变为高电平。如此传输下去，最后达至按支动过按键514的控制器中，由串行——并行转换器3将其端线441由低电平改变为高电平；另：从开始按动按键514至一个传输周期前，该控制器上的串行——并行转换器3是不断地接收前一控制器发出的串行信号的，但由于端线441上的电平一直为低电平，是一个不变的电平，它不会被传输至信号传输电路5的输出端440上，将其高电平刷除。如再按动按键514，使电灯28关，其传输结果相同，从而使所有控制器的端线441、440都变为低电平。这样，控制电灯28的通断元件29无论装于哪一个控制器中的端线441、440上都可获得开关信号，反之无论按哪一个控制器中的按键514，均可控制电灯28开和关，对于其它电灯、或用电器都可用相同原理实现多处控制。

参见图3，它是控制器的一个实施例，尤其反映了信号传输电路5的工作原理，它说明了控制电灯23，即端线421、420间信号传输电路5的电路构成，该电路支路主要由反向器521与双向可控硅522串联再与电阻523并联，接于端线421、420之间而成；可控硅522的控制极与正向极间接有一模拟电子开关527，模拟电子开关527的导通则由按键512、电阻524、525及电容526组成的导通控制电路来实现，即当按动按键512一次后，电子模拟开关527的控制端得到高电平脉冲一次，从而导通一次，因可控硅的正向极与负向极间总有电压差，则可控硅522导通。因它为过零关断。因此只有当上述电压差为零或反转一次时，可控硅522才关断。下面说明它是如何实现变异传输的。

设电灯23初始为关，各控制器中端线421、420上的电压均为低电平，此时反向器521向可控硅522导通，电流由反向器521输出，使端线420为高电平，因限流电阻523的作用，端线421上还为低电平，420上的高电平经并行--串行转换器8输出，由下一控制器中的串行--并行转换器3接收，其端线421变为高电平，因该控制器中可控硅522为截止，其端线420亦变为高电平；如此传输，至按动过512按键的控制器时，其串行--并行转换器3接收，端线421变为高电平，反向器521输出低电平，而端线420为高电平，则可控硅正向极与反向极间的电压反转一次，变为过零截止，由此，各控制器中的端线421、420都变为高电平，电灯23变亮。若再按动按键512一次，电子模拟开关527导通一次，则电流由端线421输出经限流电阻532，可控硅522至反向器521的输出端上，此时，端线421还为高电平，而端线420因电流流经限流电阻523，而变为低电平，该低电平经并行--串行转换器8输出至下一控制器中，使其端线421上的电压变为低电平，因该控制器中可控硅522为截止关断，所以其端线420也变为低电平，如此传输至按动过按键512的控制器，其串行--并行转换器3接收到上一控制器传来的电灯23关的信号后，端线421变为低电平，从而使反向器521输出高电平，使流过可控硅522的电流倒向，而使可控硅522过零截止，此时，各控制器中端线421、420的电位均变为低电位，可控硅亦都处于截止状态。由上述可知信号传输电路5可以是由并列的多个支路组成，支路为反向器521的输出端串接可控硅522后再接电阻523的一端，其接点为输出端420，反向器521的输入端接电阻523的另一端为输入端421。且可控硅的控制极与正向极之间接有一单稳导通开关。

参见图4，它是图3中信号传输电路5的一个变化，即反向器521，限流电阻523串联后与可控硅并联，再与一反向器528串联，由于反向器521的作用，当可控硅522截止时，其两端总有电压差，当按动按键512一次后，可控硅522必导通一次，使端线420上的电压与端线421的电压相反即一高一低；当420上的电压经传输一周回来后与421上的电压相同，使可控硅522中的电流过零而截止，从而实现变异传输，(一般地，同一控制器，可控硅522截止时，端线421上的电平经两个反相器反向总可传至端线420上)。反向器528与端线421间接有一延时支路，是为了使开关传输变慢，从而使按键可以在较长的时间内释放断开，便于操作。

参见图5，这是信号传输电路5的另一实施例，电灯28开关信号传输的端线441、440间信号传输的电路由电容539，二极管536，施密特反向器531、530顺序串联，且在电容539与二极管536间接有一分压电阻537、538支路，使二极管536和施密特反向器531的输入端静态时处于中间电压状态；在施密特反向器531的输出端接有一由电阻533电容534组成的充电保持支路，且将按键514接于施密特反向器531，且按键514接于施密特反向器531输入端与电阻533和电容534之间的接点之间构成反馈电路，另：施密特反向器531的输入端通过电阻5351接地。其工作原理如下：设电灯28初始为关，各控制器中端线441、440上的电压为低电平，反向器531输出高电平，当按下一次按键514后，由于电容534充有高电平，有保持作用，使施密特反向器531输出低电平，经反向器532后，端线440变为高电平，该高电平经并行——串行转换器8输出至下一控制器，其串行——并行转换器3接收后，其端线441变为高电平，该变化的信号经电容539和二板管536使施密特反向器531得一高电平脉冲输出稳定低电平，经反向器532使端线440变为高电平，如此向下传输，直到按下按键514的控制器，使其端线441变为高电平。在信号传输一周之前，其前面的端线441，因没有接到高电平，而一直为低电平，由电容539的隔离作用该低电平不影响施密特反向器531、和反向器532的状态。由上述可知，按下按键514一次，则可实现信号传输5的变异传输功能。在端线440上接一发光二极管501与限流电阻502串联至地的支路是为了便于观察端线440上的电平，直观地观察电灯28的开关信号是的状态(因控制器与电灯28常处于不同地方)。当电灯28开后，再按动按键514一次，此时因施密特反向器531输出低电平，电容534上亦为低电平并有保持功能，按动按键514向反向器531输出高电平，经反向器532后，端线440变为低电平，该低电平传至下一控制器中，使其端线441变为低电平，此由高变低的信号使二极管536和施密特反向器531得一低电平脉冲而输出高电平，经反向器532后，端线440变为低电平，如此传输，至按下按键514一次的控制器，使其端线441上的电平亦由高变低，二极管536得一低电平脉冲，输出低电平，电灯28变为关。由此，各控制器中端线441、440变为低电平，实现了在任一控制器中可控制电灯28开关的目的。

由上述所知，信号传输电路5由多个并列支路组成，支路由电容539、二极管530、施密特反向器531和反向器532顺序串联且在电容539与二极管536间接一分压电阻537、538支路，在施密特反向器531的输出端接有一由电阻533、电容534组成的充电保持支路，且按键514接于施密特反向器531输入端与电阻533和电容534之间的接点构成反馈是路，另：施密特反向器531的输入端通过电阻5351接地。

参见图6，它是图5信号传输电路5的一个变化，省去了图5中电容539，分压电阻537、538，二极管536，电阻535串接于信号传输途中。其工作原理如下，设初始时，电灯28为关，各控制器中端线441、440上的电压为低电平，则反向器531输入端为低电平，输出端为高电平，电容534上充有高电平电压，当按下按键514后，因限流电阻535，533的作用反向器531的输入端高电平，并输出低电平，以反向器532后，端线440变为高电平，经反向器531与反向器532后，端线440变为高电平，如此传输下去，至按下按键514的控制器，使其端线441也变为高电平，发光二极管501变亮，此后可释放按键514，且各控制器中端线441、440上的电压变为高电平，电灯28变亮，关灭电灯28只需再按下按键514即可，这里反向器531如用施密特反向器则其使性能更稳定。

由上述可知，信号传输电路5可由下述支路并列而成，该支路由电阻535，反向器531，反向器532串联，在反向器的输出端接有一由电阻535与电容530串联，至接地的充电保持支路，在电容530与电阻533的接点，和反向器531的输入端间接按键514。当然上述反向器532亦可接在端线441，与电阻535之间(图4亦可)。

参见图6、图5、图4，可知，信号传电路5可由多个并列支路构成，且并列支路由图6、图4中的支路相互参合组成也可。当然信号传输电路5也可用微型计算机中的CPU即微电脑构成，这虽是一实施例，但成本很高。

参见图7，串行——并行转换器3可用串行移位寄存器32加一锁存器33组成，即串行移位寄存器32在脉冲CP1的控制下，接收了一组各用电器的开关信号后，锁存器33在脉冲CP2的控制下，将上述信号锁存，以并行方式输出；并行——串行转换器8则可由并行——串行输出器83组成，它们的控制脉冲可用CP1，各控制器的控制脉冲可由统一的一个脉冲发生器产生并通过信号传输线送至各控制器中，这样信号传输线需要四根，即一地线、一传输开关信号的线，一CP1脉冲线，一CP2脉冲线。

参见图8，串行——并行转换器3可由电子模拟开关集成电路组成，如CD4051等，此时，将其并列的输入端相互连接成为输入端31，输出端为并列输出端，成为端线，其选通脉冲CP3，为二进制码，并行——串行转换器8，亦可用电子模拟开关集成电路组成，此时，其输出端相连成为串行输出端80，其选通脉冲用CP3。

参见图9，串行——并行转换器3可由145027型解码集成电路34，加锁存电路35组成，此时并行——串行转换器8须用145026型编码集成电路，它们的地址编码可分别用开关组39、89接于145027，145026的地址端与地之间。工作时，145026先发出一串地址码，由下一控制器145027接收，当地址相同，则接收145026发出的开关信号，其优点是不必用控制脉冲，只需各编码，解码集成电路中控制频率的电阻R与电容C相同即可；因145027输出数据后变为高是阻，其后，需加锁存器35，锁存器35的锁存脉冲可由145027发出，通过电容36传至锁存器35的脉冲端，且该脉冲端通过电阻37接地。

参见图10，各控制器中均可单独设制控制脉冲CP1、CP2、CP3等，但为了它们同步可用市电交流信号作同步信号，如图10，由当交流正向时，限流电阻91，发光二极管92有电流流过，发光二极管92发光，光敏三极管93导通，使脉冲发生电路95发出各控制脉冲，这样控制器间的信号传输线的根数可减少，但各控制器中的脉冲发生器需要调试一致才行。

当然，串行——并行转换器3，并行——串行转换器8还可用其它数字集成电路设置，以及，信号传输电路5也可设计出其它方案，本说明书没有一一举例，另外，控制器可以不相同，如在本说明书实施例中，有些控制器中可以不设某只或几只灯的按键，而其它控制器可全设等等不一而足。它们都属于本发明关于控制器环形相连，开关信号串行传输，且在控制器中并行存贮的发明构思，属于保持范围。

Claims (1)

1、一种电子开关，包括与用电器串联于电源中的通断元件，其特征是：它由多个控制器组成，这些控制器由信号传输线连成环形；控制器则由串行——并行转换器(3)，信号传输电路(5)，并行——串行转换器(8)组成；信号传输电路(5)设有并行输入接口和并行输出接口，以及多个指令输入按键；串行——并行转换器3的输入端(31)通过传输线与前一控制器中的并行——串行转换器(8)的输出端(80)相连，其并行输出端与信号传输电路(5)的并行输入接口对应相接；并行——串行转换器(8)的并行输入端与信号传输电路(5)的并行输出接口对应相接，其输出端(80)通过信号传输线与下一控制器的串行——并行转换器(3)的输入端(31)相连；通断元件的控制端则接于控制器中的并行端线上或接于一串行——并行转换器中相应的并行输出端上，而该串行——并行转换器的输入端则接于控制器间的信号传输线上。

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