CN1311464A - 家用电器的可配置的电子控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到一种可配置的家用电器电子控制器,它包括一个可配置的中央控制单元,它被连接到输入接口单元、用户接口单元、负载接口单元、电源接口单元、包含配置数据和其他数据的非易失性存储器、复位电路、及一个时钟发生器,以便提供一种既灵活又廉价的解决方案。

Description

家用电器的可配置的电子控制器
本发明涉及到用于家用电器的可配置的电子控制器，专用来控制诸如电冰箱、洗衣机、烘干机、洗碗机、空调等等家用电器的功能。控制器可以按照各种方式来配置，以低廉的成本为电器设备提供灵活和优化的控制。
家用电器中使用的电气控制要求具有低成本，因为家用电器的主要目标是廉价、大批量的消费品市场。按照这种需求，在许多家用电器中采用的控制装置仍然是非电子的机电产品。这种控制装置例如有双金属或液体毛细管温度继电器、钟表定时器以及机械式开关和继电器。由于包含易于磨损的机械运动零件，这些控制装置的可靠性受到其本身的局限。另外，反复的热膨胀和收缩会造成热应力磨损。尽管存在先进的电子技术，然而这些控制装置的低成本使其在以往的若干年来仍然在使用。
包括电子控制的固态控制装置已经进入了某些家用电器领域-例如用于洗衣机的控制。这些控制装置大多是围绕着一个用来执行指定控制动作的可编程微型控制器来设计的。在家用电器的具体应用环境中往往要处理大量的信号和装置(例如传感器、开关、电动机等等)，这其中有些信号是模拟形态的，除了微型控制器之外还需要大量的电路，诸如锁存器、译码器、驱动器、多路复用器、模-数转换器、数-模转换器等等。或者是采用一种包含所需功能的更加昂贵的微型控制器。无论如何都会增加成本。因此，尽管能够改善可靠性和降低服务支持费用，材料支出方面的直接成本并没有明显地减少。其结果是，家用电器没有充分利用电子技术的优势。美国专利US4158759,4367387,4399352,4406945,4431893,4481393,4504716,4533810,4367387和4504716是这种电子控制应用于各种家用电器的例子。
也有一些公知的可重新配置的电子控制器。美国专利US5306995,5412291,5619614和5647231提出了一些可重新配置的电子控制器。然而，这些专利所包含的发明仅限于洗衣机和烘干机，并且实施的费用比较高，因为它们采用了高度密集计算的逻辑，在基于微处理器的硬件上利用模糊逻辑来实现。上述基于微处理器的实施方案的局限性也适用于这些发明。
本发明的目的是提供一种使用通用ASIC(专用集成电路)控制器件的单一、紧凑、可配置的电子控制单元，能够以低廉的成本克服上述缺点，这种解决方案能够将可靠性提高到理想的水平，并且对降低材料和制造的直接成本具有明显的益处。本发明是用一种基于ASIC的通用控制器实现的，它组合了各种不同家用电器的功能，并且在用于特定的家用电器时可以通过配置来提供所需的一组特征。ASIC集成了所有必要的控制电路，因而明显地降低了材料支出方面的成本。
为了实现上述目的，本发明提供了一种可配置的电子家用电器控制器，它包括：
-包含配置数据的非易失性存储器，
-可配置的中央控制单元，用于执行基本的处理程序并且控制家用电器的功能，并且可用上述非易失性存储器提供的配置数据来配置成需要的功能，
-上述中央控制单元的一组输入被连接到一个输入接口单元的输出，该中央接口单元从家用电器中的各种传感元件接收信号，并且调控这些信号，供上述中央控制单元进一步处理，
-上述中央控制单元的一组输出被反馈到上述输入接口单元以用于控制其内部操作，
-上述中央控制单元的第二组输入从一个用户接口单元的输出中接收用户输入数据，
-上述中央控制单元的第二组输出被反馈到上述用户接口单元以便作为用于通过视听装置将数据输出给用户以及控制其内部操作的信号，
-上述中央控制单元的第三输入被连接到一个负载接口单元的一个输出，以用来提供负载状态数据，
-上述中央控制单元的第三组输出被连接到上述负载接口单元的输入，由该负载接口单元驱动家用电器中的驱动装置从而控制其操作，
-上述中央控制单元的第四输入从一个电源接口单元接收电源状态信号，
-上述非易失性存储单元提供非易失性的数据存储，并且连接到由上述中央控制单元、输入接口单元、用户接口单元、负载接口单元和电源接口单元构成的主电路决，
-一个时钟发生器电路的输出被连接到每一个上述主电路块的一个输入，并且产生这些主电路块操作所需的时钟信号，
-一个复位电路的输出被连接到每一个上述主电路块的一个输入，并且产生使这些主电路块正确初始化所需的复位信号，
-主电路块各部件之间的设置安排是这样的：上述中央控制单元从上述输入接口单元接收由家用电器中的各种传感器件提供的传感参数数据，从上述用户接口单元接收用户所需的数据，从上述负载接口单元接收负载状态数据，以及从上述电源接口单元接收电源状态数据，并且按照其配置的功能处理所有这些数据，然后将信号提供给上述负载接口单元的输入，用来操作家用电器的驱动装置以控制其操作，并且将信号提供给上述用户接口单元的输入以用于为用户提供反馈。
上述中央控制单元包括：
-可配置的逻辑电路，用来执行确定家用电器功能的基本控制算法，按照由上述非易失性存储器提供的配置数据可以配置所需的功能，
-上述可配置逻辑电路的一组输入被连接到上述输入接口单元的输出，用来从家用电器的各种传感器件接收信号，
-上述可配置逻辑电路的一组输出被连接到上述输入接口单元的输入，用来控制其内部操作，
-上述可配置逻辑电路的第二组输入被连接到上述用户接口单元的一个输出，用来接收用户提供的数据，
-上述可配置逻辑电路的第二组输出被连接到上述用户接口单元的输入，用来为用户提供反馈，并且控制上述用户接口单元的内部操作，
-上述可配置逻辑电路的第三输入被连接到上述负载接口单元的一个输出，用来接收关于负载状态的数据，
-上述可配置逻辑电路的第三组输出被连接到上述负载接口单元的一个输入，用来控制负载，并且控制上述负载接口单元的内部操作，
-上述可配置逻辑电路的第四输入被连接到上述电源接口单元的一个输出，用来接收电源状态数据，
-上述可配置逻辑电路的第五输入被连接到一个计数器和定时器块，它包含家用电器操作所需的一个计数器和定时器的阵列，
-上述可配置逻辑电路的第六输入被连接到一个存储电路，用来读出其中存储的数据，
-上述可配置逻辑电路的第五输出被连接到上述存储电路，用于在其中写入数据，
-上述可配置逻辑电路的第七输入被连接到一个顺序控制电路的输出，该顺序控制电路提供所需的控制信号，用来规定由上述可配置逻辑电路执行的操作顺序，
-上述可配置逻辑电路的第八输入被连接到一个实时时钟电路(RTC)，该实时时钟电路提供可配置逻辑电路在工作中所需的日历钟信息，
-上述可配置逻辑电路的第六输出被连接到上述RTC电路的输入，用来在需要时设置RTC值，
-上述可配置逻辑电路、顺序控制电路、计数器和定时器块、存储器块和RTC电路之间的设置安排是这样的：由上述可配置逻辑电路使用由上述存储器块、上述计数器和定时器块、及上述RTC电路提供的数据，在来自上述顺序控制电路的信号的控制下，处理从上述输入接口单元接收的传感器数据、从上述用户接口单元接收的用户需求数据、由上述负载接口单元提供的负载状态数据、以及由上述电源接口单元提供的电源状态数据以便产生所需要的用于通过上述负载接口单元去控制负载的输出、提供用户所需的通过上述用户接口单元的反馈数据、并且提供所需的信号，以便用于去更新存储在上述存储器块、上述计数器和定时器块和上述RTC电路中的数据，以供后续的处理中使用。
上述输入接口单元包括：
-传感器驱动电路，用来为连接到电子家用电器控制器的外部传感器件提供偏置信号，
-每个上述传感器驱动电路的输出被连接到一个模拟多路复用器的一个通道的输入，
-上述模拟多路复用器的输出被连接到一个模-数转换器的输入，
-上述模-数转换器中包含内置的电路，用来校正来自每个传感器件的信号的灵敏度和偏移，
-上述模-数转换器的输出被连接到一个数字比较器的一个输入，
-上述数字比较器的另一个输入被连接到上述中央控制单元，用来接收一个参考信号，
-上述数字比较器的输出被连接到一个数字多路复用器的一个输入，
-上述数字多路复用器的另一个输入从家用电器的各种传感器件接收数字信号，
-上述数字多路复用器的输出被连接到一个噪声滤波器的输入，
-上述噪声滤波器的输出被连接到上述中央控制单元的一个输入，为其提供从各种传感器件接收的信号数据，
-一个数字多路分解器从上述中央控制单元接收输入信号，并且产生多个数字输出信号，用来扫描家用电器中的各种数字传感器件的状态，
-上述模拟多路复用器、上述模-数转换器、上述数字比较器、上述数字多路复用器、以及上述噪声滤波器之间的设置安排是这样的：由上述模拟多路复用器电路在来自上述中央控制单元的信号的控制下选择从模拟传感器接收的传感器数据，该数据由上述模-数转换器转换成数字形式并提供给上述数字多路复用器的输入，该数字多路复用器还从家用电器的数字传感器件中直接接收其他数字信号，由使用上述中央控制单元提供的信号的上述数字多路分解器提供的信号来扫描所述数字传感器件，然后在来自上述中央控制单元的信号的控制下将它们逐个提供给上述噪声滤波器的输入以进行滤波并且提供给上述中央控制单元以进行处理。
上述用户接口单元包括：
-传感器驱动电路，为用来获得用户选择值的各种模拟部件例如电位器提供偏置信号，
-每个上述传感器驱动电路的输出被连接到一个模拟多路复用器的一个通道的输入，
-上述模拟多路复用器的输出被连接到一个模-数转换器的输入，
-上述模-数转换器中包含用来提供对来自每个传感器件的信号的灵敏度和偏移的内置校正的电路，
-上述模-数转换器的输出被连接到一个数字比较器的一个输入，
-上述数字比较器的另一个输入是用户接口单元从中央控制单元接收的一个参考信号，
-上述数字比较器的输出被连接到一个数字多路复用器的一个输入，
-上述数字多路复用器的另一个输入从用来接收用户输入的各种前面板开关接收数字信号，
-上述数字多路复用器的输出被连接到一个噪声滤波器的输入，
-上述噪声滤波器的输出被连接到上述中央控制单元的一个输入，
-一个数字多路分解器从上述中央控制单元接收输入信号，并且产生多个数字输出信号，以用来扫描各种数字输入的状态，例如是用来获得用户输入的开关，
-来自上述中央控制单元的第二组信号被连接到一组锁存器，
-每个上述锁存器的输出被连接到一个显示和音频驱动器电路的输入，该电路包含用来驱动显示装置和音频输出装置以便为用户提供输出数据的电路，
-上述模拟多路复用器、上述模-数转换器、上述数字比较器、上述数字多路复用器、上述噪声滤波器、上述数字多路分解器以及上述显示和音频驱动器电路之间的设置安排是这样的：由上述模拟多路复用器电路在来自上述中央控制单元的信号的控制下选择从用户接口中的模拟传感器接收的传感器数据，该数据由上述模-数转换器转换成数字形式并提供给上述数字多路复用器的输入，该数字多路复用器还从用户接口中的数字传感器件直接接收其他数字信号，由使用来自上述中央控制单元的信号的上述数字多路分解器提供的信号来扫描所述数字传感器件，并且在来自上述中央控制单元的控制下将它们有选择地提供给上述噪声滤波器进行滤波并且提供给上述中央控制单元进行处理，同时由上述显示和音频驱动器电路按照上述中央控制单元提供的数据来驱动外部显示和音频输出装置。
上述负载接口单元包括：
-多个锁存器，用来存储从上述中央控制单元接收的数据，
-每个上述锁存器的输出被连接到一个开关控制电路的输入，
-每个上述开关控制电路的输出驱动一个用于操作负载的开关，该负载是家用电器中用来控制其操作的一个驱动装置，
-每个上述开关的一端被连接到负载，而开关的另一端连接到用来检测通过负载的电流的一个电流传感器，
-每个上述电流传感器的输出被连接到一个模拟多路复用器的一个输入，
-上述模拟多路复用器的输出被连接到一个负载检测电路的输入，该负载检测电路包括对来自每个分路的信号的灵敏度和偏移的内置的校正，
-上述负载检测电路的输出被连接到一个数字比较器的一个输入，
-上述数字比较器的另一个输入是由上述负载接口单元从中央控制单元接收的一个参考信号，
-上述数字比较器的输出被连接到上述中央控制单元的一个输入，
-上述锁存器、上述开关驱动电路、上述开关、上述电流传感器、上述模拟多路复用器、上述负载电流检测电路、上述数字比较器和上述输出锁存器之间的设置安排是这样的：由上述负载电流检测电路将上述负载电流传感器接收的负载电流数据转换成数字形式，由上述数字比较器将其与上述中央控制单元提供的参考数据相比较，并且提供给上述中央控制单元，后者通过上述锁存器提供用来控制上述开关驱动电路操作的信号。
上述电源接口单元包括：
-一个电源电压检测电路，用来检测输入电源电压的电压电平，
-上述电源电压检测电路的输出被连接到两个数字比较器各自的一个输入，
-上述数字比较器各自的第二输入被连接到从上述中央控制单元接收的一个信号，
-上述数字比较器的输出被连接到一个锁存器的输入，
-上述锁存器的输出被连接到上述中央控制单元的一个输入，
-上述电源电压检测电路、上述数字比较器和上述锁存器之间的设置安排是这样的：由上述电源电压检测电路将检测到的电源电压转换成数字形式，由数字比较器将其与上述非易失性存储器提供的参考数据相比较，由上述锁存器锁存比较的结果，并且将其提供给上述中央控制单元作为电源状态数据。
用于家用电器的上述可配置的电子控制器进一步包括一个网络接口单元，它连接到来自上述中央控制单元的另一个输出，并且为上述中央控制单元提供一个输入，用于在外部网络和上述中央控制单元之间交换数据。
上述可配置逻辑单元的一种实施方案是由上述非易失性存储器提供的配置数据来配置的一个门电路阵列。
上述可配置逻辑单元的另一种实施方案是由上述非易失性存储器提供的配置数据来配置的一种嵌入式微编程控制器。
上述可配置逻辑单元的再一种实施方案是通过配置来提供过电流保护和“软起动”设施，它可以为负载提供降压起动，以便通过提供给上述负载接口单元的输入的信号而有选择地尽量减少接通电源时的冲击电流。
上述可配置逻辑单元另外的一种实施方案被配置成可以通过利用由检测装置通过上述输入接口单元提供的信号而提供的温度数据来为负载有选择地提供过热保护，该检测装置被实际连接到选定负载上，并且在过热状态下为上述负载接口单元的输入提供信号，以切断对负载的驱动。
上述时钟发生器是一个振荡器，其最佳频率范围是32KHz到25MHz。
以下要参照附图和实施例解释本发明：
图1表示按照本发明的家用电器可配置电子控制器的顶面框图，
图2表示包括一个网络接口的家用电器可配置电子控制器的顶面框图，
图3表示中央控制单元的内部框图，
图4表示输入接口单元的内部框图，
图5表示用户接口单元的内部框图，
图6表示负载接口单元的内部框图，
图7表示电源接口单元的内部框图，
图8表示网络接口单元的内部框图，
图9表示这种电子家用电器控制器在洗衣机中的应用，
图10表示这种电子家用电器控制器在电冰箱中的应用。
参见图1，由输入接口单元(3)的输入端接收来自位于家用电器中各个点的传感器件(诸如传感器)和开关的输入(1a)到(1n)，并且该输入接口单元(3)提供这些传感器件的驱动信号。输入接口单元(3)将这些信号转换成适合由中央控制单元(6)处理的数字形式。中央控制单元(6)利用控制信号(5a-5f)控制输入接口单元(3)的内部操作，并且接收其产生的输出(4a-4b)。另外，中央控制单元(6)还要从用户接口单元(7)接收用户输入数据(8a-8f)。负载接口单元(12)监视家用电器中各种驱动装置的负载状态，并且向中央控制单元(6)提供这些装置的状态信号(14)。此外，电源接口单元(16)向中央控制单元(6)提供关于电源状态的数据(17)。中央控制单元(6)处理所有这些输入并且产生需要通过用户接口单元(7)借助视听装置提供给用户(9a-9d)的输出信息，并且向负载接口单元(12)提供用来操作家用电器中的各种负载和驱动装置的操作控制信号(15a-15p)。非易失性存储器(19)为包括中央控制单元(6)、输入接口单元(3)、用户接口单元(7)、负载接口单元(12)和电源接口单元(16)的主电路块所需的数据提供非易失性的存储。复位电路(18)特别是在最初接通系统电源时为主电路块的正确初始化产生所需的复位信号(R)。时钟发生器(20)产生主电路块内部操作所需的时钟信号(C)。
图2表示包括一个网络接口的家用电器可配置电子控制器的框图，在输入接口单元(3)的输入端接收来自位于家用电器中各个点的传感器件诸如传感器和开关的输入(1a)到(1n)，并且该输入接口单元(3)提供这些传感器件的驱动信号。输入接口单元(3)将这些信号转换成适合由中央控制单元(6)处理的数字形式。中央控制单元(6)利用控制信号(5a-5f)控制输入接口单元(3)的内部操作，并且接收其(4a-4b)产生的输出。另外，中央控制单元(6)还要从用户接口单元(7)接收用户输入数据(8a-8b)。负载接口单元(12)监视家用电器中各种驱动装置的负载状态，并且向中央控制单元(6)提供这些装置的状态信号(14)。此外，电源接口单元(16)和网络接口单元(21)向中央控制单元(6)提供关于电源状态的数据(17)以及从外部网络中的装置(23)接收的数据/指令。中央控制单元(6)处理所有这些输入并且产生需要通过用户接口单元(7)用视听装置提供给用户(9a-9d)的输出信息，向负载接口单元(12)提供用来操作家用电器中的各种负载和驱动装置的操作控制信号(15a-15f)，并且为网络接口单元(21)产生与外部装置(22)通信所需的数据。非易失性存储器(19)为包括中央控制单元(6)、输入接口单元(3)、用户接口单元(7)、负载接口单元(12)、网络接口单元(21)和电源接口单元(16)的主电路块所需的数据提供非易失性的存储。复位电路(18)为主电路块特别是在最初接通系统电源时的正确初始化产生所需的复位信号(R)。时钟发生器(20)产生主电路块内部操作所需的时钟信号(C)。
图3表示中央控制单元的内部框图。中央控制单元(6)的可配置逻辑电路(25)从输入接口单元(3)接收信号(4a-ab)并且产生用来控制输入接口单元(3)的信号(5a-5d)。还要从用户接口单元(7)接收信号(8a-8b)并且发送控制它的信号(9a-9d)。同样，可配置逻辑电路(25)从负载接口单元(12)接收信号(15a-15h)并且发送控制它的信号14。最后还要从电源接口单元(16)接收信号(17)。计数器和定时器决(26)被连接到可配置逻辑电路(25)的一个输入，并且提供供其使用的累计的计数和定时。顺序控制电路(31)提供可配置逻辑电路(25)正确工作所需的定时和顺序控制信号，而存储器(28)提供其工作所需的数据存储设施，并且由实时时钟RTC(33)提供日历钟信息。可配置逻辑电路(25)还要分别从非易失性存储器(19)、复位电路(28)和时钟发生器(20)接收信号(M,R和C)。计数器和定时器块(26)和顺序控制电路(31)还要从非易失性存储器(M)、复位电路(R)和时钟发生器(C)接收其内部操作所需的信号。
图4表示用户接口单元的内部结构。传感器驱动电路(36a-36h)为安装在家用电器中的外部传感器件提供偏置信号。从各个传感器件接收的信号被连接到模拟多路复用器(37)的一个输入，其输出连接到模-数转换器(38)的输入，该模-数转换器(38)还包含用于校正从外部传感器件接收的信号的偏移和灵敏度的附加电路。模拟多路复用器(37)还要从中央控制单元(6)接收选择控制信号(5a)，而模-数转换器(38)从非易失性存储器(M)接收用于灵敏度和偏移校正的数据。模-数转换器(38)的输出被连接到数字比较器(39)的一个输入，其另一个输入从中央控制单元(6)接收参考数据。数字比较器(39)的输出被连接到数字多路复用器(40)的一个输入，该数字多路复用器(40)还要接收家用电器内的外部传感器件产生的数字输入信号。数字多路复用器(40)的输出被连接到噪声滤波器(41)的输入，该滤波器(41)产生一个滤波的输出以供给中央控制单元(6)的一个输入。另外，来自中央控制单元(6)的信号(5e)和(5f)分别连接到数字多路分解器(42)的输入和选择端，该多路分解器(42)产生的信号(2a-2f)被用来驱动家用电器的各种数字传感器件。
图5表示用户接口单元的内部结构。传感器驱动电路(43a-43h)为模拟变量装置提供偏置信号，该模拟变量装置例如是电子家用电器控制器的操作面板上的电位器。从每个变量装置接收的信号被连接到模拟多路复用器(44)的一个输入，其输出连接到模-数转换器(45)的输入，后者还包含用于校正从模拟变量装置接收的信号的偏移和灵敏度的附加电路。模拟多路复用器(44)还要从中央控制单元(6)接收选择控制信号(8a)，而模-数转换器(45)从非易失性存储器(M)接收用于灵敏度和偏移校正的数据。模-数转换器(45)的输出被连接到数字比较器(46)的一个输入，其另一个输入从中央控制单元(6)接收参考数据。数字比较器(46)的输出被连接到数字多路复用器(47)的一个输入，后者还要接收电子家用电器控制器的操作面板上的开关产生的数字输入信号。数字多路复用器(47)的输出被连接到噪声滤波器(48)的输入，该滤波器(48)产生的滤波输出被输出到中央控制单元(6)的一个输入。另外，来自中央控制单元(6)的信号(7c)和(8f)被连接到数字多路分解器(49)的输入，该多路分解器(49)产生的信号(11a-11h)被用来驱动电子家用电器控制器的操作面板上的开关。显示驱动电路(50)通过锁存器(51a-51f)从中央控制单元(6)接收输入信号(7d-7k)和信号(8f)，并且产生输出(11i-11n)用来驱动装在电子家用电器控制器的操作面板上的显示装置。
图6表示负载接口单元的内部结构。锁存器(52a-52f)从中央控制单元(6)接收输入控制信号(15a-15f)并且连接到用来驱动开关(54a-54f)的开关控制电路(53a-53f)。开关控制电路(53a-53f)还要从中央控制单元(6)接收控制信号(15g-15n)。每个开关(54a-54f)的输出连接到一个外部负载，后者是用于控制家用电器操作的一个驱动装置。与各个开关串联的电流检测器件(55a-55f)监视每一个负载吸取的电流。在一个多通道模拟多路复用器(58)的输入端接收来自各个电流检测器件的信号(57a-57f)，该复用器(58)在来自中央控制单元(6)的选择信号(15o)的控制下将这些信号多路复用到它的输出。模拟多路复用器(58)的输出连接到负载电流检测电路(59)的输入，该电流检测电路(59)还具有用于在中央控制单元(6)的控制下使用非易失性存储器(M)提供的校正数据来校正信号的偏移和灵敏度的内置电路。负载电流检测电路(59)的输出被连接到数字比较器(60)的输入，该比较器(60)的另一个输入从中央控制单元(6)接收一个参考信号(15p)。数字比较器(60)的输出(14g)被连接到中央控制单元(6)的一个输入。
图7表示电源接口单元的内部结构。电源电压检测电路(61)监视电子家用电器控制器的电源(65)的电压，并在其输出提供相应的数字值。电源电压检测电路(61)的输出被连接到数字比较器(62)和(63)各自的一个输入。这些数字比较器的输出控制一个锁存器(64)，后者中央控制单元(6)的一个输入提供一个信号。
图8表示网络接口单元的内部结构。网络接口电路(66)连接到外部网络的信号线，以便在网络和可配置电子家用电器控制器之间提供兼容的电信号电平和定时以及双向的信号传输。从网络接收的信号被输出到一个网络协议解码器(67)，后者从接收的信号中提取有用的信息并且提供给中央控制单元(6)。网络协议编码器(68)接收来自中央控制单元(6)的信号，为其加上协议限定的信息并且提供给网络接口电路(66)以便传送到外部网络。
图9表示这种可配置的电子家用电器控制器(66)在洗衣机(67)中的应用。在可配置的电子家用电器控制器(66)的输入端接收来自水位传感器(68)、水温传感器(70)和开盖开关(69)的信号。用户通过可配置的电子家用电器控制器(66)的控制面板(71)上的键盘提供诸如洗涤种类等选择数据。可配置的电子家用电器控制器(66)控制洗衣机电机(72)、充水阀(74)、加热器(73)、洗涤剂分配阀(75)和泄水阀(76)，以便按照指定的方式自动控制洗衣机。
图10表示可配置的电子家用电器控制器(77)在电冰箱(78)中的应用。温度传感器(79)、(80)、(81)和(82)分别检测电冰箱的冷冻室、主舱室、保鲜盒以及除霜加热器中的温度，并且将对应着检测值的信号提供给可配置的电子家用电器控制器(77)的输入。另外，传感器(83)是一个被连接到压缩机(84)的外壳上的一个过热传感器，并且为可配置的电子家用电器控制器(77)的另一个输入提供对应这一检测温度的信号。开关(88)提供的门状态信息和控制面板(89)中的键开关产生的用户选择数据被提供给可配置的电子家用电器控制器(77)的其他输入。用可配置的电子家用电器控制器(77)的输出可以驱动压缩机运转线圈(90)、压缩机起动线圈(91)、风机(86)和(87)以及加热器(85)，在可配置的电子家用电器控制器(77)的控制面板(89)上还设有为用户提供反馈信息的显示器。
工作过程：
图4所示的输入接口单元(3)为家用电器中的模拟传感器件提供驱动信号(36a-36f)并且从它们那里接收输入(1a-1h)。由输入接口单元(3)内部的模拟多路复用器(37)的输入处接收这些信号，输入接口单元(3)在从中央控制单元(6)接收的选择信号(5a)的控制下将这些输入信号之一有选择地连接到它的输出。然后将选定的信号提供给模-数转换器(38)的输入，后者还包含用来调节传感器件的灵敏度和偏移的专用电路。在中央控制单元(6)的控制下从非易失性存储器(19)接收灵敏度和偏移校正数据(M)。在模-数转换器(38)的输出端产生的数字信号被提供给数字比较器(39)的一个输入，后者的另一个输入从中央控制单元(6)接收一个参考信号(5d)。数字比较器(39)将其输入端的信号进行比较，并且将比较结果提供给数字多路复用器(40)的一个输入。数字多路复用器(40)的其他输入从家用电器中诸如开关等的数字传感器件上接收数字信号(1i-1n)，这些数字传感器被由输入接口单元(3)中的数字多路分解器(42)所产生的数字输出信号(2a-2f)扫描。由中央控制单元(6)产生的选择信号(5c)控制数字多路复用器(40)以便有选择地将其一个输入信号连接到噪声滤波器(41)，从而使得该信号在提供给中央控制单元(6)之前能消除信号中可能存在的任何噪声。
图5所示的传感器驱动电路(43a-43h)为可配置的电子家用电器控制器的用户接口控制面板中的模拟输入装置例如电位器提供偏置信号。由模拟多路复用器(44)接收来自模拟输入装置的信号(10-10h)，该多路复用器(44)在来自中央控制单元(6)的选择信号(8a)的控制下有选择地每次将其中一个信号连接到模-数转换器(45)的输入，后者还包含使用非易失性存储器(19)提供的数据(M)来调节模拟输入装置的灵敏度和偏移的专用电路。模-数转换器(45)的数字输出被提供给数字比较器(46)的一个输入，它的另一个输入从中央控制单元(6)接收一个参考信号(8d)。数字比较器(46)将其输入端的数字信号进行比较，并且将比较结果提供给数字多路复用器(47)的一个输入。数字多路复用器(47)的其他输入从家用电器中诸如开关等的数字传感器件上接收数字信号(10I-10n)，该数字信号(10I-10n)被数字多路分解器(49)根据来自中央控制单元(6)的输入信号(7c)和选择信号(8f)而产生的数字输出信号(11a-11h)扫描。中央控制单元(6)还要向锁存器(51a-51f)的输入提供数据，以用于为用户提供视听反馈。锁存的数据被提供给显示和音频驱动器(50)的输入，后者在从非易失性存储器(19)接收的信号(M)的配合下将数据转换成适合驱动显示装置和音频输出变换器的信号(11i-11n)。
如图6所示，负载接口单元(12)从中央控制单元(6)接收信号(15a-15f)并且用锁存器(52a-52f)加以锁存。然后将这些锁存信号提供给用来驱动开关(54a-54f)的开关控制电路(53a-53f)的输入，从而控制外部负载装置，这些负载装置是用来控制家用电器工作的驱动装置(例如电动机，风机，电磁阀等等)。开关控制电路(53a-53f)和电流检测器件(55a-55f)一起连续监视开关(54a-54f)和负载(56a-56f)的电气状态，以便保护负载从而防止过电流和过热状态，并且为负载提供“软起动”的特性，尽量减少接通电源时产生的电流冲击。模拟多路复用器(58)的输入端也接收来自电流分路器件(55a-55f)的信号(57a-57f)，并且在来自中央控制单元(6)的信号(15o)的控制下每次将其中一个信号提供给负载电流检测电路(59)，后者也包含用于使用非易失性存储器(19)提供的数据(M)来校正被检测信号的灵敏度和偏移的专用电路。比较器(60)接收来自负载电流检测电路(59)的输出的校正信号，该比较器(60)从中央控制单元(6)接收一个参考信号(15p)，并且将比较结果(14)提供给中央控制单元(6)。
如图7所示，电源接口单元(16)在电压检测电路(61)的输入接收电源电压(65)，将其转换成数字值(17b)，并将结果提供给数字比较器(62)的输入，后者的另一个输入从非易失性存储器(19)接收一个对应于低限电压的参考值(M)，并且提供给数字比较器(63)的输入，其另一个输入从非易失性存储器(19)接收一个对应于高限电压的参考值(M)，比较结果被送到锁存器(64)的输入，以便为中央控制单元(6)提供一个组合的结果(17a)。
如图3所示，可配置逻辑电路(25)在顺序控制电路(31)的控制下由计数器和定时器电路(26)、存储电路(28)和实时时钟电路(33)协助处理从输入接口单元(3)传送的信号(4a-4b)、由用户接口单元(7)发送的信号(8a-8f)、由负载接口单元(12)提交的信号(14)、以及电源接口单元输出的信号(17)。利用非易失性存储器(19)提供的配置数据(M)来配置由可配置逻辑电路(25)执行的功能和顺序控制电路(31)的操作顺序。
如图8所示，在这种家用电气的可配置电子控制器在洗衣机(67)上的应用中，使用输入接口单元(3)中的传感器驱动电路(36a)和(36b)来驱动水温传感器(70)和水位传感器(68)，并且在模拟多路复用器(37)的输入提供模拟信号(1a)和(1b)。如图4所示，这些信号在来自中央控制单元(6)的选择信号(5a)的控制下被有选择地连接到模-数转换器(38)的输入。模-数转换器(38)还从中央控制单元接收灵敏度和偏移校正数据(5b)，用这种数据来校正接收信号的灵敏度和偏移。数字比较器(39)将模-数转换器(38)的数字输出与来自中央控制单元(6)的一个参考值(4a)相比较。数字多路复用器(40)的一个输入接收这一比较结果，而另一个输入接收来自开盖传感器(60)的数字信号。在来自中央控制单元(6)的选择信号(5c)的控制下将数字多路复用器(40)的输入信号有选择地送到它的输出端并且由噪声滤波器(41)对其进行滤波，其输出(4b)被连接到可配置逻辑电路(25)。同时，家用电气的可配置电子控制器的输入端接收代表通过洗衣机控制面板(71)上的电位器按钮和键盘提供的用户输入数据的信号(10a)和(10i-10n)。来自电位器的模拟信号(10a)在来自可配置逻辑电路(25)的选择信号(8a)的控制下有选择地连接到模-数转换器(44)的输入。模-数转换器(45)还从可配置逻辑电路(25)接收灵敏度和偏移校正数据(8b)，用这种数据来校正接收信号的灵敏度和偏移。数字比较器(46)将模-数转换器(45)的数字输出与来自可配置逻辑电路(25)的一个参考值(8d)相比较。数字多路复用器(47)的一个输入接收这一比较结果，而其他输入接收来自键盘(10i-10n)的数字信号。在来自可配置逻辑电路(25)的选择信号(8c)的控制下将数字多路复用器(47)的输入信号有选择地送到它的输出并且由噪声滤波器(48)进行滤波，其输出(7b)被连接到可配置逻辑电路(25)。来自可配置逻辑电路(25)的信号(7c)和(8f)控制数字多路分解器(49)以产生用来扫描控制面板(71)上的键盘的信号(11a-11h)。同时，来自可配置逻辑电路(25)的信号(7d-7k)在经过锁存器(51a-51f)锁存后用于驱动显示和音频驱动电路(50)的输入，后者还从非易失性存储器(M)接收显示和音频模式控制数据，并且使用信号(11a-11n)去驱动外部显示和音频装置，以便为用户提供反馈信息，例如报告选定的“洗涤模式”。在从顺序控制电路(31)接收的定时顺序控制信号(32)和从存储器(28)接收的参量数据(30)的控制下，通过使用来自非易失性存储器(19)的配置数据(M)并且在计数器和定时器(26)和实时时钟(33)的协助下，对由可配置逻辑电路(25)接收的信号进行处理。处理的结果产生用来控制负载控制单元(12)的控制信号(15a-15f)。信号(15a-15f)被锁存在锁存器(52a-52e)中，并且驱动开关(53a-53e)使其按照指定的方式去操作洗涤剂分配阀(75)、加热器(73)、充水阀(74)、洗衣机电机(72)和泄水阀(76)。

Claims (12)

1．一种可配置的家用电器电子控制器，包括：
-包含配置数据的非易失性存储器，
-可配置的中央控制单元，用于执行基本的处理程序并且控制家用电器的功能，并且可用上述非易失性存储器提供的配置数据来配置成需要的功能，
-上述中央控制单元的一组输入被连接到一个输入接口单元的输出，该中央接口单元从家用电器中的各种传感元件接收信号，并且调控这些信号，供上述中央控制单元进一步处理，
-上述中央控制单元的一组输出被反馈到上述输入接口单元以用于控制其内部操作，
-上述中央控制单元的第二组输入从一个用户接口单元的输出中接收用户输入数据，
-上述中央控制单元的第二组输出被反馈到上述用户接口单元以便作为用于通过视听装置将数据输出给用户以及控制其内部操作的信号，
-上述中央控制单元的第三输入被连接到一个以负载接口单元的一个输出，用来提供负载状态数据，
-上述中央控制单元的第三组输出被连接到上述负载接口单元的输入，由该负载接口单元驱动家用电器中的驱动装置从而控制其操作，
-上述中央控制单元的第四输入从一个电源接口单元接收电源状态信号，
-上述非易失性存储单元提供非易失性的数据存储，并且连接到由上述中央控制单元、输入接口单元、用户接口单元、负载接口单元和电源接口单元构成的主电路块，
-一个时钟发生器电路的输出被连接到每一个上述主电路块的一个输入，并且产生这些主电路块操作所需的时钟信号，
-一个复位电路的输出被连接到每一个上述主电路块的一个输入，并且产生使这些主电路块正确初始化所需的复位信号，
-主电路块各部件之间的设置安排是这样的：上述中央控制单元从上述输入接口单元接收由家用电器中的各种传感器件提供的传感参数数据，从上述用户接口单元接收用户所需的数据，从上述负载接口单元接收负载状态数据，以及从上述电源接口单元接收电源状态数据，并且按照其配置的功能处理所有这些数据，然后将信号提供给上述负载接口单元的输入，用来操作家用电器的驱动装置以控制其操作，并且将信号提供给上述用户接口单元的输入以用于为用户提供反馈。
2．按照权利要求1的可配置电子控制器，其特征是上述中央控制单元包括：
-可配置的逻辑电路，用来执行确定家用电器功能的基本控制算法，按照由上述非易失性存储器提供的配置数据可以配置所需的功能，
-上述可配置逻辑电路的一组输入被连接到上述输入接口单元的输出，用来从家用电器的各种传感器件接收信号，
-上述可配置逻辑电路的一组输出被连接到上述输入接口单元的输入，用来控制其内部操作，
-上述可配置逻辑电路的第二组输入被连接到上述用户接口单元的一个输出，用来接收用户提供的数据，
-上述可配置逻辑电路的第二组输出被连接到上述用户接口单元的输入，用来为用户提供反馈，并且控制上述用户接口单元的内部操作，
-上述可配置逻辑电路的第三输入被连接到上述负载接口单元的一个输出，用来接收关于负载状态的数据，
-上述可配置逻辑电路的第三组输出被连接到上述负载接口单元的一个输入，用来控制负载，并且控制上述负载接口单元的内部操作，
-上述可配置逻辑电路的第四输入被连接到上述电源接口单元的一个输出，用来接收电源状态数据，
-上述可配置逻辑电路的第五输入被连接到一个计数器和定时器块，它包含家用电器操作所需的一个计数器和定时器的阵列，
-上述可配置逻辑电路的第六输入被连接到一个存储电路，用来读出其中存储的数据，
-上述可配置逻辑电路的第五输出被连接到上述存储电路，用于在其中写入数据，
-上述可配置逻辑电路的第七输入被连接到一个顺序控制电路的输出，该顺序控制电路提供所需的控制信号，用来规定由上述可配置逻辑电路执行的操作顺序，
-上述可配置逻辑电路的第八输入被连接到一个实时时钟电路(RTC)，该实时时钟电路提供可配置逻辑电路在工作中所需的日历钟信息，
-上述可配置逻辑电路的第六输出被连接到上述RTC电路的输入，用来在需要时设置RTC值，
-上述可配置逻辑电路、顺序控制电路、计数器和定时器块，存储器块和RTC电路之间的设置安排是这样的：由上述可配置逻辑电路使用由上述存储器块、上述计数器和定时器块、及上述RTC电路提供的数据，在来自上述顺序控制电路的信号的控制下，处理从上述输入接口单元接收的传感器数据、从上述用户接口单元接收的用户需求数据、由上述负载接口单元提供的负载状态数据、以及由上述电源接口单元提供的电源状态数据，以便产生所需要的用于通过上述负载接口单元去控制负载的输出、提供用户所需的通过上述用户接口单元的反馈数据、并且提供所需的信号，以便用于去更新存储在上述存储器块中的数据、上述计数器和定时器块和上述RTC电路中的信号，以供后续的处理中使用。
3．按照权利要求1的可配置电子控制器，其特征是上述输入接口单元包括：
-传感器驱动电路，用来为连接到电子家用电器控制器的外部传感器件提供偏置信号，
-每个上述传感器驱动电路的输出被连接到一个模拟多路复用器的一个通道的输入，
-上述模拟多路复用器的输出被连接到一个模-数转换器的输入，
-上述模-数转换器中包含内置的电路，用来校正来自每个传感器件的信号的灵敏度和偏移，
-上述模-数转换器的输出被连接到一个数字比较器的一个输入，
-上述数字比较器的另一个输入被连接到上述中央控制单元，用来接收一个参考信号，
-上述数字比较器的输出被连接到一个数字多路复用器的一个输入，
-上述数字多路复用器的另一个输入从家用电器的各种传感器件接收数字信号，
-上述数字多路复用器的输出被连接到一个噪声滤波器的输入，
-上述噪声滤波器的输出被连接到上述中央控制单元的一个输入，为其提供从各种传感器件接收的信号数据，
-一个数字多路分解器从上述中央控制单元接收输入信号，并且产生多个数字输出信号，用来扫描家用电器中的各种数字传感器件的状态，
-上述模拟多路复用器、上述模-数转换器、上述数字比较器、上述数字多路复用器、以及上述噪声滤波器之间的设置安排是这样的：由上述模拟多路复用器电路在来自上述中央控制单元的信号的控制下选择从模拟传感器接收的传感器数据，该数据由上述模-数转换器转换成数字形式并提供给上述数字多路复用器的输入，该数字多路复用器还从家用电器的数字传感器件中直接接收其他数字信号，由使用上述中央控制单元提供的信号的上述数字多路分解器提供的信号来扫描所述数字传感器件，然后在来自上述中央控制单元的信号的控制下将它们逐个提供给上述噪声滤波器的输入以进行滤波并且提供给上述中央控制单元以进行处理。
4．按照权利要求1的可配置电子控制器，其特征是上述用户接口单元包括：
-传感器驱动电路，为用来获得用户选择值的各种模拟部件例如电位器提供偏置信号，
-每个上述传感器驱动电路的输出被连接到一个模拟多路复用器的一个通道的输入，
-上述模拟多路复用器的输出被连接到一个模-数转换器的输入，
-上述模-数转换器中包含用来提供对来自每个传感器件的信号的灵敏度和偏移的内置校正的电路，
-上述模-数转换器的输出被连接到一个数字比较器的一个输入，
-上述数字比较器的另一个输入是用户接口单元从中央控制单元接收的一个参考信号，
-上述数字比较器的输出被连接到一个数字多路复用器的一个输入，
-上述数字多路复用器的另一个输入从用来接收用户输入的各种前面板开关接收数字信号，
-上述数字多路复用器的输出被连接到一个噪声滤波器的输入，
-上述噪声滤波器的输出被连接到上述中央控制单元的一个输入，
-一个数字多路分解器从上述中央控制单元接收输入信号，并且产生多个数字输出信号，以用来扫描各种数字输入的状态，例如是用来获得用户输入的开关，
-来自上述中央控制单元的第二组信号被连接到一组锁存器，
-每个上述锁存器的输出被连接到一个显示和音频驱动器电路的输入，该电路包含用来驱动显示装置和音频输出装置以便为用户提供输出数据的电路，
-上述模拟多路复用器、上述模-数转换器、上述数字比较器、上述数字多路复用器、上述噪声滤波器、上述数字多路分解器以及上述显示和音频驱动器电路之间的设置安排是这样的：由上述模拟多路复用器电路在来自上述中央控制单元的信号的控制下选择从用户接口中的模拟传感器接收的传感器数据，该数据由上述模-数转换器转换成数字形式并提供给上述数字多路复用器的输入，该数字多路复用器还从用户接口中的数字传感器件直接接收其他数字信号，由使用来自上述中央控制单元的信号的上述数字多路分解器提供的信号来扫描所述数字传感器件，并且在来自上述中央控制单元的控制下将它们有选择地提供给上述噪声滤波器进行滤波并且提供给上述中央控制单元进行处理，同时由上述显示和音频驱动器电路按照上述中央控制单元提供的数据来驱动外部显示和音频输出装置。
5．按照权利要求1的可配置电子控制器，其特征是上述负载接口单元包括：
-多个锁存器，用来存储从上述中央控制单元接收的数据，
-每个上述锁存器的输出被连接到一个开关控制电路的输入，
-每个上述开关控制电路的输出驱动一个用于操作负载的开关，该负载是家用电器中用来控制其操作的一个驱动装置，
-每个上述开关的一端被连接到负载，而开关的另一端连接到用来检测通过负载的电流的一个电流传感器，
-每个上述电流传感器的输出被连接到一个模拟多路复用器的一个输入，
-上述模拟多路复用器的输出被连接到一个负载检测电路的输入，该负载检测电路包括对来自每个分路的信号的灵敏度和偏移的内置的校正，
-上述负载检测电路的输出被连接到一个数字比较器的一个输入，
-上述数字比较器的另一个输入是由上述负载接口单元从中央控制单元接收的一个参考信号，
-上述数字比较器的输出被连接到上述中央控制单元的一个输入，
-上述锁存器、上述开关驱动电路、上述开关、上述电流传感器、上述模拟多路复用器、上述负载电流检测电路、上述数字比较器和上述输出锁存器之间的设置安排是这样的：由上述负载电流检测电路将上述负载电流传感器接收的负载电流数据转换成数字形式，由上述数字比较器将其与上述中央控制单元提供的参考数据相比较，并且提供给上述中央控制单元，后者通过上述锁存器提供用来控制上述开关驱动电路操作的信号。
6．按照权利要求1的可配置电子控制器，其特征是上述电源接口单元包括：
-一个电源电压检测电路，用来检测输入电源电压的电压电平，
-上述电源电压检测电路的输出被连接到两个数字比较器各自的一个输入，
-上述数字比较器各自的第二输入被连接到从上述中央控制单元接收的一个信号，
-上述数字比较器的输出被连接到一个锁存器的输入，
-上述锁存器的输出被连接到上述中央控制单元的一个输入，
-上述电源电压检测电路，上述数字比较器和上述锁存器之间的设置安排是这样的：由上述电源电压检测电路将检测到的电源电压转换成数字形式，由数字比较器将其与上述非易失性存储器提供的参考数据相比较，由上述锁存器锁存比较的结果，并且将其提供给上述中央控制单元作为电源状态数据。
7．按照权利要求1的可配置电子控制器，其特征是进一步包括一个网络接口单元，它连接到来自上述中央控制单元的另一个输出，并且为上述中央控制单元提供一个输入，用于在外部网络和上述中央控制单元之间交换数据。
8．按照权利要求1的可配置电子控制器，其特征是上述可配置逻辑单元的一种实施方案是由上述非易失性存储器提供的配置数据来配置的一个门电路阵列。
9．按照权利要求1的可配置电子控制器，其特征是上述可配置逻辑单元的另一种实施方案是由上述非易失性存储器提供的配置数据来配置的一种嵌入式微编程控制器。
10．按照权利要求1的可配置电子控制器，其特征是上述可配置逻辑单元的再一种实施方案是通过配置来提供过电流保护和“软起动”设施，它可以为负载提供降压起动，以便通过提供给上述负载接口单元的输入的信号而有选择地尽量减少接通电源时的冲击电流。
11．按照权利要求1的可配置电子控制器，其特征是上述可配置逻辑单元另外的一种实施方案是通过配置成可以通过利用由检测装置通过上述输入接口单元提供的信号而提供的温度数据来为负载有选择地提供过热保护，该检测装置被实际连接到选定负载上，并且在过热状态下为上述负载接口单元的输入端提供信号，以切断对负载的驱动。
12．按照权利要求1的可配置电子控制器，其特征是上述时钟发生器是一个振荡器，其最佳频率范围是32KHz到25MHz。
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