CN1379567A - 多媒体设备及电器装置的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种用于多功能会议室、多媒体教室和智能化家庭等场所音、视频设备,投影、展示设备以及照明等设备的集中控制系统。它的无线接收节点、计算机节点、键盘节点等控制输入节点和红外线节点、数字I/O节点、开关节点、功率调节节点等执行输出节点均以网络功能节点方式与系统总线相连,组成一个无控制中心的集中控制系统。该控制系统的系统程序可实现对各功能节点的在线配置、故障处理以及对被控设备的集中控制;节点控制程序可实现功能节点初始化和总线监测等功能。如此,使系统的各网络功能节点可脱离计算机独立工作,因而允许据现场实际需要,方便地增减某种类型的节点。该控制系统不仅可扩充能力强、系统资源利用率和工作可靠性高,而且布线较为简单。

Description

多媒体设备及电器装置的控制系统

(一)技术领域

本发明涉及多功能会议室，多媒体教室和智能化家庭等场所用音视频设备，投影、展示设备，环境设备以及照明等电器设备的控制装置。

(二)背景技术

目前，用于多功能会议室、多媒体教室等场所的智能控制系统均是采用中央控制主机控制方式，即以中央控制主机为核心，通过该主机提供的各种类型控制接口与被控设备的控制输入端口相接，从而实现对各种设备的集中控制。例如，中国发明专利申请“多媒体电子会议控制系统”(申请号98113623.0)、“智能家电控制系统及其实现方法”(申请号01109767.1)以及00248732.2号中国实用新型专利“网络家电控制装置”等均采用了上述控制方式。这种通过中央控制主机对被控设备进行集中控制的方式不同程度的存在以下缺点：A、系统资源利用率不高——由于中央控制主机提供的各类接口数目固定，在系统构成时，通常会出现某类接口数目过多，而另一类接口数目不足的情况。B、可扩充能力差——由于中央控制主机的接口扩充通常较为复杂，甚至无法实现，当主控制器选定后，其所具有的各类接口数目即固定，也就是主控制器最大可控各类设备的数量固定。C、系统可靠性低——中央控制主机是整个控制系统的核心，若主控制器出现故障，则整个系统将瘫痪。D、实际系统构成布线复杂——被控设备种类繁多，各被控设备都必须直接与主控制器相连，布线较复杂。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种系统可扩充能力强、系统资源利用率高且系统实际布线较为简单、工作可靠性高的多媒体设备及电器装置集中控制系统。

为实现上述目的，本发明采用的解决方案是：各控制输入接口和执行输出接口连接于相应的功能节点上，各功能节点是均带有微处理器且具有相应功能的智能节点，这些功能节点是以网络节点的方式与系统总线相接，组成一个无中心的分布式控制系统；本控制装置通过控制输入节点——系统总线——执行输出节点实现对被控设备和装置的集中控制。系统的主程序主要完成以下任务：

a、对系统总线上现有的或新加入的节点进行在线配置，判断节点类型，确定通讯方式，同该节点建立联系，分配被控设备通道，使节点能够执行特定的任务；

b、对系统总线上的节点进行控制，判断设备、命令等信息的类型，向网络节点发送控制命令，使节点执行特定的任务；

c、监测系统总线和节点的故障，报告错误信息。

网络节点控制程序主要完成以下任务：

a、通过系统总线的发送命令，使功能节点向总线传送数据；

b、通过系统总线的接收命令，功能节点接收总线传来的数据；

c、监测节点内故障，报告错误信息，故障节点退出总线。

为了更方便高效地实现本发明的目的，控制系统的主程序可采用模块化设计，它包括节点配置模块、控制模块和故障处理模块；控制系统的每个功能节点可主要由总线收发器11、16，总线控制器12、17，微处理器13、15，以及接口单元14组成，这样，每个功能节点可据其本身的功能配置信息，通过系统总线自动地与其它功能节点进行数据交换和指令传输而不需计算机的介入。

本发明控制系统的系统总线为多主总线，即网络上任一个功能节点均可在任意时刻通过该系统总线主动向网络上的其它功能节点发送信息，而不分主从。因而该控制系统允许根据现场实际情况方便地增减网络上的功能节点。但功能节点的基本种类和基本数量为预先设定，使用中根据实际需要再予以增减。如，可将系统设计为具有无线接收节点、计算机接口节点和键盘节点三个基本的控制输入功能节点和数字I/O节点、红外节点、开关节点和功率调节节点四个基本的执行输出功能节点。

本发明控制系统将控制输入功能节点和执行输出功能节点以网络节点方式与系统总线相连，各控制设备是通过相应的控制输入功能节点——系统总线——执行输出功能节点——执行输出接口对各种被控设备进行控制。使用时，可根据现场实际需要，方便地通过增加或者减少某种类型的功能节点来增加或减少某种类型的控制输入接口和执行输出接口，因而接口可扩充能力强，系统资源利用率高。由于该控制系统的各种输入输出接口的功能节点均是与系统总线相连，组成了一个无控制中心的分布式智能控制系统，因而绝不会因系统某一部分发生故障而导致整个系统瘫痪，即系统的工作可靠性高。另外，该控制系统的实际布线数量少，布线简单。

(四)附图说明

图1为本发明控制系统典型组成的原理框图。

图2为本发明实施例的控制系统与被控设备的连接示意图。

图3为本发明实施例中功能节点的组成原理框图。

图4为本发明实施例中功能节点的基本电路原理框图。

图5为本发明实施例的主程序流程图。

图6为本发明实施例中功能节点控制程序的流程图。

(五)具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

如上所述，本发明控制系统中的功能节点可据需要增减。从理论上讲，节点数量不受限制，但受现有器件参数影响，节点数量可扩展到110个。最小的控制系统可由一个控制输入功能节点和一个执行输出功能节点组成；典型的组成则如图1所示。图中的无线接收节点2、计算机接口节点3和键盘节点4为控制输入功能节点。红外线节点6、数字I/O节点7、开关节点8和功率调节节点9为执行输出功能节点。这些功能节点均与系统总线5相接。电源10通过系统总线5向网络节点供电(当然也可采取其它供电方式)。无线接收节点2以无线通讯的方式接收来自无线液晶触摸屏1等类似装置发出的无线控制命令，并将该命令发布到系统总线上。计算机接口节点3为双向多功能节点，通过该节点，计算机可实现对各功能节点的功能配置，而且系统总线上的节点故障信息也可反馈回计算机；同时，该节点可将计算机发出的各种控制命令发布到系统总线上。键盘节点4为单一功能的控制输入节点，它可将键盘输入的控制命令发布到系统总线上。控制系统中各功能节点的供电可采用将独立的电源接于系统总线上或将电源附于任一功能节点中向系统总线供电的方式。如图2所示，在该实施例中，系统总线上设置了无线接收节点、计算机接口节点、键盘节点共三个控制输入功能节点以及红外线节点、数字I/O节点、开关节点、功率调节节点共四个基本执行输出功能节点。该红外线节点具有6路红外线输出接口，每路接口允许连接多台采用不同红外编码的多媒体设备。该数字I/O节点具有3路RS232数字接口和3路RS485数字接口，用于控制如视频实物展台、AV矩阵等具有上述接口的多媒体设备。该开关节点提供6路独立的开关量输出，可用于控制电动幕的升降、电动窗帘、灯光等装置电源的通断。该功率调节节点具有6路输出接口，主要用于调控灯光明暗。开关电源通过系统总线向网络节点供电。该系统总线为现场总线，采用双绞线作为传输介质。各功能节点从总线上取电。

如图3和图4所示，实施例中各功能节点中的总线收发器11(在图4中为16)为一集成电路，它是总线控制器12(在图4中为17)和物理总线间的接口，可提供对总线的差动发送和接受能力；总线控制器12(在图4中为17)也为一集成电路，它具有多主结构、成组、广播报文、无损结构的逐位仲裁以及“故障界定隔离”等功能。其故障界定隔离功能是当节点通讯出现错误时，可自动判断是短期干扰还是永久性故障，并可及时关断故障节点，确保总线通讯正常。微处理器13(在图4中为15)主要由8位单片机，复位电路和电可擦存储器组成，它将从总线接收到的数据进行处理，将处理后的数据存储或发送到相应的接口。接口单元14用于连接相对应功能节点的控制输入设备或被控设备。电源18为DC/DC稳压器，它将总线提供的15V直流电变成5V直流电供功能节点使用。

本发明中的系统主程序主要用于实现对各种节点的在线配置、故障处理以及实现对控制系统内的所有被控设备进行集中式控制等功能。如实施例的主程序流程图5所示，当该程序启动后，为计算机和总线进行通讯及设置参数，执行步骤100，进行初始化。初始化后执行步骤200系统进入监测状态，对总线进行实时动态监测；执行步骤300判断系统总线内是否有信息；如没有信息，继续对总线进行动态实时监测，执行步骤200返回到系统监测状态；如步骤300的检测结果有信息，此时要逐步静态检查信息类型。首先执行步骤350判断是否有故障信息。如果是故障信息执行步骤351，使得该节点退出总线，且执行步骤352报告错误信息，执行步骤200返回到系统监测状态。如果不是故障信息则执行步骤400，判断监测结果是否有新节点加入，如有，执行步骤401判断节点类型。如果是不可识别的节点，继续对总线进行动态实时监测，执行步骤200返回到系统监测状态；如系统可识别该节点，执行步骤402同节点建立连接，执行步骤403对该节点进行配置。执行步骤404保存配置信息且将配置信息卸载到节点中的存储器中，继续对总线进行动态实时监测，执行步骤200返回到系统监测状态。如果步骤400监测结果不是新节点，则执行步骤500判断该信息是否要修改某一节点。如果要修改某一节点，执行步骤403对该节点进行配置。执行步骤404保存配置信息且将配置信息卸载到节点中的存储器中，继续对总线进行动态实时监测，执行步骤200返回到系统监测状态。如果步骤500监测结果不是要修改节点，则执行步骤600判断是否有输入请求。如果是输入请求，执行步骤601识别输入的类型，根据输入类型执行步骤602来确立同该节点建立连接的方式且同该节点建立连接，执行步骤603，该节点执行特定的操作任务。继续对总线进行动态实时监测，执行步骤200返回到系统监测状态。如果步骤600监测结果不是输入请求，则执行步骤700判断是否为退出系统的命令。如果是，退出系统。否则，此信息为系统内不可识别的信息类型，继续对总线进行动态实时监测，执行步骤200返回到系统监测状态。

本发明中的智能化网络节点控制程序主要用于实现节点微处理器和总线控制器的初始化，节点功能配置参数的恢复以及读取总线发来的命令，并对这些命令解析、发送。如实施例的网络节点控制程序流程图6所示，当系统启动后，总线内的节点也同时启动，执行步骤800通过节点的微处理器进行初始化节点的功能配置。执行步骤810使得该节点进入系统监测状态。执行步骤820判断总线内是否有有效信息，如果没有，节点继续对总线是否有信息进行监测，执行步骤810使得该节点进入系统监测状态；如果有，执行步骤830分析该命令字。如果分析结果为发送命令，执行步骤910，利用通讯规则执行步骤911向总线发送数据。继续进行监测，执行步骤810进入系统监测状态。如果分析结果为接收命令，执行步骤940判断是配置数据还是控制命令。如果为控制命令，执行步骤951接收控制参数执行特定任务，继续进行监测，执行步骤810进入系统监测状态。如果为配置信息，执行步骤941接收数据，执行步骤942解析数据信息，执行步骤943保存数据信息。继续进行监测，执行步骤810进入系统监测状态。如果分析结果为故障，执行步骤970进行故障监测，执行步骤971发送故障信息。继续进行监测，执行步骤810进入系统监测状态。在上述实施例中，每个功能节点可根据自身的功能预先用计算机配置信息，配置完成后即可通过系统总线自动地与其它功能节点进行数据交换和指令传输而再无需计算机的介入，即每一个节点均可脱离计算机独立工作。所采用的现场总线为多主总线，因而网络上任一个节点均可在任意时刻主动向网络上的其它节点发送信息，而不分主从；网络节点可以用点对点、一点对多点(成组)及全局广播等几种方式传递和接收数据，因而，一个控制输入节点发出的命令可以同时被多个执行输出节点接受并执行。基于报文而不是站点地址的总线通讯协议，能够使新的功能节点随时方便地加入到现有系统中，而不需对所有功能节点进行重新编程。因此控制系统可通过计算机程序实现网络节点的即插即用和在线配置功能。

本发明上述实施例的控制系统与控制输入设备(如PC台式机、无线遥控液晶触摸屏等)及被控设备(如AV矩阵、多媒体投影机、电动幕等)的连接如图2所示。如前所述，该实施例中的控制输入功能节点和执行输出功能节点仅是所设计的基本节点，使用中，根据现场实际情况，可以方便地增减某种类型的节点，以便更好地满足使用要求。

另外，本发明的控制系统允许嵌入式键盘、遥控触摸屏和计算机程序，通过控制输入节点实现并行控制操作；如采用第三方的远程控制程序，该控制系统也可通过计算机网络实现对多媒体设备及电器设备的远程控制。

Claims (4)

1、一种多媒体设备及电器装置的集中控制系统，它包括控制输入接口和执行输出接口，其特征是各控制输入接口和执行输出接口连接于相应的功能节点上，各功能节点是均带有微处理器且具有相应功能的智能节点，这些功能节点是以网络节点的方式与系统总线相接，组成一个无中心的分布式控制系统；各控制装置通过控制输入节点——系统总线——执行输出节点实现对被控设备和装置的集中控制；系统的主程序主要完成以下任务：

a、对系统总线上现有的或新加入的节点进行在线配置，判断节点类型，确定通讯方式，同该节点建立联系，分配被控设备通道，使节点能够执行特定的任务；

b、对系统总线上的节点进行控制，判断设备、命令等信息的类型，向网络节点发送控制命令，使节点执行特定的任务；

c、监测系统总线和节点的故障，报告错误信息；

网络节点控制程序主要完成以下任务：

a、通过系统总线的发送命令，使功能节点向总线传送数据；

b、通过系统总线的接收命令，功能节点接收总线传来的数据；

c、监测节点内故障，报告错误信息，故障节点退出总线。

2、根据权利要求1所述的控制系统，其特征是系统主程序采用模块化设计，它包括节点配置模块、控制模块和故障处理模块。

3、根据权利要求1所述的控制系统，其特征是各功能节点主要是由总线收发器(11、16)、总线控制器(12、17)、微处理器(13、15)以及接口单元(14)组成；每个功能节点可据其本身的功能配置信息，通过系统总线自动地与其他功能节点进行数据交换和指令传输而不需计算机的介入。

4、根据权利要求1～3所述的任一控制系统，其特征是系统具有无线接收节点、计算机接口节点和键盘节点三个基本的控制输入功能节点和数字I/O节点、红外线节点、开关节点、功率调节节点四个基本的执行输出功能节点。

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