CN201828909U - 串行口查询管理的家用电子电器自动化接线座 - Google Patents

Abstract

串行口查询管理的家用电子电器自动化接线座属于计算机与家电的接口装置，计算机通过串行口查询4个开关量输出型传感器，由TXD送出二进制数据指令，经过校验、译码后管理4组电子开关；包括：RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、电平转换电路、两组4bit三态缓冲输入电路、4对传感器接口接线端、2-4译码器、二进制计数器、3-8译码器、数据输出使能电路、数据锁存电路、4组电子开关电路、稳压电源电路以及防雷击和浪涌电路。其中，DTR、RTS、TXD的信号分别送到2-4译码器的两个输入端与计数器的时钟信号输入端，2-4译码器的输出信号分别接到两组三态缓冲输入电路与数据输出使能电路的使能端，以输入计数器或传感器的输出信号。用于自动化运行家用电子电器。

Description

串行口查询管理的家用电子电器自动化接线座 

技术领域

本实用新型属于应用电子技术领域，特别是涉及一种实现家用电器自动化的计算机与家用电子和电器的接口装置。 

背景技术

最近准备提交国家知识产权局专利局审查的实用新型专利“可以计算机管理的家用电子电器自动化接线座”、“串行口联络线译码型管理的家用电子电器自动化接线座”和“串行口联络线供电管理的家用电器自动化接线座”都以个人计算机为主机，通过其RS232C接口的四根输入联络线，配合4个开关量输出型传感器，自动检测外部环境的相应状况，通过其RS232C接口的两根输出联络线，分别自动运行两对、三对和不多于二个的家用电子或电器。而同期提交审查的实用新型专利“串行口发送数据线管理的家用电子电器自动化接线座”没有采用单片机技术，却以串行口的发送数据线TXD传输出指令数据，以其两根输出联络线控制指令的输出与否，管理运行四对电子或电器。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种串行口查询管理的家用电子电器自动化接线座，它以计算机为主机，查询外接的4个开关量输出型传感器，通过串行口的发送数据线TXD传输出二进制数据指令，经过校验、译码以后输出，运行4对家用电子或电器；包括：9针RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、 电平转换电路、两组4bit三态缓冲驱动输入电路、4对传感器接口接线端、2-4译码器、二进制计数器、3-8译码器、数据输出使能电路、数据锁存电路、4组电子开关电路、稳压电源电路、防雷击和浪涌电路以及市电电源线及其插头。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是： 

USB接口连接到USB转串行口电路的相应的信号输入端，后者的信号输出端与RS232C接口的相应端口线并联；RS232C接口的第四针DTR、第七针RTS、第三针TXD分别连接到各自的 电平转换电路的三个RS232C电平信号输入端，该电平转换电路相应的三个TTL/CMOS电平信号输出端分别连接到2-4译码器的两个信号输入端与二进制计数器的 时钟信号输入端；一组4bit三态缓冲驱动输入电路的四个信号输出端与另一组4bit三态缓冲驱动输入电路的四个信号输出端两两并联，构成四组信号输出端，它们各自连接一个上拉电阻到电源正极，还分别连接到 

电平转换电路的四个TTL/CMOS电平信号输入端，该电平转换电路相应的四个RS232C电平信号输出端分别连接到RS232C接口的第一针CD、第六针DSR、第八针CTS与第九针RI；一组4bit三态缓冲驱动输入电路的四个信号输入端分别连接到二进制计数器的四个计数信号输出端，另一组4bit三态缓冲驱动输入电路的四个信号输入端分别与电源负极分别构成了4对传感器接口接线端；2-4译码器的四个译码信号输出端之 分别连接到两组4bit三态缓冲驱动输入电路与数据输出使能电路各自的输出使能端；2-4译码器由74HC139组成，其低电平有效的使能端接电源负极；二进制计数器由CD4516组成，其复位端、预置数使能端、进位输入端都接电源负极，计数模式端接电源正极，其计数信号输出端中的低三位分别连接到3-8译码器的三个信号输入端；3-8译码器的两个低电平有效使能端接到电源的负极，其高电平有效使能端接到电源的正极，其8个信号输出端分别连接到数据输出使能电路的8个信号输入端；数据输出使能电路的8个信号输出端分别连接一个下拉电阻到电源负极，并分别连接到数据锁存电路的4对置1端S与复位端R；数据锁存电路的4个输出端Q分别连接到各自的电子开关电路的控制信号输入端；稳压电源电路的交流输入端与防雷击和浪涌电路并联，通过市电电源线及其插头接到市电，稳压电源电路的输出负极与RS232C接口的第五针GND相连。 

所述稳压电源电路由电源变压器、二极管桥式整流电路、电容滤波电路以及三端稳压集成电路7806组成，7806的两个输出端分别构成了本装置的电源正极与电源负极。 

所述防雷击和浪涌电路由一只熔断器和一个压敏电阻串连组成。 

所述 电平转换电路由两块MAX232结合四只电解电容组成。 

所述4组电子开关电路的结构相同，各自包括：1路交流电电子开关电路和1路弱电电子开关电路。 

所述交流电电子开关电路包括：1只NPN三极管、1只PNP三极管、1个基极电阻、1个基极偏置电阻、1个集电极电阻、1个限流用集电极电阻和一块固态继电器；其中，基极电阻的一端接NPN三极管的基极，另一端作为该电子开关电路的控制信号输入端，基极偏置电阻并联在PNP三极管的发射结上，该PNP三极管的发射极接电源正极，其基极串联一个集电极电阻连接到NPN三极管的集电极，NPN三极管的发射极连接到电源负极，PNP三极管的集电极串联一个限流用集电极电阻连接到固态继电器的控制信号输入端中的正极，固态继电器的控制信号输入端中的负极连接到电源负极；固态继电器的两个输出端构成该交流电电子开关电路的输出端。 

所述弱电电子开关电路包括：一只三极管及其基极电阻、一只二极管、一只发光二极管和一个直流继电器；其中，基极电阻的一端接三极管的基极，另一端作为该电子开关电路的控制信号输入端，三极管的发射极连接到电源负极，其集电极连接到发光二极管的负极，发光二极管的正极分别连接到二极管的正极和直流继电器的线圈的一端，二极管的负极与直流继电器的线圈的另一端都连接到电源正极；直流继电器的两对单刀双掷开关的六个接线端构成了该弱电电子开关电路的输出端。 

本实用新型构成了计算机与家用电子电器之间的接口，其优点是，在计算机软件的管理下，通过DTR\RTS的组合，分别选用两组4bit三态缓冲驱动输入电路或数据输出使能电路之一，或者获取四个传感器的状态、或者校验串行口发送数据端输出的二进制数据、或者输出该数据经过译码以后的指令数据，实现对4组电子开关电路的控制，安全、便利；并且，传感器与家电的组合适应于多种家电自动化检测与运行的场合，可以使用的传感器包括：输出信号为开关型、+3V～+6V的电平型或脉冲信号型或电阻跳变型的传感器。 

附图说明

下面结合附图，进一步说明本实用新型。 

图1是 电平转换电路、两组4bit三态缓冲驱动输入电路、传感器接口电路、2-4译码电路、USB接口、USB转串行口电路与稳压电源电路的原理方框图。 

图2是二进制计数器、3-8译码器、数据输出使能电路、数据锁存电路的原理图。 

图3是一组电子开关电路的原理图。 

图中，1.-4.电子开关电路，5.稳压电源电路，51.防雷击和浪涌电路，6.USB接口，7.USB转串行口电路，8.RS232C接口，11.-12. 

电平转换电路，13.两组4bit三态缓冲驱动输入电路，14.2-4译码电路，21.二进制计数器，22.3-8译码器，23.数据输出使能电路，24.数据锁存电路，31.单刀双掷直流电磁继电器，32.固态继电器SSR。 

具体实施方式

计算机的RS232C接口的传输距离可达15米，其逻辑0对应电平+3V～+15V，逻辑1对应电平-3V～(-15)V，而其后续的HCMOS，CMOS电路的工作电压分别为：2V-6V和3V-15V(4500B)-18V(4000B)。因此，如图1所示，采用电平转换接口芯片(11)和(12)完成 

电平转换任务，具体型号可从MAX220～MAX249系列的26种芯 片中选用，它们特别适合干电池供电的系统。常用的MAX232需要配合四节电解电容，实现电压的加倍与反相，MAX225，MAX233，MAX235，MAX245，MAX246，MAX247甚至不需要外围器件就能独立完成电平转换，适合于电路板空间有限的场合。 

电平转换电路(11)和(12)也可以采用三极管开关电路配合一组-6V～-9V稳压电源与一组6V稳压电源组成。本实用新型设计了稳压电源电路，因此，-6V～-9V稳压电源可以方便地由7909等三端稳压集成电路实现。 

两组4bit三态缓冲驱动输入电路(13)与数据输出使能电路(23)分别由2-4译码器(14)的四个译码信号输出端之 

来选用。如图1所示，平时，DTR/RTS＝00， 

四个传感器Rs1，Rs2，Rs3，Rs4的输出信号可以通过第2组4bit三态缓冲驱动输入电路输入到RS232C接口的第一针CD、第六针DSR、第八针CTS与第九针RI，通过串行通信控件MSComm32.OCX的事件属性来检测传感器感应事件所输出的信号，适应输出信号为开关型、+3V～+6V的电平型或脉冲信号型或电阻跳变型的传感器。 

串行通信控件MSComm32.OCX的事件属性包括： 

1ComEvSend：传输寄存器中的字符数比Sthreshold还少； 

2ComEv Re ceive：收到Sthreshold个字符，该事件持续产生直到用Input属性从接收寄存器中移除； 

3ComEvCTS：Clear_to_Send线的状态发生变化； 

4ComEvDSR：Data_Set_Ready线的状态从1变到0； 

5ComEvCD：Carrier_Detect线的状态发生变化； 

6ComEvRing：检测到振铃信号，但是，不具备串口通信控件的属性MSComm32.CTSholding/.DSRholding/.DCDholding，无法查询检测其电平的高低情况，一些UART(非同步接收-传输器)可能不支持此事件； 

7ComEvEOF：收到数据结尾(ASCII为26)字符。 

串行口发送线平时处于高电平，异步串行通信的信息格式是：“(1位低电平的)起始位+传送的字符+奇偶校验位+(1、1.5或2位高电平的)停止位”，这通过修改串行通信控件MSComm32.OCX的Settings属性即可以做到。例如，其默认参数值为“9600，N，8，1”，意思是 “所使用的通信端口以每秒9600Bit的速度传输，不做奇偶校验，每个数据单元是8个Bit，而停止位是1个Bit”。使用下述命令也可以实现该属性：MSComm1.Settings＝″9600，n，8，1″。当程序需要传输出一个字符串的时候，使用控件MSComm32.OCX的Output属性将字符串写入输出寄存器中，例如：MSComm1.Output＝″ABCDE″，此即将ABCDE五个字符通过RS232C接口依序传送出去。考虑到每传送一个字符其前面叠加有一个低电平的起始标志位，我们选择传送字母“B”，其ASCII码为“42H＝0100 0010B”，因此，每次传送，串行口线TXD发出的波形是： 

会产生3个上升沿正跳变脉冲；而传送字母“A”＝“41H＝01000001B”，串行口线TXD发出的波形是： 

只产生2个上升沿正跳变脉冲。 

如图2所示，二进制计数器(21)的时钟脉冲信号输入端是正跳边有效。假设二进制计数器(21)的输出端的状态为Q3Q2Q1Q0＝0000。现在连续传送若干个字母“B”，会使得二进制计数器(21)的输出端依次发生的计数结果是：0011＝3，0110＝6，1001＝9，1100＝12，1111＝15，10010＝18，10101＝21，11000＝24，11011＝27，11110＝30，等等。我们只关心低三位Q2Q1Q0，从上述结果可以看到，到11000＝24为止，依次出现了Q2Q1Q0＝3，6，1，4，7，2，5，0这完全的8个状态。配合后面的3-8译码器(22)，可以控制四组电子开关的启动与停止。 

但是，由于串行口仅有两根输出联络线，无力再清零二进制计数器(21)。所以，设计了一组4bit三态缓冲驱动输入电路，由2-4译码器(14)的四个译码信号输出端之Y1来选通，从而查询二进制计数器(21)的计数状态，以便通过串行口的发送数据线TXD再传输出适当个数的字母“B”，达到校正指令数据的目的。在此过程当中，二进制计数器(21)的随机计数状态经过3-8译码器(22)以后不得施加到数据锁存电路(24)的8个控制端上，否则会引起电子开关电路(1)-(4)的误动作。为此，设计了数据输出使能电路(23)，由2-4译码器(22)的四个译码信号输出端之 

在适当的时候来选通，把二进制计数器(21)输出的正确的指令数据传递给数据锁存电路(24)的8个控制端之一。数据输出使能电路(23)由八D锁存器74HC373组成，也可以由三态缓冲器例如74HC244组成，其输出使能端由 控制，一般不由 

或 

控制，因为，若其它电路由 

控制的时候，从DTR/RTS＝00→01→11的中间状态其历时虽然仅执行一条指令所需的若干微秒，但毕竟会影响到数据输出使能电路(23)的动作，从而会带来电子开关电路(1)-(4)的错误动作。 

图2中，当数据输出使能电路(23)的输出使能端 

无效的时候，其8个输出端呈现高阻状态，数据锁存电路(24)的4对RS控制端分别被各自的下拉电阻引导到电源负极的电平，不影响它们的工作状态。数据输出使能电路(23)可以被3-8译码器(22)本身来取代：用3-8译码器(22)的低电平有效的片选端 

或 取代输出使能端 

即把片选端 

或 

连接到2-4译码器(14)的四个译码信号输出端之 

在校正二进制数据指令以后才允许3-8译码器(22)投入工作，译码出的指令数据同时被输出给后面的数据锁存电路(24)的8个控制端。把3-8译码器(22)换用4-16译码器，据此控制8组电子开关的启动与停止，这是不可以的；因为串行口输入口线RI不具备检测其电平高低情况的属性，只能够通过控件MSComm32.OCX的事件属性来反应其信号状态的变化，因此，用此口线查询不到二进制计数器(21)的计数状态，达不到校正指令数据的目的。 

使用过程中，本实用新型的一端通过电缆接计算机的USB或RS232C接口，另一端通过电源线插入市电插座，像平时家里使用电源接线板一样把电器插入相应的插座，而4对传感器则通过接线柱来连接。 

对传感器不熟悉的人，可以暂时不管它，运行计算机的程序就可以管理电子或电器的运行。 

Claims (6)

1.串行口查询管理的家用电子电器自动化接线座，其特征是，包括：9针RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、 

电平转换电路、两组4bit三态缓冲驱动输入电路、4对传感器接口接线端、2-4译码器、二进制计数器、3-8译码器、数据输出使能电路、数据锁存电路、4组电子开关电路、稳压电源电路、防雷击和浪涌电路以及市电电源线及其插头；其中，USB接口连接到USB转串行口电路的相应的信号输入端，后者的信号输出端与RS232C接口的相应端口线并联；RS232C接口的第四针DTR、第七针RTS、第三针TXD分别连接到各自的 

电平转换电路的三个RS232C电平信号输入端，该电平转换电路相应的三个TTL/CMOS电平信号输出端分别连接到2-4译码器的两个信号输入端与二进制计数器的时钟信号输入端；一组4bit三态缓冲驱动输入电路的四个信号输出端与另一组4bit三态缓冲驱动输入电路的四个信号输出端两两并联，构成四组信号输出端，它们各自连接一个上拉电阻到电源正极，还分别连接到 

电平转换电路的四个TTL/CMOS电平信号输入端，该电平转换电路相应的四个RS232C电平信号输出端分别连接到RS232C接口的第一针CD、第六针DSR、第八针CTS与第九针RI；一组4bit三态缓冲驱动输入电路的四个信号输入端分别连接到二进制计数器的四个计数信号输出端，另一组4bit三态缓冲驱动输入电路的四个信号输入端分别与电源负极分别构成了4对传感器接口接线端；2-4译码器的四个译码信号输出端之 分别连接到两组4bit三态缓冲驱动输入电路与数据输出使能电路各自的输出使能端；2-4译码器由74HC139组成，其低电平有效的使能端接电源负极；二进制计数器由CD4516组成，其复位端、预置数使能端、进位输入端都接电源负极，计数模式端接电源正极，其计数信号输出端中的低三位分别连接到3-8译码器的三个信号输入端；3-8译码器的高电平有效的使能端接到电源的正极，其8个信号输出端分别连接到数据输出使能电路的8个信号输入端；数据输出使能电路的8个信号输出端分别连接一个下拉电阻到电源负极，并分别连接到数据锁存电路的4对置1端S与复位端R；数据锁存电路的4个输出端Q分别连接到各自的电子开关电路的控制信号输入端；稳压电源电路的交流输入端与防雷击和浪涌电路并联，通过市电电源线及其插头接到市电，稳压电源电路的输出负极与RS232C接口的第五针GND相连。

2.根据权利要求1所述的串行口查询管理的家用电子电器自动化接线座，其特征是，所述稳压电源电路由电源变压器、二极管桥式整流电路、电容滤波电路以及三端稳压集成电路组成，三端稳压集成电路的两个输出端分别构成了本装置的电源正极与电源负极。

3.根据权利要求1所述的串行口查询管理的家用电子电器自动化接线座，其特征是，所述防雷击和浪涌电路由一只熔断器和一个压敏电阻串连组成。

4.根据权利要求1所述的串行口查询管理的家用电子电器自动化接线座，其特征是，所述 4组电子开关电路的结构相同，各自包括：1路交流电电子开关电路和1路弱电电子开关电路。

5.根据权利要求4所述的串行口查询管理的家用电子电器自动化接线座，其特征是，所述交流电电子开关电路包括：1只NPN三极管、1只PNP三极管、1个基极电阻、1个基极偏置电阻、1个集电极电阻、1个限流用集电极电阻和一块固态继电器；其中，基极电阻的一端接NPN三极管的基极，另一端作为该电子开关电路的控制信号输入端，基极偏置电阻并联在PNP三极管的发射结上，该PNP三极管的发射极接电源正极，其基极串联一个集电极电阻连接到NPN三极管的集电极，NPN三极管的发射极连接到电源负极，PNP三极管的集电极串联一个限流用集电极电阻连接到固态继电器的控制信号输入端中的正极，固态继电器的控制信号输入端中的负极连接到电源负极；固态继电器的两个输出端构成该交流电电子开关电路的输出端。

6.根据权利要求4所述的串行口查询管理的家用电子电器自动化接线座，其特征是，所述弱电电子开关电路包括：一只三极管及其基极电阻、一只二极管、一只发光二极管和一个直流继电器；其中，基极电阻的一端接三极管的基极，另一端作为该电子开关电路的控制信号输入端，三极管的发射极连接到电源负极，其集电极连接到发光二极管的负极，发光二极管的正极分别连接到二极管的正极和直流继电器的线圈的一端，二极管的负极与直流继电器的线圈的另一端都连接到电源正极；直流继电器的两对单刀双掷开关的六个接线端构成了该弱电电子开关电路的输出端。 

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