CN201928257U

CN201928257U - 串行口txd线管理的24n/2组电器自动化接线座

Info

Publication number: CN201928257U
Application number: CN2010205567928U
Authority: CN
Inventors: 曾艺; 曾湘; 曾山
Original assignee: Chongqing Technology and Business University
Current assignee: Chongqing Technology and Business University
Priority date: 2010-10-11
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2020-10-11

Abstract

串行口TXD线管理的2^4N/2组电器自动化接线座，属于计算机与家用电器的接口装置，以计算机为主机，通过串行口的输入联络线检测3个数字量输出型传感器的状况以及1个传感器的状态的变化，通过串行口发送数据线发送出串行数据，经过多位二进制计数、译码生成指令数据，管理2^4N/2组家用电子与电器；包括：RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、4对传感器接口接线端、RS232→TTL/CMOS电平转换电路、4N位二进制计数电路、4N→2^4N译码电路、数据输出使能电路、数据锁存电路、2^4N/2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，N＝1，2，3，......，信号TXD、DTR、RTS分别送往二进制计数电路的时钟输入端及其复位端、数据输出使能电路的输出使能端。用于多路家用电子电器的自动化。

Description

串行口TXD线管理的2<sup>4N</sup>/2组电器自动化接线座

技术领域

本发明属于应用电子技术领域，特别是涉及一种计算机与家用电子电器的接口装置。

背景技术

2010年9月中旬提交国家知识产权局专利局审查的实用新型“串行口发送数据线管理的家用电子电器自动化接线座”以串行口的输出联络线DTR作为约氏十进制计数器CD4017的复位信号，从串行口的TXD口线发送出串行数据给十进制计数器，被转换成并行数据指令，而以串行口的输出联络线RTS控制指令数据的输出，管理4组家用电子电器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种串行口TXD线管理的2^4N/2组电器自动化接线座，它以计算机为主机，通过串行口的四根输入联络线检测3个数字量输出型传感器的状况以及1个传感器的状态的变化，通过串行口发送数据线发送出二进制数据，经过译码产生指令数据，管理2^4N/2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、4对传感器接口接线端、RS232→TTL/CMOS电平转换电路、4N位二进制计数电路、4N→2^4N译码电路、数据输出使能电路、数据锁存电路、2^4N/2组电子开关电路、稳压电源电路、防雷击和浪涌电路以及电源线及其插头，其中，N＝1，2，3，......。

本发明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接口的第一针CD、第六针DSR、第八针CTS与第九针RI分别连接一个上拉电阻到电源正极，这四针与电源负极分别构成了4对传感器接口接线端；RS232C接口的第三针TXD、第四针DTR、第七针RTS分别连接到RS232→TTL/CMOS电平转换电路的三个信号输入端，该电平转换电路相应的三个信号输出端分别连接到4N位二进制计数电路的时钟信号输入端及其复位端、数据输出使能电路的输出使能端；4N位二进制计数电路的4N个计数结果输出端分别连接到4N→2^4N译码电路的4N个信号输入端，该译码电路的 2^4N个信号输出端分别连接到数据输出使能电路的2^4N个数据输入端，数据输出使能电路的2^4N个信号输出端分别连接一个下拉电阻到电源负极，并且还分别连接到数据锁存电路的2^4N/2对置1端S与复位端R；数据锁存电路的2^4N/2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，通过电源线及其插头接到市电，稳压电源电路的电源负极与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7815组成，7815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联组成。

所述RS232→TTL/CMOS电平转换电路分成三路，各路的结构相同，包括：一只三极管、一个基极电阻、一个集电极电阻、一只施密特反相器以及工作状态指示灯电路；其中，基极电阻的一端作为该路电平转换电路的信号输入端，另一端连接到三极管的基极，电源正极与集电极电阻、三极管的集电极、发射极以及电源负极组成串联电路，三极管的集电极还连接到一个施密特反相器的输入端，该施密特反相器的输出端作为该路电平转换电路的信号输出端；工作状态指示灯电路是由电源正极、发光二极管及其限流电阻以及所述施密特反相器的输出端组成的串联电路。

所述2^4N/2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路直流继电器电子开关电路。

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。

所述直流继电器电子开关电路包括：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直流继电器电子开关电路的输出端。

所述4N位二进制计数电路由N块四位可预置二进制计数器级联组成。

所述4N→2^4N译码电路由门电路组织。

所述数据输出使能电路由非反相三态缓冲器CD4503并列组成。

所述数据锁存电路由2^4N/2个D触发器或RS触发器组成。

本发明构成了计算机与家用电子电器之间的接口，在计算机软件的管理下，配合数字量输出型传感器工作，包括：输出信号为开关量型、+3V～+15V的电平型或脉冲信号型或电阻跳变型的传感器，用于检测所关心的状态变化；传感器与家用电器的组合适应于多种场合；其优点是：以计算机串行口的输出联络线DTR控制二进制计数器的复位端，利用串行数据发送端TXD配合二进制计数器发送出正确的二进制数据，经过译码电路生成指令数据，使用输出联络线RTS输出正确的指令数据，管理2^4N/2对弱电和强电电子开关电路。

附图说明

下面结合附图，进一步说明本发明。

图1表示了串行口与传感器的接口电路、稳压电源电路的方框图。

图2是RS232→TTL/CMOS电平转换电路的原理图。

图3是4N位二进制计数电路、4N→2^4N译码电路、数据输出使能电路、数据锁存电路、2^4N/2组电子开关电路的原理图，其中，N＝2。

图4是一组电子开关电路的原理图。

图中，001.-128.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，21.-22.二进制计数器CD4516，23.4N→2^4N译码电路(N＝2)，24.数据输出使能电路，25.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，逻辑0对应电平+3V～+15V，逻辑1对应电平-3V～(-15)V，通过串行通信控件MSComm32.OCX的下列事件属性来检测外部设备的响应信号：1)ComEvCTS：Clear_to_Send线的状态发生变化；2)ComEvDSR：Data_Set_Ready线的状态从1变到0；3)ComEvCD：Carrier_Detect线的状态发生变化；4)ComEvRing：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。

因此，如图1所示，采用上拉电阻R1，R2，R3，R4与传感器Rs1，Rs2，Rs3，Rs4接地的方式构成了传感器的接口电路，适应的传感器包括：输出信号为开关量型、+3V～+15V的电平型或脉冲信号型或电阻跳变型的传感器。家用传感器的工作电源一般为＜15V的直流电源，工作在室内，不用考虑在传感器Rs1，Rs2，Rs3，Rs4与RS232C接口之间安排光电耦合电路作电气隔离，降低了成本。但是，在市电的输入端并联有防雷击和浪涌电路(51)。

HCMOS，CMOS电路的工作电压分别为：2V-6V和3V-15V(4500B)-18V(4000B)。因此，RS232→TTL/CMOS电平转换电路如图2所示。其中，施密特反相器用于信号整形。

图3中，4N(N＝2)位二进制计数电路由N＝2块四位可预置二进制计数器集成电路(21)、(22)级联组成，所采用的二进制计数器CD4516可以换用其它型号的二进制计数器。

串行口发送线TXD平时处于高电平。串行通信控件MSComm32.OCX的Settings属性设置了异步串行通信的信息格式：“(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”。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，例如，字母“B”的ASCII码为“42H＝0100 0010B”，每次传送该字母，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＝0100 0001B”，串行口线TXD发出的波形是：只产生2个上升沿正跳变脉冲。因此，先通过DTR输出高电平，复位4N(N＝2)位二进制计数电路：q7q6...q1q0＝Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0＝00000000，然后，设置 DTR＝0，复位控制端电平无效，再通过TXD连续传送出若干个字母“B”，会使得N＝2块四位可预置二进制计数器CD4516(21)、(22)的输出端依次产生下列结果：q7q6...q1q0＝Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0＝00000011(3)、00000110(6)、00001001(9)、00001100(12)、00001111(15)、00010010(18)、00010101(21)、00011000(24)、00011011(27)、00011110(30)、00100011(33)、……，从中不难发现，4N(N＝2)位二进制计数电路的计数输出结果会包括8＝4×N位二进制数的各种可能情况，一共有2⁸＝2^4N(N＝2)种。如果再把上述二进制计数结果通过4N→2^4N译码电路(23)进行译码，会产生相应的2^4N条指令数据。没有找到现成的集成电路或采用它们级联组成4N→2^4N译码电路(23)。但是，根据译码的逻辑，例如：

可由门电路实现。

数据锁存电路(25)由2^4N/2个D触发器或RS触发器组成，每一个触发器或RS触发器都有一个复位端R或置1端S，它们各自需要使用一条独立的指令数据线来管理，具有锁存状态的功能，使得其后面所连接的电子开关电路[(001)、……或(128)]按照指令工作。但是，4N(N＝1，2，3，......)位二进制计数电路及其后接的4N→2^4N译码电路(23)在串行口线TXD发出准确的二进制数据的过程中会产生一些其它的中间状态数据，会对数据锁存电路(25)以及电子开关电路[(001)、……或(128)]产生影响。为此，设计有数据输出使能电路(24)，由若干块非反相三态缓冲器CD4503并列组成，它们受到串行口输出联络线RTS的控制：RTS＝0时，4N→2^4N译码电路(23)产生的指令数据才会通过数据输出使能电路(24)施加到数据锁存电路(25)相应的控制端上，指令生效；RTS＝1时，数据输出使能电路(24)的输出使能端Disable处于高电平有效状态，其输出端呈现高阻状态，隔断了指令数据的传输。但是，三态缓冲器输出端的高阻状态可能会产生某种随机的感应脉冲，影响后续CMOS电路，因此，在数据锁存电路(25)的各个R或S控制端都接有一个下拉电阻到电源负极，当数据输出使能电路(24)的输出端处于高阻状态时，各个R或S控制端处于可靠的低电平无效状态，从而数据锁存电路(25)得以保持原来的状态。数据输出使能电路(24)也可以换用8D锁存器74HC373或三态总线驱动器74HC244，但HCMOS电路的工作电压为VCC＝2V～6V，工作电源高于此工作电压VCC＝2V～6V的电平输出型或脉冲信号输出型传感器仍然可以使用。

Claims

1.串行口TXD线管理的2^4N/2组电器自动化接线座，其特征是，包括：9针RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、4对传感器接口接线端、RS232→TTL/CMOS电平转换电路、4N位二进制计数电路、4N→2^4N译码电路、数据输出使能电路、数据锁存电路、2^4N/2组电子开关电路、稳压电源电路、防雷击和浪涌电路以及电源线及其插头；其中，N＝1，2，3，......，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接口的第一针CD、第六针DSR、第八针CTS与第九针RI分别连接一个上拉电阻到电源正极，这四针与电源负极分别构成了4对传感器接口接线端；RS232C接口的第三针TXD、第四针DTR、第七针RTS分别连接到RS232→TTL/CMOS电平转换电路的三个信号输入端，该电平转换电路相应的三个信号输出端分别连接到4N位二进制计数电路的时钟信号输入端及其复位端、数据输出使能电路的输出使能端；4N位二进制计数电路的4N个计数结果输出端分别连接到4N→2^4N译码电路的4N个信号输入端，该译码电路的2^4N个信号输出端分别连接到数据输出使能电路的2^4N个数据输入端，数据输出使能电路的2^4N个信号输出端分别连接一个下拉电阻到电源负极，并且还分别连接到数据锁存电路的2^4N/2对置1端S与复位端R；数据锁存电路的2^4N/2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，通过电源线及其插头接到市电，稳压电源电路的电源负极与RS232C接口的第五针GND相连。

2.根据权利要求1所述的串行口TXD线管理的2^4N/2组电器自动化接线座，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TXD线管理的2^4N/2组电器自动化接线座，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联组成。

4.根据权利要求1所述的串行口TXD线管理的2^4N/2组电器自动化接线座，其特征是，所述RS232→TTL/CMOS电平转换电路分成三路，各路的结构相同，包括：一只三极管、一个基极电阻、一个集电极电阻、一只施密特反相器以及工作状态指示灯电路；其中，基极电阻的一端作为该路电平转换电路的信号输入端，另一端连接到三极管的基极，电源正极与集电极电阻、三极管的集电极、发射极以及电源负极组成串联电路，三极管的集电极还连接到一个施密特反相器的输入端，该施密特反相器的输出端作为该路电平转换电路的信号输出端；工作状态指示灯电路是由电源正极、发光二极管及其限流电阻以及所述施密特反相器的输出端组成的串联电路。

5.根据权利要求1所述的串行口TXD线管理的2^4N/2组电器自动化接线座，其特征是，所述电子开关电路分成2^4N/2组，每一组的电路结构都相同，各自包括：1路交流电电子开关电路和1路直流继电器电子开关电路。

6.根据权利要求5所述的串行口TXD线管理的2^4N/2组电器自动化接线座，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。

7.根据权利要求5所述的串行口TXD线管理的2^4N/2组电器自动化接线座，其特征是，所述直流继电器电子开关电路包括：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直流继电器电子开关电路的输出端。

8.根据权利要求1所述的串行口TXD线管理的2^4N/2组电器自动化接线座，其特征是，所述4N位二进制计数电路由N块四位二进制计数器级联组成。

9.根据权利要求1所述的串行口TXD线管理的2^4N/2组电器自动化接线座，其特征是，所述4N→2^4N译码电路由门电路组织。

10.根据权利要求1所述的串行口TXD线管理的2^4N/2组电器自动化接线座，其特征是，所述数据输出使能电路由非反相三态缓冲器CD4503并列组成。

11.根据权利要求1所述的串行口TXD线管理的2^4N/2组电器自动化接线座，其特征是，所述数据锁存电路由2^4N/2个D触发器或RS触发器组成。