CN2181147Y

CN2181147Y - 家用多时段多通道、电话可遥控、电力线载波计时控制器

Info

Publication number: CN2181147Y
Application number: CN 93248069
Authority: CN
Inventors: 刘榕和
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1993-12-30
Publication date: 1994-10-26
Anticipated expiration: 2003-12-30

Abstract

本实用新型包括控制装置和插座，控制装置的双音频编/解码器的输入接电话机，输出端接中央处理机，中央处理机的BCD码输出接双音频编码器，后者的双音频信号输出经电力线载波信令接口再与插座连接；中央处理机外接非易失性存储器、百年日历钟、自动复位电路及键盘/显示接口，还与外部接口板(包括电话线接口、断电检测电路、电力线载波信令接口及键盘与显示器)连接。可多时段多通道，或利用电话遥控对家用电器实施控制。

Description

本实用新型涉及一种计算机计时控制装置。

目前，各种各样的家用电器遍及家庭。但是如何有效利用，达到省电、节能、方便的目的是人们关注的问题。例如电热水器不使用时需经常加温，浪费电能，若待需用热水才打开开关又要等待较长时间。针对上述问题，已有不少的解决方案。

CNGG 86200305号专利申请公开一种“预控电路自动执时操作多能钟电器自动控制多功能钟”，它利用石英钟或普通机械钟对钟面进行改装。

CN 2079766U号专利申请公开的一种“石英钟可编程多路时控器”以及CN 20855073U家用时控双定时控制器也都是利用上述技术方案。

除此之外，也有使用电子表及部分元件改制而成的CN 2062468U 多功能家用定时器，CN 2079770U钟控多功能插座，CN 2085072U简易高精度定时开关控制装置，CN 2137372Y多功能电子定时器，CN 2109592U电子表定时电源插座以及CN 2088710U多功能电源定时控制器。

还有使用集成电路的时序控制器的CNGG 86203364 简易型逻辑电路多路可编程时间控制器，CN 2064079U集中顺序控制器，CN 20655337U电脑时序控制器，CN 2065338U家用节能时序控制器以及CN 2139275Y多路定时开关自控仪。

但是，上述专利申请普遍存在以下问题：

1、多数计时器可分时段少，调校麻烦。

2、控制通道少，一般为一两个，不适应家庭所拥有的需控制的电器数量。

3、用户难以从远处对定时控制装置进行临时调校与程序修改。

4、通道插座与控制器连为一体，不能分离使用，安装不便。

5、不具备与家用报警装置、控温装置等设备的接口。

本实用新型的目的旨在提供一种克服上述问题的家用多时段、多通道、电话可遥控、电力线载波计时控制器。

本实用新型包括控制装置和插座两部分。

控制装置由中央控制板与外部接口板组成。中央控制板包括双音频编／解码器、中央处理机、非易失性存储器、自动复位电路、键盘显示接口和外接口。双音频编／解码器的输入端接电话机的双音频信号输出端，双音频解码器的输出端接中央处理机，中央处理机的BCD码输出端接双音频编码器的输入端，双音频编码器的双音频信号输出端经电力线载波信令接口再与插座部分连接。中央处理机还外接非易失性存储器、带有掉电（停电）保护的百年日历时钟芯片、自动复位电路以及键盘／显示接口。

中央控制板还可设有扩展接口。

外部接口板包括电话线接口、断电检测电路、电力线载波信令接口以及键盘和显示器。电话线接口、断电检测电路、电力线载波信令接口以及键盘和显示器分别与中央处理机连接。

插座部分包括电力线接口、双音频解码电路、双稳态触发器。电力线接口的输入端与外部接口板的电力线载波信令接口连接，电力线接口的双音频信号输出端接双音频解码电路，双音频解码电路的输出端接双稳态触发器的输入端，插座上并设有电源通断开关。

以下对本发明的原理和工作过程作一说明。

中央控制板主要起整机的中心控制作用，中央处理机可用一片单片微型计算机，该微型计算机带有4K的程序，同时作为一个控制装置要求其不受电源变化的影响。因此，可扩展一个8K字节的非易失性随机存贮器（RAM＋后备电池），以保存用户的分段时控数据，该数据可保存在该存贮器中5年以上。

中央控制板上所设的带有掉电（停电）保护的百年日历钟可在无外部电源的情况下，连续运行最少10年，同时由于该钟是一种智能型的时钟，可以自动进行闰年调整。因此，只要用户第一次设置好时钟后即不必再修改。

为了保证在家庭、住宅有较强干扰的环境下使用，在中央处理板上设有一个自动复位电路，该电路的核心是一个单稳态触发器。当正常工作时，计算机在每隔一定的时间内，发出一个脉冲以维持其单稳态不返回原态，若发生了过强的干扰，使计算机不能正常工作而不能发出脉冲，则单稳态触发器返回原态，产生自动复位，迫使计算机恢复正常工作。

为了提高抗干扰性，控制命令都是以DTMF（双音频）信号进行的。因此，在中央控制板上有一个DTMF编／解码器，用于接收来自远程遥控者用话机发出的DTMF信号，经解码器解成BCD码送至单片计算机。同时，由单片微机送出的BCD码，由DTMF编码器接收后转换成DTMF信号，经电力线接口送出，以控制各个插座部分。与单片机连接的键盘／显示接口可以为外部提供两种键盘／显示器连接。同时，在中央控制板上留有三个8位宽扩展口，以便与其它家庭控制系统设备（象控温设备、防盗设备）连接，形成一个完整的家庭综合控制系统。在中央控制板上还有一个铃开关，根据此开关可使控制装置决定在6声铃响或10声铃响后进入应答状态。

外部接口板主要提供中央控制板与外部设备的模拟信号通路，其中电话线接口提供了中央控制板与远程遥控者的连接以信令转换工作，包括有振铃信号的检测、CPC检测和模拟信号通路。

所说的振铃信号检测是指外部来铃的交流信号经电容降压后，由光电耦合器隔离，在光电耦合器的输出端得到一串相应振铃信号的脉冲，这些脉冲经整形后可由单片机检测出来。

所说的CPC检测是当控制装置已由远程遥控者用电话线路接通，这时与本装置并接的电话机若有人要使用，必须使控制装置关闭，并将已经设置一半的命令消除。否则，会产生电话机与控制装置同时接通，造成对电话网络的损伤（电信部门不允许双机并机同时通话）。其后，控制装置可以由远程遥控者与话机使用者通话后，由话机使用者进行设置。CPU检测的基本原理就是利用检测并接话机摘机接通后由于电阻的变化而引起的线路上的电位变化，这个电位变化引起CPC检测电路中三极管由饱和进入截止状态，从而产生了脉冲信号。该信号送入单片机后，可以决定有CPC动作存在，以采取相应的动作。

所说的模拟信号通路是指将远程遥控者通过其使用的话机送出的DTMF信号经耦合变压器耦合到三极管放大电路，经放大后的信号送到中央控制板上的DTMF编／解码电路的输入端，而中央控制板上产生1000Hz应答信号也由此通路送到外界，当控制装置正确执行了遥控命令时送出一个2秒长的连续音，若遥控命令有错或接收不全时会产生0.5秒通，0.5秒断的断续音。

当电源中断后又重新来电时，如果在这段停电时间内，正好有某通道有设置接通时段，就必须进行顺延处理，即扣除停电时间（例如某通道某原时段设置开2小时，已停电1小时，必须使该通道通电，使之继续开2小时），为此，设计了一个断电检测电路。这是一个电压比较器，当外部电源断电引起机内直流电压下降至4.5V时，产生一个脉冲信号，使控制装置中的微型计算机产生中断，在4.5V降至4.0V的2ms时间内，进行断电处理，保留断电的时间。

为了实现通道插座与控制装置分离，本实用新型采用了电力线载波信令控制方式。只要将电源插座部件象普通电源插座一样安装于交流电力线路上，控制装置即可通过电力线载波信令接口来控制插座的通断。

受控制装置控制的DTMF信号（以4×4个音频组合表示0－9，＊、＃、A－D 16个BCD码分别代表16个通道，本实用新型使用8个作为通道号，另外8个保留，待今后与其它家庭控制系统使用）经放大后耦合到发射调制线圈，由发射调制线圈发射到电力线上，形成电力线DTMF载波，调制方式为调幅型。采用这种调制，是考虑到在目前居室条件下面积通常不大，采用调幅方式可以节约成本。

本实用新型提供两种形式的键盘显示器，一种是使用4×4键盘2行，每行16个字符的液晶显示器；另一种是使用4×4键盘，利用11个7段发光二极管显示元件的显示器。

插座部分主要由电力线接口、DTMF解码、双稳态触发器及继电器、手动开关组成。

来自调制于电力线上的DTMF信号经线圈耦合后送到检波器，经检波后，可检出DTMF信号，该信号经放大器放大，输出到DTMF解码电路。

在插座部分的每一个DTMF信号只是为一个特定码信号（对应通道号），因此采取两个锁相环路进行DTMF解码。由于每一个DTMF信号是由两个频率组合的，因此两个锁相环路分别对两个频率加以锁定，输出两个负脉冲，分经两个反相器反相后，送到二极管组合的与门，只有当这两个环路都同时锁定频率，与门才输出正脉冲，经反相器反相后送至双稳台触发器的输入端。

本实用新型所设的双稳态触发器是一个由分立元件组成的最简单的触发器，该触发器利用了继电器线圈作为其中一只三极管的集电极负载，另一只三极管的集电极负载则使用电阻，其阻值大于该继电器线圈的电阻，利用这二只负载电阻值的差异可以保证系统上电后，或断电后重新上电，都能使使用继电器线圈的三极管处于截止状态，保证了初始化时，继电器是打开的。只有当有负脉冲输入后，才能使原来为截止的管子（翻转），进入饱和状态，使继电器的线圈导通，触点闭合，当接通时间一到，每一个脉冲使双稳态触发器重新翻转，使继电器打开。

当临时需要插座通电时，可按一下手动开关，使插座接通，再按一下，使插座断电。

本实用新型与已有技术相比，性能上有很大的提高，可归结为以下几点：

1、计时时段大大增加，最多可设置的时段数达1024个时段，且对每个通道的时段数均非固定，时段个数可自由决定，大大提高应用的灵活性。

2、控制通道多达8个，且8个通道都是独立的，允许多个通道使用同一个时段。

3、使用者可以远程遥控任一通道的启、停或修改设置数据。

4、通道与控制装置是分离的，安装十分容易，有很好的灵活性。

5、保留了今后与防盗、控温等系统的接口，可以形成一套完整的家庭自动化系统。

图1为本实用新型的组成方框图。

图2为双音频编／解码器、中央处理机、自动复位电路、百年日历钟电原理图。

图3为非易失性存储器和键盘显示器电原理图。

图4为电话线接口电原理图。

图5为断电检测电路原理图。

图6为使用4×4键16英文字符×2的LCD显示器电原理图。

图7为插座部分电原理图。

图8为电力线接口电原理图。

以下实例将结合附图对本实用新型作详细说明。

如图1所示，本实用新型由控制装置和插座组成，控制装置包括中央控制板与外部接口板。

中央控制板包括双音频编／解码器（1）、中央处理机（2）、非易失性存储器（3）、自动复位电路（4）、键盘显示接口和外接口（5）。中央处理机还外接带有掉电保护的百年日历时钟芯片（14）。

外部接口板包括电话线接口（6）、断电检测电路（7）、电力线载波信令接口（8）和键盘与显示器（9），上述电路均与中央处理机连接。

插座部分包括电力线接口（10）、双音频解码电路（11）、带继电器的双稳态触发器（12）和开关（13）。

在中央控制板上还可设有扩展接口（15）。

参见图2、图3，中央控制板上使用单片微型计算机8051（U₁）作为中央处理机控制整机运行，输入／输出P₁口作为各种状态信号的检测口及控制信号的输出口，U₄、U₅、U₇是双音频信号编／解码器部分，经C₁4、R₁输入的双音频信号送到U₄的信号输入端，经双音频信号编／解码器－MT8880A解码成二进制BCD码，送入中央处理机的数据总线；由中央处理机送出的DTMF的BCD编码经数据总线送入MT8880A，经编码器编成相应的DTMF的信号，通过经放大器U₁₂放大后，送到外部接口板。U₇、U₅是配合双音频编解码器逻辑时序的芯片。U₆是百年日历钟芯片MC146818，具有闰年自动调整功能。

U₁₄组成内部备用电源电路，当外部电源断电后，由此电路可以保证百年日历钟和8K字节的静态存储器的电源不断电，同时保证正在存取的数据在断电瞬间不出错。

自动复位电路由U₈、U₁₀组成，U₈接成单稳态触发器，其单稳态翻转时间为55ms，由中央处理机P₁口的1位每55ms发出一个脉冲，以维持单稳态触发器始终处于单稳态，当中央处理机受到外界强烈干扰而失控时，其定时脉冲将不再发出，单稳态触发器返回原态，产生翻转信号，经U₁₄反相器整形后送到中央处理机的复位端，迫使中央处理机自动恢复正常状态。

参见图4、5、6，来自电话线上的振铃信号经C₁、ZR₁、R₁降压后送至光电耦合器X₁的发光二极管端，从而在光电耦合器的光电接收管的集电极上获得一连串脉冲，送至CPU的P₁口。CPU检测出振铃信号后，根据用户选择形状所设定的6声铃或10声铃后从P₁口送出一个控制信号使继电器X₃接通，并送出1000Hz的音频信号经R₂₀、C₁₀、R₁₉组成的滤波器经隔离变压器B₁送至电话线路以提示远程遥控用户可以发出控制信令（DTMF话机按键）；远程遥控用户用手中话机发出的DTMF信令经电话线送入隔离变压器B₁耦合到次级，经C₇－C₉，R₁₂－R₁₈及T₃组成线性放大器放大后送至中央处理板上DTMF的信号编／解码器的输入端，进行DTMF的解码工作。

当某一通道（插座）的计时时间到，由中央控制板上的CPU发出DTMF编码，送到DTMF编／解码器变换成DTMF信号，经外部接口板上的变压器B₂耦合到T₄进行幅度调制，T₄与L₂、L₃组成一个等幅正弦波振荡器，其频率取决于C₁₅与L₂，目前，设计在180KHz左右，经T₄调制的DTMF调幅信号耦合到L₁，经C₁₂、C₁₃发送到电力线上。U₁是一个电压比较器，它取电源电压与（＋）端的基准电压进行比较，当电源掉电，电压下降到4.5V（基准电压）以下时，产生一个脉冲信号，该信号送至中央控制板上中央处理机的中断1（最高授权中断），迫使中央处理机进入掉电处理工作。

参见图6，本实用新型可采用4×4键16英文字符×2行的LCD显示器，这种键盘／显示板提字清楚、操作方便，但成本较高。附图的使用的是4×4键盘和11位7段发光二极管显示器，其特点是成本较低，提供两种键盘／显示板可供不同需求的用户使用。

参见图7、图8，来自电源线的DTMF信号经C₅、C₆及线圈L₁耦合到L₂上，经二极管D₅、D₆检波后，将DTMF信号送至U₁进行放大，放大后的信号送至U₂、U₃（NE555）锁相环器件，当输入的DTMF信号与该插座编号（1～8号）的频率组一致时，双音频被锁相环锁定而U₂、U₃同时输出低电平信号。经反相器反相后，送至D₇、D₈组成的正与门，使与门输出高电平，经T₃反相变为低电平信号触发T₄、T₅组成的双稳态触发器，该双稳态触发器即翻转，使其连接继电器吸合或释放，从而使电源插座通电或断电。同时该双稳态触发器利用T₅、T₄的集电极电阻的阻值不同（T₅利用继电器的线圈电阻作为集电极电阻，其阻值较小），来使插座初始接通电源时，T₄很快地进入饱和，T₅进入截止状态，使继电器线圈上无电流流过，而保证触点处于释放状态，从而保证了上电初态的稳定，可靠释放。

为使使用者在临时接通电源时，可以不使用遥控器，而直接接通电源，插座上还设计了一个触摸式按键电路，该电路由U₃（555定时器）元件组成，当用户触摸按键后，U₃产生一个触发信号使双稳态触发器进入翻转，接通触点。再触摸一次按键，使触发器再翻转，释放触点。

Claims

1、一种家用多时段多通道、电话可遥控、电力线载波计时控制器，包括控制装置和插座，其特征在于

(1)、控制装置包括中央控制板与外部接口板，中央控制板包括双音频编/解码器、中央处理机、非易失性存储器、自动复位电路、键盘显示接口和外接口，双音频编/解码器的输入端接电话机的双音频信号输出端，双音频解码器的输出端接中央处理机，中央处理机的BCD码输出端接双音频编码器的输入端，双音频编码器的双音频信号输出端经电力线载波信令接口再与插座部分连接，中央处理机外接非易失性存储器、带有掉电保护的百年日历时钟芯片、自动复位电路以及键盘/显示接口；外部接口板包括电话线接口、断电检测电路、电力线载波信令接口以及键盘和显示器，电话线接口、断电检测电路、电力线载波信令接口以及键盘和显示器分别与中央处理机连接；

(2)、插座部分包括电力线接口、双音频解码电路、双稳态触发器，电力线接口的输入端与外部接口板的电力线载波信令接口连接，电力线接口的双音频信号输出端接双音频解码电路，双音频解码电路的输出端接双稳态触发器的输入端，插座上并设有电源通断开关。

2、如权利要求1所述的家用多时段多通道、电话可遥控、电力线载波计时控制器，其特征在于中央控制板还设扩展接口。

3、如权利要求1所述的家用多时段多通道、电话可遥控、电力线载波计时控制器，其特征在于所说的非易失性存储器为8K字节的非易失性随机存储器（RAM＋后备电池）。