CN2524263Y - 电子智能互控开关 - Google Patents

Abstract

电子智能互控开关，由主控制器、输入控制器和输出控制器组成，每一个控制器都有一个单片微处理器芯片，各控制器之间采用无极性连接的电源和数据传输合用的两根总线互连，为无极性连接。它真正实现智能化，本技术可同时具有多个输入控制点和多个输出控制点，任何一点的输入控制器均可控制任何一个输出控制器的动作，输入控制点和输出控制点的数量可随意进行选择搭配，系统控制方式为“多路互控”方式，此功能较已有技术的功能更方便、更实用，更容易进行推广应用。

Description

电子智能互控开关

(一)技术领域：

本实用新型涉及智能多控制开关，具体涉及一种电子智能互控开关。适用于家庭、影剧院、工业控制或其它领域。

(二)背景技术：

现有技术中，智能多控制开关品种多样，但大多为一控多型，不具备程序编功能，且线路连接方式为有极性连接，如遇正、负线反接，系统便不能正常工作，系统电源线和数据线分开布线。如中国专利99240736公开的《智能多控开关》和99241119的《智能程控多路开关》。

99240736专利技术存在以下不足：

1、该技术属于“一控多”型，在一个系统中只能有一个输入控制器，多个输出控制器。2、该技术未采用计算机串行接口通讯方式，不利于与普通微型计算机的连接。3、该技术的输入开关面板与输出控制设计在一个控制盒内，输出控制线必需引入开关面板处，造成系统布线复杂，布线成本上升，而且强弱电线布在一起，系统容易受到干扰，工作不稳定。4、该技术输入控制面板与输出控制为“一对一”关系，也就是说有一个输入控制面板就必带一个输出控制点，造成系统布线复杂，系统资源配置的浪费。5、该技术的每一个控制器都带有自身的电源电路，这样一来每一个控制器单独布放220V电源线，也会造成系统布线与接线复杂，而且控制器的电路元器件也会增加，造成系统成本的上升。

99241119专利技术存在以下不足：

1、工作方式也是“一控多”方式。由于该技术采用电位式开关，传输信号为多等级电压信号，如果分级太多太细，也就是说输出控制点太多，传输线太长的话，势必造成传输电压下降，引起信号误差太大，造成系统工作混乱，不能正常工作。该产品传输信号采用模拟信号(多等级电压输出)，易受电源波动、线路传输损耗或其它干扰源的影响，工作稳定性较差。2、该技术由于采用电压等级信号作为控制输出设备动作的依据，故输出点不宜设置过多，因为输出点设置过多，容易造成电压值等级压差太小，造成系统工作不稳定，易受干扰而造成系统不能正常工作。而且要求输出控制器检测电路部分的元器件的精确度要高，从而造成系统成本上升。另外要在同一输出控制器上实现多路输出，电路元器件须成倍增加，也会造成系统成本上升。3、该技术采用模拟电压信号进行传输，势必要求线路传输压降不能太大，也就要求线路传输电阻小，传输线路不宜太远。4、该技术无输出设备动作反馈信号显示，无法确定输出设备的动作执行情况。

(三)实用新型的内容

电子智能互控开关，由主控制器、输入控制器和输出控制器组成，其特征在于：每一个控制器都有一个单片微处理器芯片，各控制器之间采用无极性连接的电源和数据传输合用的两根总线互连，为无极性连接；主控制器设有限流变换电路、电源/数字信号调制电路、极性变换电路；输入及输出控制器设极性检测电路；主控制器、输入控制器和输出控制器还都设有RXD封锁电路，RXD信号检取电路和TXD信号调制电路。

所述主控制器中的限流变换电路由T1、T2、T3、R1、R2、R3、R4、R10、D3组成。所述主控制器中的极性变换电路由R11-R14、R16-R23、T6-T11、DW3-DW7组成。所述输出控制器中的极性检测电路由R″1-R″4、R″10、R″11、DW″3、DW″4组成；输入控制器中的极性检测电路由R′1-R′6、DW′3、DW′4组成。所述主控制器、输出控制器、输入控制器中的RXD封锁电路均为或非门。所述主控制器中的RXD信号检取电路由R5-R8、P1、T5组成；输出控制器中的RXD信号检取电路由R″5-R″8、P″1、T″5组成；输入控制器中的RXD信号检取电路由R′13、P′1、R′7、R′8、T′2组成。所述主控制器中的TXD信号调制电路由T4、DW1组成；输出控制器中的TXD信号调制电路由T″1、DW″2组成；输入控制器中的TXD信号调制电路由T′1、DW′1组成。

输入控制面板上设有显示输出控制器动作反馈信号的指示灯。

输出控制器通过接口连接普通微机，通过微机对系统的各项功能进行控制和屏幕显示。

本技术与已有技术相比，具有如下优点：

1.真正意义上实现智能化，现行技术都不具备程序编功能，未实现真正的程序控制，也就不能通过编程来改变系统控制功能。而本技术设备都具有单独的微处理器芯片，各控制器也有各自工作程序，故可以通过改变控制器的工作程序而改变其控制功能，无须在电路上做较大的改动。

2.本技术可同时具有多个输入控制点和多个输出控制点，任何一点的输入控制器均可控制任何一个输出控制器的动作，输入控制点和输出控制点的数量可随意进行选择搭配，系统控制方式为“多路互控”方式，此功能较已有技术的功能更方便、更实用，更容易进行推广应用。

3.现有技术在输入开关面板处无输出控制点工作情况的反馈显示功能，也就是说在输入开关面板处，无法确认已发出控制命令是否真正执行。而本技术则具有系统中各输出控制器的动作执行情况在各输入控制点的控制面板上均有显示的功能，该反馈功能是从输出控制器的最末端检测动作返回信号，故能及时的反映系统中各输出控制器的真实动作情况。

4.现有技术为电源线和数据传输线分开，具有各自的传输线路，也就是说电源线和数据线分开布线。而本技术为电源线和数据线合用为二总线，故在布线上比现有技术简单得多。

5.现有技术的线路连接方式为有极性连接，如遇正、负线反接，系统便不能正常工作。而本技术在系统中每一个控制器中均设有极性保护电路，正、负线反接，系统也能正常工作，故在接线上比现有技术更简单、安全。

6.现有技术的信息传输方式是完全靠硬件来实现的，信息传输模式和信息传输量不可改变。而本技术采用微处理器的串行通讯口来实现系统中各设备之间的信息传输，信息传输格式、信息传输内容都可以通过修改程序来实现。

7.现有技术在系统配置上，不能通过编程来实现任意配置。如专利申请号为：99241119的技术，如果输出控制点设置得太多，也就要求系统的分辨率高，这样一来对系统的元器件质量和精度要求高，系统传输线路也不能太远，系统的抗干扰能力也就变差了，而本技术可以通过修改程序来改变系统的配置情况，各从控制器都具有自己的设备地址号，各从控制器分时轮流与主控制器进行信息交换，系统对传输线路距离和元器件质量要求都未改变。

8.本技术采用单片微处理器，输入输出点位可以通过编程设置在1-128点之间任意选择，最大可形成128*128点控阵列，而且本技术为实时采样信号，各控制器之间分时进行数据通讯，互不干涉，系统工作稳定。

(四)附图说明

    图1是本实用新型整体接线框图。

    图2是主控制器原理框图。

    图3是输入控制器原理框图。

    图4是输出控制器原理框图。

    图5是输入控制器面板示意图。

    图6是主控制器原理图。

    图7是输入控制器原理图。

    图8是输出控制器原理图。

    图9是扩展应用示意图。

    图10是家庭中应用实例示意图。

    图11是影剧院应用实施例示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

参见图1，本实用新型电子智能互控开关，由主控制器、输入控制器和输出控制器组成，每一个控制器都有一个单片微处理器芯片，各控制器之间采用无极性连接的电源和数据传输合用的两根总线互连，为无极性连接；主控制器设有限流变换电路、电源/数字信号调制电路、极性变换电路；输入及输出控制器设极性检测电路；主控制器、输入控制器和输出控制器还都设有RXD封锁电路，RXD信号检取电路和TXD信号调制电路。

主要控制器由无极性二总线互连成一个系统，该总线既用于系统的数据传输，也用于向系统中各控制器提供工作电源。输入控制器只需连接两根总线即可，主控制器可自带一路输出(也可通过编程设置为八路输出)，并附带系统电源向系统中各控制器提供工作电源，输出开关控制器也带有一路开关输出(也可通过编程设置为八路输出)，作为外控设备用。

参见图5、6、7，所述主控制器中的限流变换电路由T1、T2、T3、R1、R2、R3、R4、R10、D3组成。所述主控制器中的极性变换电路由R11-R14、R16-R23、T6-T11、DW3-DW7组成。所述输出控制器中的极性检测电路由R″1-R″4、R″10、R″11、DW″3、DW″4组成；输入控制器中的极性检测电路由R′1-R′6、DW′3、DW′4组成。所述主控制器、输出控制器、输入控制器中的RXD封锁电路均为或非门。所述主控制器中的RXD信号检取电路由R5-R8、P1、T5组成；输出控制器中的RXD信号检取电路由R″5-R″8、P″1、T″5组成；输入控制器中的RXD信号检取电路由R′13、P′1、R′7、R′8、T′2组成。所述主控制器中的TXD信号调制电路由T4、DW1组成；输出控制器中的TXD信号调制电路由T″1、DW″2组成；输入控制器中的TXD信号调制电路由T′1、DW′1组成。

输入控制面板上设有显示输出控制器动作反馈信号的指示灯。

输出控制器可通过接口连接普通微机，通过微机对系统的各项功能进行控制和屏幕显示。

现将各控制器的具体工作原理介绍如下：①.主控制器工作原理参见图2、图6：

主控制器附带有系统电源，将220V交流电转换为24V低压直流电向系统中各控制器提供工作电源，其中电源部分还包括限流变换电路、电源和数字信号混合调制电路和极性变换电路。限流变换电路的主要功能是对系统总线出现短路时，进行限流保护，通过对输出电压的采样，当系统总线出现短路时，开关管就关断，直到系统总线上的短路现象消除为止，当短路现象排除后，限流变换电路自动恢复到正常工作状态进行工作。另外，在进行数字信号调制时，有加强信号幅度的作用。电源/数字信号混合调制电路的主要功能是将电源和数字信号调制在一起进行线路传输，也就是将数字信号调制在系统电源线上进行系统各控制器之间的数据传输，这样一来就减少系统的布线数量。极性变换电路主要是向除主控制器以外的各从控制器提供反极性通讯信号，因为本技术是采用二总线进行数据通讯，将原来单片微处理器的全双工串行通讯方式改为半双工串行通讯方式，也就是说将原来的串行数据发送和接收可同时进行改为分时进行，这样做的目的是减少系统布线数量，使各控制器之间只用两根线进行连接即可工作。在这里，主控制器主要以查询方式轮流与各从控制器进行数据交换，初始状态，主控制器处于数据发送状态，各从机处于数据接收状态，当需要主控制器接收数据，从机发送数据时，主控制器通过微处理器的一输出引脚将控制二总线上的极性进行一次反转，当从机采样到二总线上的反极性信号时，即可向主控制器发送数据，这时候主控制器处于接收状态，而对应的从控制器处于发送状态，当主控制器接收一次数据完毕时，又控制二总线上的极性恢复到正常状态，这时候主控制器又处于数据发送状态，从控制器又处于接收状态，如此周而复始，主控制器分时轮流与各从控制器进行半双工串行数据通讯。微处理器是主控制器的核心工作器件，通过将系统应用工作程序写入该集成电路，来实现系统的各项控制功能。包括对系统数据传输的控制，系统输入数据信息的采集，对系统数据进行算数逻辑运算，然后根据运算结果对输出控制器进行控制等功能。主控制器还包括串行数据输入信号检测电路和RXD信号封锁电路，串行数据输入信号检测电路主要是从二总线上检取RXD信号，然后将该信号送到微处理器芯片的RXD引脚，这样，主控制器就可以接收各从控制器发来的数据信息。RXD信号封锁电路是靠逻辑门电路来实现的，设置该电路的主要目的是由于系统发送数据与接收数据共用一条线路，为了避免自己发送的数据又被自己接收到，造成系统工作混乱，故引入该电路。在初始状态，主控制器的RXD信号由微处理器的一输出控制引脚的控制信号封锁住，主控制器无法接收到二总线上的RXD信号，当主控制器需要接收RXD信号时，则须微处理器输出控制引脚的封锁信号解除之后方能进行。主控制器还可通过编程设置1-8路固态继电器输出，作为外控设备用，一般情况下只设置一路输出，这样做的目的是为了减少系统的布线。每一个输出电路，均设有输出反馈信号检测电路，该电路的主要功能是检测输出继电器的动作执行情况，并返同到各输入控制器，作为反馈显示的依据。主控制器还包括串行数据输出(TXD)信号调制电路，该电路的主要功能是将TXD信号调制到二总线上进行传输，以减少系统布线，实现电源/数据共用一条线路的目的。②.输入控制器电路组成和工作原理参见图3、图7：

输入控制器主要由以下几部分电路组成：极性保护和从机电源变换电路、微处理器、极性检测电路、串行数据输入(RXD)信号检测电路、RXD信号封锁电路、开关按键输入和LED显示电路、串行数据输出(TXD)信号调制电路等。其中极性保护电路是为了方便系统总线的无极性连接而设置的，在系统连接线时无须区分电源/数据总线的正、负极性，无论正反连接系统均能正常工作。从机电源变换电路主要是将二总线上的脉动直流信号转换成电压等级更低的直流电压提供给控制器中的微处理器和其它电路作为工作电源。这里，二总线上的电压高于控制器实际所须工作电源电压，是为了提高系统总线的传输距离。微处理器也是输入控制器的工作核心，输入控制器实时采集输入控制面板上按键情况，同时也对输出反馈信号在输入控制面板上的的指示灯的显示进行控制，另外根据极性检测电路检测到的极性信号，决定是否封锁RXD信号，是进行串行数据发送操作，还是进行串行数据接收操作，这些都是由微处理器进行控制的。输入控制器的初始状态正好与主控制器相反，其初始状态为串行数据接收状态，当根据主控制器的命令，需要向主控制器发送数据时，则微处理器一输出引脚控制RXD封锁电路，来禁止本机的串行口数据输入，当发送完毕之后，输入控制器的串行口的通讯状态，又回到初始化状态。输入控制器的RXD封锁电路、RXD信号检测电路、TXD信号调制电路的工作原理与主控制器中介绍的一样，这里就不在阐述了。③.输出控制器的主要电路组成和工作原理，参见图4、图8，：

输出控制器主要由以下几个部分的电路组成：极性保护和从机电源变换电路、极性检测电路、微处理器、RXD信号封锁电路，串行数据输入(RXD)信号检测电路、串行数据输出(TXD)信号调制电路，控制一路(或八路)固态继电器输出的电路等组成。以上电路的工作原理在介绍主控制器和输入控制器的电路时都有详细的介绍，这里就不再重述了。同样，输出控制器的工作核心也是微处理器，它控制整个电路正常工作。在输出控制器中采用固态继电器作为输出控制的开关元件，这样做的主要目的是因为固态继电器的输入驱动电流极小，在系统设备较多时能有效减轻系统电源的负荷，也减少了信号在二总线上的传输压降，使整个系统具有更好的稳定性和适用性。

参见图5，输入面板上开关按键的输入和信号显示电路共用一个接口，现行设计为输入控制面板上有八只按键和八只发光二极管指示灯，每一个按键和指示灯对应一个输出控制开关的动作控制信号和动作反馈信号。以上面板布置也可以根据实际应用来改变按键或指示灯的数量。④.电子智能互控开头功能综合评述

电子智能互控开关中的各控制器采用单片微型计算机芯片作为核心工作器件(如：AT89C2051，PIC16CXX系列等，本例采用AT89C2051芯片)，通过对微处理器芯片编程来实现系统的各项控制功能。系统中各控制器主要包括以下一些电路：微处理器、极性保护及从机电源变换电路、在二总线上检取串行数据输入信号(简称为RXD)的电路、串行数据输出(简称TXD)调制到二总线上的电路、RXD信号封锁电路等。其中主控制器还包括系统电源、限流变换电路，电源/数字信号混合调制电路、极性变换电路、控制一路(或八路)固态继电器输出电路、输出信号反馈检测电路。输入控制器还包括开关按键输入检测和LED显示电路(8输入键+8指示灯)。输出控制器还包括控制一路(或八路)固态继电器输出电路。电子智能互控开头中的所有设备都是通过二总线互相连接在一起。除主控制器以外，系统中每一个从机都具有自己独立的设备地址号，在对各控制器进行系统编程时就确定该设备的地址号，各从机根据主控制器发送来的地址码是否与自身的地址编码相同，决定是否与主控制器进行数据通讯。系统中的输入控制器与输出控制器的数量可根据需要随意进行配置，输入控制器的数量不一定与输出控制器的数量相等，根据实际应用灵活配置。输入控制面板上的第一个按键和第一个指示灯对应主控制器的输出，第二个按键和第二个指示灯对应于一号输出控制器的输出，第三个按键和第三个指示灯对应于二号输出控制器的输出......，依此类推，第N个按键和第N个指示灯对应于N-1号输出控制器的输出。如果系统中输出控制点超过八路输出，则在同一输入面板安装处可安装第二个输入控制面板，第二个输入控制器对应的输出控制器的地址编号由系统程序进行编程设置，第二个输入控制面板上的第一个按键和第一个指示灯对应于地址号为九号输出控制器的输出，第二个输入控制面板上的第二个按键和第二个指示灯对应于地址号为十号输出控制器的输出......，依此类推，第八个按键和第八个指示灯对应于地址号为十五号输出控制器的输出。⑤.系统功能扩展应用

具体实例：参见图9，输入1中为多个输入控制器安装在同一个地方，但它们各自的地址编号不同，控制对象也不同，这就有利于系统的扩展应用。安装在同一个地方的输入控制器的地址编号间隔为8，如1号输入控制器与9、17、25、......号控制器安装在一起，其中9号输入控制器对应控制8-15号输出控制器的输出，17号输入控制器对应控制16-23号输出控制器的输出，依此类推。2号输入控制器与10、18、26、......号控制器安装在一起，系统中1--8号输入控制器的控制对象一样，为主控制器输出和1-7号输出控制器的输出，9--16号输入控制器的控制对象一样，为8-15号输出控制器的输出，依此类推，8N-7-8N号输入控制器的控制对象一样，为8(N-1)-8N-1号输出控制器的输出，这样，对系统的扩展极为方便。由于系统采用无极性二总线，对安装在同一处的输入控制器可进行无极性并联连接，所以安装极为方便。系统的输入控制点和输出控制点可根据实际应用随意选择，这对一般家用和其它应用场所完全能满足要求。

系统中的主控制器可以通过加装接口电路，使用普通微型计算机进行控制，这样一来，对系统的控制功能就可通过对普通微型计算机的编程来实现，以适应更为复杂的应用场所。如夜总会的灯光控制、广告牌的的灯光控制等领域，通过普通微机同时控制多路灯按照不同的动作要求进行动作，互不干涉。如控制灯的常亮、闪烁、熄灭等状态，而且还可控制灯光的闪烁频率。在没有普通微机的情况下，也可通过系统编程来改变输入控制器上按键的控制功能，如同一按键在第一次被按下时，控制灯常亮，在第二次被按下时，控制灯闪烁，第三次被按下时，控制灯熄灭。另外，还可将输入控制器上的按键改为声控开关，这样一来，如果应用在舞厅等场所，灯就可以根据音乐节奏的强弱而闪烁。当然，也可通过修改系统程序来适应工业控制和其它应用领域。

在家庭应用中的实例见图10，为电子智能互控开关在两室一厅住宅的应用介绍。在这个系统中，设置有一个主控制器、四个输入控制器和五个输出控制器，输入控制点为四处，输出控制点为六处，其中一个输出控制点由主控制器进行控制。系统中所有的设备都通过两根系统总线互相连接一起，接线方式为无极性并联连接方式，接线十分方便。主控制器和输出控制器还需布放交流220V电源线，该220V电源线除了主控制器利用其向系统中的各设备供电外，其它输出控制器连接220V电源线的主要目的是向被控设备提供工作电源，如本例中为各个房间的电灯，输出控制器自身的工作电源并不需要220V电源，其工作电源是由二总线提供的。必要时只需将火线连接到输出控制器常开触点的一端，而将常开触点的另一端连接到被控设备，零线直接连接到被控设备，这样做可以减少系统布线。在本示意图中，输出控制器都是倚墙而装，在实际应用中，输出设备可靠近被控设备安装，这样，就可以减少布线。在本应用实例中，只设有四个输入控制点，在实际应用中，还可随意增加，如在卧室的床头还可安装一个输入控制器，这样，在床上就可以控制任何一间房间内灯的点亮和熄灭，极为方便。在本例中，厕所未安装输入控制器，是因为厕所比较潮湿，不宜安装太多的电器，而且任何一个房间都可以控制厕所的灯，所以就没有必要安装了。在本例中，输出控制设备未超过八个，故在每一个输入控制点只需安装一个输入控制面板就可以了，如果输出控制设备的数量超过八个，可以按照前面介绍的方法进行扩展。在本例中，在任何一问安装有输入控制器的房间，均可控制任何一间房间灯的熄灭和点亮。

在影剧院中的应用实例参见图11，输入控制点为八处，输出控制点为三处，在具体应用中，可根据实际情况灵活搭配。输出被控设备的用电负荷远远大于上一例中的被控设备，输出固态继电器的额定工作电流远远小于被控设备的额定工作电流，所以在这里就增加了接触器，由输出控制器控制接触器的动作，再由接触器控制被控设备的动作。系统的其它接线方式同上一例中的一样，这里就不在阐述了。在本例中，将影院中的灯光控制分为三路输出，舞台为一路，影院前半厅的灯光为一路，影院后半厅的灯光为一路。影院有八个出入口，每一个出入口都安装有输入控制器，这样在影院的每一个出入口均可控制影院内任何一路灯光。

以上是实际应用中的两个例子，在实际应用中，还可推广应用到更多的、更广泛的领域，如工业控制领域、夜总会灯光控制等等。本技术的实用性极强，极容易推广应用，由于本技术的线路简单，易于组织生产，便于用户安装，由于本技术的智能化程度高，易于系统功能的扩展，可以适应更多领域的控制要求。

Claims (9)

1、电子智能互控开关，由主控制器、输入控制器和输出控制器组成，其特征在于：每一个控制器都有一个单片微处理器芯片，各控制器之间采用无极性连接的电源和数据传输合用的两根总线互连，为无极性连接；主控制器设有限流变换电路、电源/数字信号调制电路、极性变换电路；输入及输出控制器设极性检测电路；主控制器、输入控制器和输出控制器还都设有RXD封锁电路，RXD信号检取电路，TXD信号调制电路。

2、如权利要求1所述的电子智能互控开关，其特征在于：所述主控制器中的限流变换电路由T1、T2、T3、R1、R2、R3、R4、R10、D3组成。

3、如权利要求1所述的电子智能互控开关，其特征在于：所述主控制器中的极性变换电路由R11-R14、R16-R23、T6-T11、DW3-DW7组成。

4、如权利要求1所述的电子智能互控开关，其特征在于：所述输出控制器中的极性检测电路由R″1-R″4、R″10、R″11、DW″3、DW″4组成；输入控制器中的极性检测电路由R′1-R′6、DW′3、DW′4组成。

5、如权利要求1所述的电子智能互控开关，其特征在于：所述主控制器、输出控制器、输入控制器中的RXD封锁电路由均为或非门集成块。

6、如权利要求1所述的电子智能互控开关，其特征在于：所述主控制器中的RXD信号检取电路由R5-R8、P1、T5组成；输出控制器中的RXD信号检取电路由R″5-R″8、P″1、T″5组成；输入控制器中的RXD信号检取电路由R′13、P′1、R′7、R′8、T′2组成。

7、如权利要求1所述的电子智能互控开关，其特征在于：所述主控制器中的TXD信号调制电路由T4、DW1组成；输出控制器中的TXD信号调制电路由T″1、DW″2组成；输入控制器中的TXD信号调制电路由T′1、DW′1组成。

8、如权利要求1所述的电子智能互控开关，其特征在于：输入控制面板上设有显示输出控制器动作反馈信号的指示灯。

9、如权利要求1所述的电子智能互控开关，其特征在于：输出控制器通过接口连接普通微机，通过微机对系统的各项功能进行控制和屏幕显示。

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