CN2538029Y - 多个电器单元的单线传输控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种多个电器单元的单线传输控制装置，该装置包括一个主控单元和多个被控单元，主控单元与各被控单元通过一根控制线相连接。主控单元包括单片机、电源电路、输入电路、通讯电路及工作状态指示电路，并具有一路或多路输入端口及一路输出端口，其输出的是控制代码信号。被控单元包括单片机、电源电路、通讯电路、驱动电路、工作状态指示电路和输出及保护电路，各被控单元均有独立的地址码，地址码写入各自的单片机内部存贮器中。本实用新型改变了传统的多线控制方式，实现了对多种系统设备中的多个电器单元的单线控制，使得控制装置的结构大大简化，对多个电器单元的控制更加容易，工作更加安全可靠。本实用新型可广泛应用于各种交通工具及其它自动化设备上。

Description

多个电器单元的单线传输控制装置
技术领域
本实用新型涉及电器控制装置，特别是涉及一种能对具有多个电器单元的设备，如各种交通工具进行传输控制的多个电器单元的单线传输控制装置。
背景技术
在现实生活中，人们常可见到由多个机械部件和电器单元构成的系统设备，如人们所熟悉的汽车，摩托车等交通工具。正如人们所知，汽车是由多个机械系统和多个电器单元构成，其电器单元包括设置于汽车车头部分的左右前向灯(远\近)，左右示宽灯、左右转向灯、左右前雾灯；设置于汽车前部发动机室内的发电机、洗涤泵、充电灯、进气加热、两个备用端口；设置于汽车驾驶室内的控制仪表照明、雨刮器、顶灯、仪表供电、鼓风机、电喷发动机ECU、空调控制器；设置于汽车后部的高位制动灯、除霜加热器件、自动天线、后窗雨刮器及油泵以及设置于汽车车尾的左右后示宽灯、左右后雾灯、左右后转向灯、左右后倒车灯、左右后制动灯、车牌照明灯、行李舱照明灯及倒车雷达。上述每个电器单元都用一根导线与各自的控制开关相连接。由于电器单元众多，因而需使用大量的连接导线，这不仅使车内布有大量的导线线束，增加了对车内空间的占用，而且还需有使用大量的继电器和保险丝与之配套，其缺陷是显而易见的，这种传统的多线控制方法既不经济，又因为有大量的线束接点存在而使诸多电器单元的使用安全性和可靠性得不到有效保证。
发明内容
本实用新型旨在解决上述问题，而提供一种只用一根传输线即可将所有被控电器单元与主控单元相连接的多个电器单元的单线传输控制装置，以提高用电设备的安全性和可靠性以及含有多个电器单元的整机的生产效率。
为实现上述目的，本实用新型提供一种多个电器单元的单线传输控制装置，该装置包括一个主控单元和多个被控单元，主控单元与各被控单元通过一根控制线相连接。
主控单元具有一路或多路输入端口及一路输出端口，其输出的是控制代码信号。
主控单元包括单片机、电源电路、输入电路、通讯电路及工作状态指示电路，其中，输入电路和通讯电路分别连接于单片机的输入端和输出端，电源电路分别与单片机和通讯电路连接，工作状态指示电路与单片机连接。
被控单元包括单片机、电源电路、通讯电路、驱动电路、工作状态指示电路和输出及保护电路，其中，通讯电路、驱动电路及工作状态指示电路分别与单片机连接，电源电路分别与单片机及驱动电路连接，输出及保护电路连接于驱动电路的输出端。
各被控单元均有独立的地址码，地址码写入各自的单片机内部存贮器中。
主控单元和被控单元的通讯电路、采用RS232串行通讯电路。
本实用新型的贡献在于，它完全改变了传统的多线控制方式，实现了对多种系统设备中的多个电器单元的单线控制。这种改变所达到的技术效果是多方面的，其最明显的效果是使控制装置的结构大大简化，结构的简化则使得电器单元的安装更加简便，且节省了导线材料和其所占用空间，并降低了成本，同时，更为重要的是，由于减少了大量线束，也就减少了大量故障点，使得电器单元更易于控制，工作更加安全可靠。还由于本实用新型采用了先进的数字通讯方式，使控制装置的抗干扰能力及可靠性大大提高。本实用新型可广泛应用于各种交通工具及其它自动化设备上。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构框图。
图2是本实用新型的主控单元电路框图。
图3是主控单元与控制开关连接电路示意图。
图4是本实用新型的被控单元电路框图。
图5是本实用新型电路原理图。
图6是本实用新型的应用实例结构示意图。
图7是本实用新型的应用实例的主控单元与被控单元连接示意图。
具体实施方式
下列实施例是对本实用新型的进一步解释和说明，对本实用新型不构成任何限制。
实施例1
图1示出了本实用新型的整体结构，如图示，本实用新型的多个电器单元的单线传输控制装置包括一个主控单元10和多个被控单元20，主控单元与各被控单元通过一根控制线30相连接。
所述主控单元结构如图2所示，它包括单片机11、电源电路12、输入电路13、通讯电路14及工作状态指示电路15，其中，单片机采用带有内部程序存贮器的AT89C51型单片机，它通过输入电路设有一路或多路输入端口，且只设有一路串行发送输出端口，它可对控制开关送来的控制信号进行处理后，由其串行发送端TXD串行发送出控制代码信号。电源电路采用主要由过压保护器件、滤波电路、反压保护及稳压电路构成的常规电路，它分别与单片机和通讯电路连接，为单片机和通讯电路提供5V工作电压。输入电路连接于单片机的输入端，采用主要由输入接线端口、消噪器件、及电压隔离器件构成的常规电路，其上设有一路或多路输入端口，本例中输入电路设有30路接线端口，可插接30路控制开关k1、k2、k3、…k30，控制开关经输入电路的I/O口的P11、P12、P13…脚(见图3)，很显然，输入端口可根据用户需求无限制地扩充。通讯电路采用主要由电平转换器ICL232和输出接口构成的RS232数字串行通讯电路，它连接于单片机的输出端，用于将单片机送来的串行信号经控制线发送给被控单元。工作状态指示电路采用常规的发光二极管显示电路，用于指示输入控制信号状态及本机工作状态。
所述被控单元20结构如图4所示，它由多个基本结构相同的单元构成，各单元的区别仅在于地址码不同，各被控单元均有独立的地址码，地址码写入各自的单片机内部存贮器中。每个被控单元包括单片机21、电源电路22、通讯电路23、驱动电路24、工作状态指示电路25和输出及保护电路26，其中，单片机采用带有内部程序存贮器的AT89C2051型单片机，用于输入控制代码的分析及输出控制。电源电路采用与主控单元一致的电路，可为被控单元提供5V的工作电压。通讯电路采用主要由输入接口和电平转换器ICL232构成的RS232数字串行通讯电路，它连接于单片机21的RXD脚上(见图4)，用于接收来自主控单元的控制信号。驱动电路采用主要由集成电路芯片74LS04构成的常规电路，它连接于单片机和输出及保护电路之间，主要用于为输出及保护电路提供驱动电压。工作状态指示电路采用常规的发光二极管显示电路，它与单片机连接，主要用于指示各输出端口及本单元电路的工作状态。输出及保护电路采用主要由大功率场效应管(例如IRF9Z34)和为输出端口过流及短路保护的JK30-60热敏电阻构成的常规电路，它连接于驱动电路的输出端，具有6路和12路输出两种，用于作为输出端口的过流、短路保护及对各电器单元的工作驱动。该被控单元只有一路输入，用于接收主控单元发出的各种指令(控制代码)，其输出则为执行各种指令，用于对各电器单元进行控制。被控单元的工作电压为9V～30V。
下述工作原理的描述有助于进一步理解本实用新型，首先说明主控单元的工作原理。参阅图1、图2，控制开关K1、K3、K5的一端经输入电路13后与主控单元内单片机11(AT89C51)的第P11、P13、P15脚连接，其另一端分别与地(GND)连接。如图2，开关K1经输入电路连接单片机11(AT89C51)的I/O口P11脚。若开关K1闭合时，P11脚位电平由高变低，单片机(AT89C51)检测到P11脚电平跃变，经内部程序处理后，生成对应于开关K1的(启动)控制代码，同时主控制单元的工作状态指示电路15的LED(MSD)亮起，指示主控单元进入响应状态。随后单片机串行发送端(TXD)串行发送出此次(启动)控制代码。串行信号经RS232通讯电路14将TTL电平转换为RS232通讯电平，信号经控制线发送给被控电器单元20。对应被控电器单元接收到控制信号并处理后，控制相应电器工作。
当被控电器单元的工作完成后，打开控制开关K1，单片机(AT89C51)检测到I/O口P11的电平由低变高，经主控单元程序分析处理后，生成对应于开关K1的(停止)控制代码，同时熄灭主控单元的响应LED灯(MSD)。随后主控单元按上述通讯方式将控制代码经控制线串行发送给各被控单元。对应被控单元接收到控制代码后，停止相应电器的工作状态。
若用户在关闭开关K1后，然后又闭合控制开关K3、K5，则单片机(AT89C51)分别通经控制线分别会依发送控制代码给被控单元，控制对应的用电器启动工作。
下面再进一步说明被控单元的工作原理。该装置可包括多个被控单元20(如图1)，其基本电路及控制程序完全相同，唯一的差别仅是各被控单元的地址代码不同。下面以图5的被控单元SCU01、SCU02举例说明其工作原理。
主控单元开关K1是被控单元SCU01的控制开关，K1控制SCU01的输出PA1，K3可同时控制被控单元SCU01和SCU02的输出PA3、PB3(见图4和图5)。
若K1闭合，主控单元发送出(启动)控制代码信号，(启动)控制代码信号经被控单元的通讯电路23，将(启动)控制代码信号由RS232电平信号转换为TTL电平信号，由被控单元的单片机21(AT89C2051)的RXD脚进入。串行(启动)控制代码接收后，被控单元的单片机(AT89C2051)响应串口通讯中断程序，SCU01单元确认接收到的控制代码为本单元的控制代码，同时本单元工作状态指示电路25的SDA亮起，表明本单元为受控的单元。控制代码经单片机程序分析后，控制对应的驱动电路24输出工作电压，工作电压经SCU01单元的输出及保护电路26后，通过端口PA1驱动连接的用电器TA1工作。同时SCU01的PA1端口状态指示LED灯AL1亮起，指示PA1端口处于工作状态。
如随后控制开关K3闭合，主控单元发送出K3的(启动)控制代码，同前述通讯方式SCU01、SCU02接收到(启动)控制代码，SCU01、SCU02单元的单片机(AT89C2051)确认接收的控制代码为本机控制代码。经被控单元程序分析处理后，同时控制SCU01、SCU02的输出端口PA3、PB3输出工作电压，驱动与端口连接的用电器TA3、TB3工作。此时SCU01状态指示LED灯AL3亮起，SCU02响应指示LED灯SDB和端口状态指示LED灯BL3亮起。在当前工作状态下，SCU01控制的用电器TA1工作状态保持不变。
若K1断开，则主控单元检测到K1的控制状态变化，经控制线30发出对应的(停止)控制代码。被控单元SCU01接收到(停止)控制代码后，经被控单元SCU01的单片机(AT89C2051)确认和分析，发出对应的控制信号，控制信号经驱动电路切断相应的工作电压，端口PA1无工作电压输出，用电器TA1停止工作，同时SCU01的端口指示LED灯AL1熄灭。SCU01、SCU02的端口PA3、PB3控制的用电器TA3、TB3仍维持原工作状态直至K3开关断开为止。
同上方式，经对主控单元不同的控制可完成对各被控单元所控制电器的工作状态控制，且各被控单元的控制相互独立，互不干涉，从而可安全可靠地完成各种控制工作。
实施例2
本实施例给出了本实用新型应用于汽车各电器单元控制的实例，它将使我们对本实用新型有更全面的了解。
用于汽车的电器单元控制装置由主控单元和五个被控单元(车头控制单元、前部控制单元、驾驶室控制单元、后部控制单元、车尾控制单元)通过控制线连接而成，其结构与电路连接如图6、图7所示：
主控单元(MCU01)用于接收各类开关控制信号和发出各类控制代码信号给各被控单元；
车头控制单元(SCU01)主要控制车头各类灯具及喇叭的工作状态，其中包括有左右前向灯(远\近)，左右示宽灯、左右转向灯、左右前雾灯；
前部控制单元(SCU02)主要用于发动机室内各用电器(发电机、洗涤泵、充电灯、进气加热、两个备用端口)的控制；
驾驶室控制单元(SCU03)主要用于仪表照明、雨刮器、顶灯、仪表供电、鼓风机、电喷发动机ECU、空调控制器的控制；
后部控制单元(SCU04)主要用于控制高位制动灯、除霜加热、自动天线、后窗雨刮器、油泵。
车尾控制单元(SCU05)主要用于车尾部照明及相关电器的控制，主要控制电器包括：左右后示宽灯、左右后雾灯、左右后转向灯、左右后倒车灯、左右后制动灯、车牌照明灯、行李舱照明灯、倒车雷达；
该装置的安装使用方法如下：
A、将主控单元与各被控单元分别安装至离控制开关与被控电路最佳接近的位置；
B、各控制信号线与被控电器的控制线分别与主控单元和被控单元接口插连；
C、将电源线与控制线分别与各单元电路插连，并将各单元电路搭铁接线稳靠搭铁；
D、调试，确认各单元电路状态稳定可靠。
下面以主控单元MCU01、被控单元SCU01(车头控制单元)和SCU05(车尾控制单元)为例对该装置应用进行说明：
                                 表1
NO。   控制开关代号  连接主控单元接口   受控单元  被控单元输出端口   端口指示灯 受控用电器
1 K1 C1   SCU01  PA1PA12  AL1AL12 右前示宽灯左前示宽灯
SCU05 PE1 EL1 左、右后示宽灯、车牌照灯
2 K2 C2   SCU01  PA2PA11  AL2AL11 右前雾灯左前雾灯
  SCU05  PE2  EL2 左、右后雾灯
3 K3 C3   SCU01  PA3  AL3 右前转向灯
  SCU05  PE3  EL3 右后转向灯
4 K4 C4   SCU01  PA10  AL10 左前转向灯
  SCU05  PE4  EL4 左后转向灯
5 K5 C5 SCU01  PA4PA9  AL4AL9 右前向灯(远光)左前向灯(远光)
6 K6 C6 SCU01  PA5PA8  AL5AL8 右前向灯(近光)左前向灯(近光)
7 K7 C7 SCU01  PA6PA7  AL6AL7 喇叭1喇叭2
    8     K8     C8   SCU05  PE5  EL5 左右后倒车灯
    9     K9     C9   SCU05  PE6  EL6 左右后制动灯
    …     …     …   …  …  … …
其中：MSD：主控单元响应指示灯；
SDA：SCU01单元响应指示灯；
SDE：SCU05单元响应指示灯；
控制开关K1-K9分别代表汽车(如：捷达2000)的组合开关上对应电器的控制开关。
该装置工作原理如图6、图7所示，假设现汽车进入晚间行驶，驾驶员闭合前向灯(远光)控制开关K5，主控单元(MCU01)检测到控制信号，经其内部MCU处理后，主控单元的响应指示灯MSD亮起，并发出控制代码信号给车头控制单元(SCU01)，SCU01接收到控制代码信号后，本单元的响应指示灯SDA亮起，控制代码经内部确认和处理后，端口指示灯AL4和AL9亮起，同时输出端口PA4和PA9输出工作电压，汽车左右前向灯(远光)亮起。
随后驾驶员闭合示宽灯开关K1，主控单元(MCU01)检测到输入端口C1电压变化，经主控单元分析和处理后，发出控制代码信号，车头控制单元(SCU01)和车尾控制单元(SCU05)通过传控线接收到控制代码，并确认接收代码为本单元控制代码，各单元指示灯AL1、AL12和EL1亮起。同时控制输出端口PA1、PA12和PE1输出工作电压，驱动前后左右示宽灯、车牌照灯亮起。
若汽车进入左转弯状态，驾驶员闭合左转弯控制开关K4，主控单元检测到输入口C4信号变化并处理后，发出对应的控制代码信号，车头控制单元(SCU01)和车尾控制单元(SCU05)对接收的控制代码信号，作出分析和处理，使状态指示灯AL10和EL4亮起，同时控制前后左转弯灯亮起。汽车转弯毕，驾驶员关闭左转弯控制开关K4，同上工作方式，车头控制单元和车尾控制单元分别控制前后左转弯灯熄灭，被控单元(SCU01、SCU05)的状态指示灯AL10和EL4同时熄灭。
在行驶中或到达目的地后，驾驶员踩刹车开始减速，同时闭合刹车控制开关K9，系统同上工作方式，车尾控制单元(SCU05)驱动左右制动灯亮起。车停稳后，驾驶员依次打开控制开关K9、K5和K1，则对应末控制的制动灯控制、示宽灯、前向灯(远光)会依序熄灭，同时各单元电路的指示灯EL6、AL4、AL9、AL1、AL12、EL1、SDA、SDB和MSD随控制开关状态的变化而熄灭。
从上述应用实例可知，使用汽车用单线传控装置，驾驶员可通过汽车组合开关(或相关控制开关)对主控单元的控制，即可便利地完成对汽车照明及各种用电器工作状态的控制。实现了独线传控取代大捆线束的全部作用，且本装置可使汽车的可靠性、安全性及整车的自动化程度大幅度地提高。
由于整车的电器只用一根导线进行传控，取消了对大量继电器和保险丝的使用，且大大减少了线束接点的数量，使得线束在安全性、可靠性方面得到了充分的保证。又由于本系统是独线的传输与控制，不仅有效地减少了线束对汽车空间的占用，还使线束在体积、重量及成本方面得到彻底的改善。

Claims (6)

1、一种多个电器单元的单线传输控制装置，其特征在于，它包括一个主控单元(10)和多个被控单元(20)，主控单元与各被控单元通过一根控制线(30)相连接。
2、根据权利要求1所述的多个电器单元的单线传输控制装置，其特征在于，所述主控单元(10)具有一路或多路输入端口及一路输出端口，其输出的是控制代码信号。
3、根据权利要求2所述的多个电器单元的单线传输控制装置，其特征在于，所述主控单元(10)包括单片机(11)、电源电路(12)、输入电路(13)、通讯电路(14)及工作状态指示电路(15)，其中，输入电路和通讯电路分别连接于单片机的输入端和输出端，电源电路分别与单片机和通讯电路连接，工作状态指示电路与单片机连接。
4、根据权利要求1所述的多个电器单元的单线传输控制装置，其特征在于，所述被控单元(20)包括单片机(21)、电源电路(22)、通讯电路(23)、驱动电路(24)、工作状态指示电路(25)和输出及保护电路(26)，其中，通讯电路、驱动电路及工作状态指示电路分别与单片机连接，电源电路分别与单片机及驱动电路连接，输出及保护电路连接于驱动电路的输出端。
5、根据权利要求4所述的多个电器单元的单线传输控制装置，其特征在于，各被控单元(20)均有独立的地址码，地址码写入各自的单片机内部存贮器中。
6、根据权利要求3、4所述的多个电器单元的单线传输控制装置，其特征在于，所述主控单元和被控单元的通讯电路(14)、(23)采用RS232串行通讯电路。
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