CN102571061B

CN102571061B - 串行口联络线管理核对指令式8k路传感器28n/2组家电接线座

Info

Publication number: CN102571061B
Application number: CN201010616714.7A
Authority: CN
Inventors: 曾艺
Original assignee: Chongqing Technology and Business University
Current assignee: Chongqing Technology and Business University
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-12-29
Also published as: CN102571061A

Abstract

串行口联络线管理核对指令式8K路传感器2^8N/2组家电接线座是一种计算机与家电的接口装置，通过串行口的TXD配合两根联络线管理2^8N/2组电子电器，用一根输入联络线检测8K(K＝1，2，3，......)路传感器；包括：RS232C接口、USB接口、电平转换电路、8bit×N串入并出移位寄存器、2^8N个8bit×N数据比较器电路、2^8N/2个RS触发器电路、2^8N/2组电子开关电路、8bit×K并入串出移位寄存器以及稳压电源电路。其中，RTS作为上述两种移位寄存器的时钟信号，DTR分别作为8bit×N串入并出移位寄存器的串行输入信号以及8bit×K并入串出移位寄存器的数据移位/装载控制信号，TXD作为所述比较器电路的输出允许控制信号，该比较器电路的输出控制2^8N/2个RS触发器电路及其电子开关电路；CTS接收8bit×K并入串出移位寄存器的串行输出信号。可使现有电子电器具备组网功能。

Description

串行口联络线管理核对指令式8K路传感器28N/2组家电接线座

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

同期提交国家知识产权局专利局审查的实用新型“串行口联络线管理核对指令式8路传感器2^8N/2组家电接线座”与“串行口联络线管理核对指令式8K路传感器128组家电接线座”具有相同的技术基础：一方面，依靠串行口的一根输入联络线检测多路数字量输出型传感器，另一方面，通过串行口的两根输出联络线传送出二进制数据指令，而以其发送数据线TXD控制数据指令的输出，采用数据比较器技术，管理多组家用电子与电器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种串行口联络线管理核对指令式8K路传感器2^8N/2组家电接线座，是一种计算机与家用电子电器之间的接口装置，它以计算机为主机，应用数据比较器技术，使用其串行口的两根输出联络线与一根发送数据线TXD管理2^8N/2(N＝1，2，3，......)组家用电子与电器，同时，依靠串行口的一根输入联络线检测8K(K＝1，2，3，......)路数字量输出型传感器的输出状态；包括：RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、电平转换电路、8bit×N串入并出移位寄存器、2^8N个8bit×N数据比较器电路、2^8N/2个RS触发器电路、2^8N/2组电子开关电路、8bit×K并入串出移位寄存器、8K(K＝1，2，3，......)对传感器接线端、稳压电源电路、防雷击和浪涌电路以及电源线及其插头。

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接口的第五针GND连接到电源负极，其第四针DTR、第七针RTS、第三针TXD分别连接到电平转换电路的一个RS232C电平信号输入端，该电平转换电路对应RTS的TTL/CMOS电平信号输出端分别连接到8bit×N串入并出移位寄存器与8bit×K并入串出移位寄存器的时钟信号输入端，该电平转换电路对应DTR的TTL/CM0S电平信号输出端分别连接到8bit×N串入并出移位寄存器的一个串行信号输入端以及8bit×K并入串出移位寄存器的并行输入数据移位/装载控制端，该电平转换电路对应TXD的TTL/CMOS电平信号输出端连接到2^8N个8bit×N数据比较器电路的比较结果A＝B信号输出允许控制端还连接一个上拉电阻到电源正极；串行口的第八针CTS连接到RS232TTL/CMOS电平转换电路的一个RS232C电平信号输出端，与此相应的该电平转换电路的TTL/CMOS电平信号输入端连接到8bit×K并入串出移位寄存器的串行信号输出端；8bit×N串入并出移位寄存器的8×N个信号输出端(例如：Q₁₅Q₁₄......Q₂Q₁Q₀(N＝2))与2^8N个8bit×N数据比较器电路的一组比较信号输入端(例如：A₁₅A₁₄......A₂A₁A₀(N＝2))依序并联，2^8N个8bit×N数据比较器电路的2^8N个比较结果A＝B信号输出端分别连接一个下拉电阻到电源负极，还分别依序连接到2^8N/2个RS触发器电路的2^8N/2对置1端S与复位端R；2^8N/2个RS触发器电路的2^8N/2个输出端Q分别连接到一组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。

8bit×N串入并出移位寄存器由N块8bit串入并出移位寄存器级联组成。

8bit×K并入串出移位寄存器由K块74HC165级联组成，它们的片选端都接到电源负极，其时钟信号输入端都连接在一起，构成所述移位寄存器的时钟信号输入端，第1块的级联进位信号输入端DS接到电源的正极，其串行信号输出端Q_H连接到第2块的级联进位信号输入端DS，第2块的串行信号输出端Q_H连接到第3块的级联进位信号输入端DS，依次类推，第K-1块的串行信号输出端Q_H连接到第K块的级联进位信号输入端DS，第K块的串行信号输出端Q_H作为所述移位寄存器的串行信号输出端；所述移位寄存器的8K个并行信号输入端分别连接一个上拉电阻到电源正极，还分别与电源负极构成8K(K＝1，2，3，......)对传感器接线端。

2^8N个8bit×N数据比较器电路由2^8N个8bit×N二进制数据比较器组成，每个8bit×N二进制数据比较器有两组比较信号输入端，例如：A₁₅A₁₄......A₂A₁A₀和B₁₅B₁₄......B₂B₁B₀(N＝2)，各个8bit×N二进制数据比较器的一组比较信号输入端，例如：A₁₅A₁₄......A₂A₁A₀(N＝2)，分别依序并联，构成2^8N个8bit×N数据比较器电路的一组比较信号输入端，例如： A₁₅A₁₄......A₂A₁A₀(N＝2)；每个8bit×N二进制数据比较器的另一组比较信号输入端，例如：B₁₅B₁₄......B₂B₁B₀(N＝2)，分别连接到一个单刀双掷开关的公共端，于是共有8×N×2^8N个单刀双掷开关，这些单刀双掷开关的另两端分别连接到电源正极与电源负极；各个8bit×N二进制数据比较器还有一个比较结果A＝B的信号输出端与一个比较结果A＝B信号输出允许控制端前者高电平有效，一共构成2^8N个8bit×N数据比较器电路的2^8N个比较结果A＝B信号输出端，后者低电平有效，各个并联，构成2^8N个8bit×N数据比较器电路的比较结果A＝B信号输出允许控制端

8bit×N二进制数据比较器由8bit二进制数据比较器组合而成，而一个8bit二进制数据比较器由4bit二进制数据比较器组合而成。

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。

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。

电平转换电路由两块MAX232结合四只电解电容组成。

2^8N/2组电子开关电路包括2^8N/2组电子开关电路，各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。

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、一只发光二极管和一块固态继电器；其中，基极电阻的一端接NPN三极管的基极，另一端作为该组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，其基极与集电极电阻、发光二极管以及NPN三极管的集电极串联，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。

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，另一端作为该组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。

本发明构成了计算机与家用电子电器之间的接口。一方面，它以串行口的两根输出联络线输出指令数据，而以发送数据线控制指令数据的输出，并采用串入并出移位寄存器的级联技术扩展指令的字长，再结合数据比较器技术，根据需要可以扩展需要管理的电子电器的数目。另一方面，它采用并入串出移位寄存器的级联技术，只使用一根输入联络线就可以检测8K个开关量输出型传感器的状态。其优点是：所述方法比较完备，不需要采用单片微型计算机芯片，尤其适合于把比较器电路、RS触发器以及电子开关这三个单元组合到单个电器本身，用于升级改造现有电器，使之适应网络化管理。

附图说明

下面结合附图，进一步说明本发明。

图1是本发明的电路原理图之传感器接口电路部分，其中，K＝2，S₁₆，...，S₀₁代表传感器。

图2是本发明的电路原理图之传输数据指令部分，对应N＝2的情况。

图3是一组电子开关电路的原理图。

图4是由4bit二进制数据比较器组成一个8bit二进制数据比较器的电路原理图。

图中，001.-32768.电子开关电路，11.、12.电平转换电路，13.、14.8bit串入并出移位寄存器，15.2^8N/2(＝65536/2＝32768(N＝2))个RS触发器电路，16.、17.8bit并入串出移位寄存器，31.单刀双掷直流电磁继电器，32.固态继电器SSR，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，9.2^8N个8bit×N数据比较器电路，91.-93.4bit二进制数据比较器。

具体实施方式

由8bit并入串出移位寄存器(16)、(17)级联组成8bit×K并入串出移位寄存器(K＝2)的方法如图1所示。

由8bit串入并出移位寄存器(13)和(14)级联组成8bit×N串入并出移位寄存器(N＝2)的方法如图2所示。其中，处于较低位的74HC164(13)的输出端中的最高位连接到处于较高位的74HC164(14)的一个串入信号输入端B。

用3块四位二进制数据比较器集成电路(91)、(92)与(93)组成一个8bit二进制数据比较器的方法如图4所示。图中，比较器(92)和(91)的一组数据输入端A₃A₂A₁A₀，A₃A₂A₁A₀ 依次构成了该比较器的一组比较信号输入端A₇A₆A₅A₄A₃A₂A₁A₀。比较器(92)和(91)的另一组数据输入端B₃B₂B₁B₀，B₃B₂B₁B₀依次构成了该比较器的另一组比较信号输入端B₇B₆B₅B₄B₃B₂B₁B₀，它们由八个单刀双掷开关来预置指令码。利用比较器(93)的一组数据输入端B₃B₂B₁B₀之最高位B₃构成比较结果A＝B信号输出允许控制端，即如果＝TXD＝1，比较器(93)的A＝B信号输出端总是为低电平。因此，图2中的下拉电阻R₀₀₀，......，R₆₅₅₃₅可以不用。

根据上述原理，一个8bit×N数据比较器可以由若干个8bit二进制数据比较器组合而成，而2^8N个8bit×N数据比较器电路(9)可以由2^8N个8bit×N数据比较器并联组成。

显然，操作8bit×N串入并出移位寄存器(13)和(14)的时候会影响8bit×N并入串出移位寄存器(16)和(17)的工作状态，这时，我们不去关心串行通信控件MSComm32.OCX的事件属性就可以。而操作8bit×N并入串出移位寄存器(16)和(17)的时候也会影响8bit×N串入并出移位寄存器(13)和(14)的工作状态，这时，只要串行口数据发送线TXD不发送任何数据，串行口发送线平时处于高电平：TXD＝1，就可以使得2^8N个8bit×N数据比较器电路(9)的比较结果A＝B信号输出允许控制端处于高电平无效状态，因此，其2^8N个比较结果A＝B信号输出端都处于低电平状态，不影响2^8N/2(＝65536/2＝32768(N＝2))个RS触发器电路(15)的各对R、S控制端，保证了电子开关电路(001)-(32768)不发生误动作。

操作8bit×N并入串出移位寄存器(16)和(17)需要利用串行通信控件MSComm32.OCX的事件属性，包括：1)ComEvSend：传输寄存器中的字符数比Sthreshold还少；2)ComEvReceive：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；3)ComEvCTS：Clear_to_Send线的状态发生变化；4)ComEvDSR：Data_Set_Ready线的状态从1变到0；5)ComEvCD：Carrier_Detect线的状态发生变化；6)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；7)ComEvEOF：收到数据结尾(ASCII为26)字符。

Claims

1.串行口联络线管理核对指令式8K路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：包括RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、RS232TTL/CMOS电平转换电路、8bit×N串入并出移位寄存器、2^8N个8bit×N数据比较器电路、2^8N/2个RS触发器电路、2^8N/2组电子开关电路、8bit×K并入串出移位寄存器、8K对传感器接线端、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，......，K＝1，2，3，......，8bit×N串入并出移位寄存器由N块8bit串入并出移位寄存器级联组成，8bit×K并入串出移位寄存器由K块74HC165级联组成，这K块74HC165的片选端都接到电源负极，这K块74HC165的时钟信号输入端都连接在一起，构成所述8bit×K并入串出移位寄存器的时钟信号输入端，第1块74HC165的级联进位信号输入端DS接到电源的正极，第1块74HC165的串行信号输出端Q_H连接到第2块74HC165的级联进位信号输入端DS，第2块74HC165的串行信号输出端Q_H连接到第3块74HC165的级联进位信号输入端DS，依次类推，第K-1块74HC165的串行信号输出端Q_H连接到第K块74HC165的级联进位信号输入端DS，第K块74HC165的串行信号输出端Q_H作为所述8bit×K并入串出移位寄存器的串行信号输出端；所述8bit×K并入串出移位寄存器的8K个并行信号输入端分别连接一个上拉电阻到电源正极，还分别与电源负极构成8K对传感器接线端；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接口的第五针GND连接到电源负极，其第四针DTR、第七针RTS、第三针TXD分别连接到RS232TTL/CMOS电平转换电路的一个RS232C电平信号输入端，该电平转换电路对应RTS的TTL/CMOS电平信号输出端分别连接到8bit×N串入并出移位寄存器与8bit×K并入串出移位寄存器的时钟信号输入端，该电平转换电路对应DTR的TTL/CMOS电平信号输出端分别连接到8bit×N串入并出移位寄存器的一个串行信号输入端以及8bit×K并入串出移位寄存器的并行输入数据移位/装载控制端，该电平转换电路对应TXD的TTL/CMOS电平信号输出端连接到2^8N个8bit×N数据比较器电路的比较结果A＝B信号输出允许控制端还连接一个上拉电阻到电源正极；RS232C接口的第八针CTS连接到RS232TTL/CMOS电平转换电路的一个RS232C电平信号输出端，与此相应的该电平转换电路的TTL/CMOS电平信号输入端连接到8bit×K并入串出移位寄存器的串行信号输出端；8bit×N串入并出移位寄存器的8×N个信号输出端与2^8N个8bit×N数据比较器电路的一组比较信号输入端依序并联，2^8N个8bit×N数据比较器电路的2^8N个比较结果A＝B信号输出端分别连接一个下拉电阻到电源负极，还分别依序连接到2^8N/2个RS触发器电路的2^8N/2对置1端S与复位端R；2^8N/2个RS触发器电路的2^8N/2个输出端Q分别连接到2^8N/2组电子开关电路中的一组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。

2.根据权利要求1所述的串行口联络线管理核对指令式8K路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：2^8N个8bit×N数据比较器电路由2^8N个8bit×N二进制数据比较器组成，每个8bit×N二进制数据比较器有两组比较信号输入端，各个8bit×N二进制数据比较器的一组比较信号输入端分别依序并联，构成2^8N个8bit×N数据比较器电路的一组比较信号输入端；每个8bit×N二进制数据比较器的另一组比较信号输入端分别连接到一个单刀双掷开关的公共端，于是共有8×N×2^8N个单刀双掷开关，这些单刀双掷开关的另两端分别连接到电源正极与电源负极；各个8bit×N二进制数据比较器还有一个比较结果A＝B的信号输出端与一个比较结果A＝B信号输出允许控制端前者一共构成2^8N个8bit×N数据比较器电路的2^8N个比较结果A＝B信号输出端，后者并联，构成2^8N个8bit×N数据比较器电路的比较结果A＝B信号输出允许控制端

3.根据权利要求2所述的串行口联络线管理核对指令式8K路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：8bit×N二进制数据比较器由8bit二进制数据比较器组合而成，而一个8bit二进制数据比较器由4bit二进制数据比较器组合而成。

4.根据权利要求1所述的串行口联络线管理核对指令式8K路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：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电源正极与电源负极。

5.根据权利要求1所述的串行口联络线管理核对指令式8K路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：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。

6.根据权利要求1所述的串行口联络线管理核对指令式8K路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：2^8N/2组电子开关电路由2^8N/2组电子开关电路组成，各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。

7.根据权利要求6所述的串行口联络线管理核对指令式8K路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：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、一只发光二极管和一块固态继电器；其中，基极电阻的一端接NPN三极管的基极，另一端作为该路交流电电子开关电路所在的这一组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，其基极与集电极电阻、发光二极管以及NPN三极管的集电极串联，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。

8.根据权利要求6所述的串行口联络线管理核对指令式8K路传感器2^8N/2组家电接线座，其特征是：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，另一端作为该路弱电电子开关电路所在的这一组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。