专利名称：串行口查询管理核对指令式的家用电器自动化接线座的制作方法
技术领域：
本实用新型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：
2010年9月提交国家知识产权局专利局审查的实用新型专利“串行口查询管理的家用电子电器自动化接线座”以计算机为主机，通过串行口的发送数据线T)(D传输出二进制数据指令，通过串行口的四根输入联络线校验其中的三位数据、检测三个开关量输出型传感器的状态以及一个开关量输出型传感器的状态的变化，把三位二进制数据指令经过译码生成的八个指令数据，据此管理四对家用电子或电器，而所述校验、检测以及译码输出分别由串行口的两根输出联络线经过译码后生成的四个组合信号之一来管理。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种串行口查询管理核对指令式的家用电器自动化接线座，它以计算机为主机，通过串行口的发送数据线T)(D传输出二进制数据指令，通过串行口的四根输入联络线校验其中的三位数据、检测三个数字量输出型传感器的状态以及一个数字量输出型传感器的状态的变化，再用比较器核对指令，管理4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、RSiyi 7TZ/CMOS电平转换电路、 两组4bit三态缓冲驱动器、4对传感器接口接线端、2-4译码器、二进制计数器、数据输出使能电路、8个4bit比较器、数据锁存电路、4组电子开关电路、稳压电源电路、防雷击和浪涌电路以及市电电源线及其插头。本实用新型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接口的第四针DTR、第七针RTS、第三针T)(D分别连接到i 5232 7TZ/CMaS电平转换电路的三个RS232C电平信号输入端，该电平转换电路相应的三个TTL/CM0S电平信号输出端分别连接到2-4译码器的两个信号输入端与二进制计数器的时钟信号输入端；两组4bit三态缓冲驱动器各自的四个信号输出端两两并联，构成四组信号输出端，它们各自连接一个上拉电阻到电源正极，还分别连接到 RS232 O 2Ti/CMOS电平转换电路的四个TTL/CM0S电平信号输入端，与它们对应的电平转换电路的四个RS232C电平信号输出端分别连接到RS232C接口的第一针⑶、第六针DSR、 第八针CTS与第九针RI ；—组4bit三态缓冲驱动器的四个信号输入端分别连接到二进制计数器的四个计数信号输出端，另一组4bit三态缓冲驱动器的四个信号输入端与电源负极分别构成了 4对传感器接口接线端；2-4译码器的四个译码信号输出端之两,FI,朽分别连接到两组4bit三态缓冲驱动器与数据输出使能电路各自的输出使能端；二进制计数器的计数信号输出端中的低三位分别连接到数据输出使能电路的3个信号输入端，数据输出使能电路的3个信号输出端分别连接一个下拉电阻到电源负极，还与8个4bit比较器各自
4的一组数据输入端中的K、K人分别相连接，8个4bit比较器各SWA = B信号输出端分别连接到数据锁存电路的4对置1端S与复位端R ；数据锁存电路的4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，通过市电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。所述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。所述RS23>2 0 7TZ/CMQS电平转换电路由两块MAX232结合四只电解电容组成。所述4组电子开关电路的结构相同，各自包括1路固态继电器电子开关电路和1 路直流继电器电子开关电路。所述固态继电器电子开关电路包括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、一只发光二极管连接到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固态继电器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2-4译码器由74HC139组成，其低电平有效的使能端接电源负极。所述二进制计数器由⑶4516组成，其复位端、预置数使能端、进位输入端都接电源负极，计数模式端接电源正极。所述8个4bit比较器的三个级联信号输入端A<B，A = B，A>B分别连接到电源的负极、正极与负极，它的一组数据输入端中位A3都连接到2-4译码器的四个译码信号输出端之朽，另一组数据输入端中的位 都连接到电源负极，后者中的其它三位数据输入端B。B1、B2的电平通过开关预置成逻辑0或1。所述数据锁存电路由4个RS触发器或D触发器组成。所述数据输出使能电路由八D锁存器74HC373或三态缓冲器例如74HC244组成。本实用新型构成了计算机与家用电子或电器之间的接口，在计算机软件的管理下，通过DTR\RTS的组合，分别选用两组4bit三态缓冲驱动器或数据输出使能电路之一，进而检测四个传感器的状态或其状态的变化，或者校验串行口发送数据口线输出的二进制指令数据，或者对4组电子开关电路输出正确的指令数据，安全、便利。采用比较器取代译码电路管理家用电器，所用器件的数量虽然多了几个，但是，通过分配给每一个家用电器两个指令码，包括运行码与停止运行码，其有益之处在于，所用核对二进制数据指令的方法有利于使用计算机管理多组家用电子和电器，可供开发不采用单片机技术的家用电子或电器参考。
以下结合附图，进一步说明本实用新型。
图1是RSin O 7TZ/CMOS电平转换电路、两组4bit三态缓冲驱动器、传感器接口电路、2-4译码电路、USB接口、USB转串行口电路与稳压电源电路的原理(方框)图。图2是1个4bit比较器的电路原理图。图3是二进制计数器、数据输出使能电路、8个4bit比较器、数据锁存电路以及电子开关电路的原理(方框)图。图4是一组电子开关电路的原理图。图中，1.-4.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，11.-12. Λ9232 ◎ 7TZ/CMOS电平转换电路，13.两组4bit三态缓冲驱动器，14. 2-4译码电路，21. 二进制计数器，23.数据输出使能电路， 24.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，41.-48. 4bit比较
ο
具体实施方式
如图1所示，两组4bit三态缓冲驱动器(13)与数据输出使能电路03)由2_4 译码器(14)的四个译码信号输出端之？5, ,朽来选用。平时，DTR/RTS = 00，^Q = O, 四个传感器Rsl，Rs2, Rs3, Rs4的输出信号可以通过第2组4bit三态缓冲驱动器输入到 RS232C接口(8)的第一针⑶、第六针DSR、第八针CTS与第九针RI ；程序中通过串行通信控件MSComm32. OCX的事件属性来检测传感器感应事件所输出的信号，适应输出信号为开关量型、+3V +6V的电平型或脉冲信号型或电阻跳变型的传感器。串行通信控件MSComm32. OCX的事件属性包括IComEvSend 传输寄存器中的字符数比threshold还少；2ComEvReceive 收到threshold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；3ComEvCTS :Clear_to_Send 线的状态发生变化；4ComEvDSR :Data_Set_Ready 线的状态从 1 变到 0 ；5ComEvCD :Carrier_Detect 线的状态发生变化； 6ComEvRing 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；7ComEvE0F 收到数据结尾(ASCII为26)字符。串行口发送线平时处于高电平，异步串行通信的信息格式是“(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”，属于串行通信控件 MSComm32. OCX的kttings属性。例如，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9600BU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MSComml. kttings =〃 9600, η, 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MSComml. 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，我们选择传送字母“B”，其ASCII码为“42H = 0100 0010B”，因此，每次传送，串行口线TXD发出的
波形是 Π ΟΟ ΟΟΟΟ Ο ,会产生3个上升沿正跳变脉冲；而传送字母“A” = "4IH = 0100
000IB",串行口线τ )发出的波形是 ηοο οοοοοη,只产生2个上升沿正跳变脉冲。如图3所示，二进制计数器的时钟脉冲信号输入端是正跳边有效。假设二进制计数器的输出端的状态为Q3Q2Q1Q0 = 0000。现在连续传送若干个字母“B”，会使得二进制计数器的输出端依次发生的计数结果是0011 = 3,0110 = 6,1001 = 9,1100 =12，1111 = 15，10010 = 18，10101 = 21，11000 = 24，11011 = 27，11110 = 30，等等。我们只关心低三位Q2Q1Q0，从上述结果可以看到，到11000 = 24为止，依次出现了 Q2Q1Q0 = 3，6，1，4，7，2，5，0这完全的8个状态。配合后面的8个4bit比较器(41) - 08)，可以控制四组电子开关的启动与停止。但是，由于串行口仅有两根输出联络线，无力再清零二进制计数器。所以，设计了对DTR，RTS译码的2-4译码器(14)以及一组4bit三态缓冲驱动器(13)，后者由2_4 译码器(14)的四个译码信号输出端之Π来选通，构成了查询二进制计数器的计数状态的输入通道，以便通过串行口的发送数据线T)(D再传输出适当个数的字母“B”，达到校正二进制指令数据的目的。在此过程当中，二进制计数器的随机计数状态不得施加到8 个4bit比较器01)448)上，否则会引起电子开关电路(1)44)的误动作。为此，设计了数据输出使能电路(23)，由2-4译码器0 的四个译码信号输出端之污在适当的时候来选通，把二进制计数器输出的正确的指令数据传递给8个4bit比较器01)448)。数据输出使能电路由八D锁存器74HC373或三态缓冲器例如74HC244组成， 其输出使能端由朽控制，一般不由Π或万控制，因为，若其它电路由朽控制的时候，从 DTR/RTS = 00 — 01 — 11需要经历一个中间状态，其历时虽然仅执行一条指令所需的若干微妙，但毕竟会影响到数据输出使能电路的动作，从而会带来电子开关电路(1)-(4) 的错误动作。当数据输出使能电路的输出使能端&无效的时候，其输出端呈现高阻状态，为消除电磁感应带来的不稳定状态对后续电路的影响，如图3所示，在其输出端分别连接了一个下拉电阻到电源负极，使得这时的8个4bit比较器01)448)的比较数据输入
端都处于稳定的Ai = 0(i = 0，1，2)，而其高位Ai =巧=1>钱=0(/ = ,导致各个比较器
的输出都是A > B高电平有效，它们的输出A = B都处于低电平状态，对数据锁存电路04) 的4对R、S控制端无效，不影响电子开关电路(1)-(4)的工作状态。2-4译码器(14)之译码输出信号万有效的时候，数据输出使能电路的输出使能端&有效，二进制计数器的计数输出信号通过数据输出使能电路施加到8 个4bit比较器(41)-(48)的比较数据输入端Ai(i = 0，l，2)，其高位Ai=Yi=O = Bi(I = S), 如果某一个4bit比较器发生A3A2A1Atl = B3B2B1B0,则其输出比较结果A = B为高电平有效， 会触发数据锁存电路04)相应的R或S控制端，导致数据锁存电路04)发生动作，因此会
7停止或启动它后面连接的电子开关电路。 按照图3所示8个4bit比较器01)448)其高位的接法Ji=I^Bi = 0(i = 3)，实际上，它们已经能够保证在F； = 1的时候，各个比较器的输出总是A > B高电平有效，A = B处于低电平状态，也就是说，可以省去数据输出使能电路03)。
权利要求1.串行口查询管理核对指令式的家用电器自动化接线座，其特征是，包括9针RS232C 接口、USB接口、USB转串行口电路、Λ5232 0 7ΤΖ/CM对电平转换电路、两组4bit三态缓冲驱动器、4对传感器接口接线端、2-4译码器、二进制计数器、数据输出使能电路、8个 4bit比较器、数据锁存电路、4组电子开关电路、稳压电源电路、防雷击和浪涌电路以及市电电源线及其插头；其中，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接口的第四针DTR、第七针RTS、第三针T)(D分别连接到RS131 77 /CMOS电平转换电路的三个RS232C电平信号输入端，该电平转换电路相应的三个TTL/CM0S电平信号输出端分别连接到2-4译码器的两个信号输入端与二进制计数器的时钟信号输入端；两组4bit三态缓冲驱动器各自的四个信号输出端两两并联，构成四组信号输出端，它们各自连接一个上拉电阻到电源正极，还分别连接到 RSiyi G 7TZ/CMOS电平转换电路的四个TTL/CM0S电平信号输入端，与它们对应的电平转换电路的四个RS232C电平信号输出端分别连接到RS232C接口的第一针⑶、第六针DSR、 第八针CTS与第九针RI ；—组4bit三态缓冲驱动器的四个信号输入端分别连接到二进制计数器的四个计数信号输出端，另一组4bit三态缓冲驱动器的四个信号输入端与电源负极分别构成了 4对传感器接口接线端；2-4译码器的四个译码信号输出端之万分别连接到两组4bit三态缓冲驱动器与数据输出使能电路各自的输出使能端；二进制计数器的计数信号输出端中的低三位分别连接到数据输出使能电路的3个信号输入端，数据输出使能电路的3个信号输出端分别连接一个下拉电阻到电源负极，还与8个4bit比较器各自的一组数据输入端中的k0、、、k2分别相连接，8个4bit比较器各SWA = B信号输出端分别连接到数据锁存电路的4对置1端S与复位端R ；数据锁存电路的4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，通过市电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所述的串行口查询管理核对指令式的家用电器自动化接线座，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所述的串行口查询管理核对指令式的家用电器自动化接线座，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连组成。
4.根据权利要求1所述的串行口查询管理核对指令式的家用电器自动化接线座，其特征是，所述4组电子开关电路的结构相同，各自包括1路固态继电器电子开关电路和1路直流继电器电子开关电路。
5.根据权利要求4所述的串行口查询管理核对指令式的家用电器自动化接线座，其特征是，所述固态继电器电子开关电路包括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、一只发光二极管连接到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固态继电器电子开关电路的输出端。
6.根据权利要求4所述的串行口查询管理核对指令式的家用电器自动化接线座，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。
7.根据权利要求1所述的串行口查询管理核对指令式的家用电器自动化接线座，其特征是，所述2-4译码器由74HC139组成，其低电平有效的使能端接电源负极。
8.根据权利要求1所述的串行口查询管理核对指令式的家用电器自动化接线座，其特征是，所述二进制计数器由CD4516组成，其复位端、预置数使能端、进位输入端都接电源负极，计数模式端接电源正极。
9.根据权利要求1所述的串行口查询管理核对指令式的家用电器自动化接线座，其特征是，所述8个4bit比较器的三个级联信号输入端A<B，A = B，A>B分别连接到电源的负极、正极与负极，它的一组数据输入端中位A3都连接到2-4译码器的四个译码信号输出端之万,另一组数据输入端中的位&都连接到电源负极，后者中的低三位数据输入端B。 B1^B2的电平通过开关预置成逻辑0或1。
10.根据权利要求1所述的串行口查询管理核对指令式的家用电器自动化接线座，其特征是，所述数据锁存电路由4个RS触发器或D触发器组成。
专利摘要串行口查询管理核对指令式的家用电器自动化接线座属于计算机与家用电器的接口装置，计算机由串行口的TXD送出二进制数据，由其输入联络线校验3位数据、检测4个传感器，通过比较器核对指令数据，管理4对家用电子或电器；包括RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、电平转换电路、两组4bit三态缓冲驱动器、4对传感器接口接线端、2-4译码器、二进制计数器、数据输出使能电路、8个4bit比较器、数据锁存电路、4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，DTR、RTS、TXD的信号分别送到2-4译码器的2个输入端与计数器的时钟信号输入端，2-4译码器的3个输出信号分别接到两组三态缓冲驱动器与数据输出使能电路的使能端。用于自动化运行家用电器。
文档编号H03K19/0175GK201937568SQ20102055666
公开日2011年8月17日 申请日期2010年10月11日 优先权日2010年10月11日
发明者曾艺 申请人:重庆工商大学