专利名称：无需内置微处理器的总线集控式节点装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种总线通信方式的智能节点的控制平台，特别是指一种无需内置嵌入式MCU 微处理器的智能节点的集控装置。
背景技术：
目前应用于酒店客房、数字会议、智能家居等领域的总线集控式控制装置，尤其对位于 智能控制末端的节点装置，通常采用内置MCU微处理器的技术方案，其一端与上位机通过总 线网络进行远程通信，而另一端则连接不同功能的执行装置，这类技术方案拥有远程控制， 系统组建灵活，负载方式多样等诸多优点，与上述技术特征相关的专利文献有1. 浙江大学的家用电器电脑集控器(中国专利授权公告号CN2218379Y，授权公告日为 1996年1月24日)；2. 联想集团的节点装置及其实现家庭网络中控制子网设备间互通的方法(中国专利公开 号CN1466328A，
公开日为2004年1月7日)。然而，上述技术方案也同样暴露出一些显而易见的不足，如采用内置MCU的方案，必然 导致软/硬件的成本上升，外围器件复杂，体积开销增大，而且也带来了先天缺陷，即内置的 MCU微处理器容易遭受干扰并造成运行程序的飞溢，导致系统处于失控状态，即所谓的"死 机"现象。发明内容本发明的目的在于，对现有的内置MCU微处理器的传统总线集控式节点装置，在保留其 现有优点的基础上，针对其固有缺陷，提供一种系统复杂度更简单、系统价格更低廉、系统 可靠性更高的且无需MCU微处理器的智能节点装置。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案-无需内置微处理器的总线集控式节点装置包括至少一个用于作地址选通的地址设定单元10，通过地址接口线101用于引入外部地 址器件的选通输入，并通过内部电气连接线302向控制逻辑单元30提供工作地址的设置； 包括一个产生内部时序的工作时钟单元50;通过时钟接口线501用于引入外部时钟器件的时钟输入，或/和采用内置时钟模块，通过内部电气连接线304向控制逻辑单元30提供时 钟序列；包括至少一个通过有线201连接与上位机或控制器作通信的用户通信接口单元20，它负 责引入通信数据帧序列，并通过内部线路301向控制逻辑单元30传送；包括至少一个将来自上位机或控制器的用户的通信数据帧序列，转化成相应驱动命令的 控制逻辑单元30;至少一个通过内部传输线303与所述的至少一个控制逻辑单元30、并对外作激励驱动或/ 和对内作采集输入数据的输入/输出接口单元40，传送控制命令；其特点是所述的至少一个用于作地址选择的地址设定单元10、至少一个用以产生内部时序的工作时钟单元50、至少一个用于外部通信的用户通信接口单元20、至少一个控制逻辑 单元30以及至少一个输入/输出接口单元40，是集成于一体且不包括内置或外置标准微处理 器的芯片结构。所述的至少一个用于作地址选择的地址设定单元10，其地址设置的方式，通过外部物理 地址的设置，即通过外部特定地址设置的芯片管脚，如上拉高电位、下拉低电位或浮空的方 式以及其中几种的若干组合，用以最终确定本节点装置的工作地址。所述的至少一个用于作地址选择的地址设定单元10，其地址设置的方式，还可采用总线 的方式，即对所述的至少一个地址设定单元10内部的地址识别部件，作地址数据的编程，改 写、存储的操作而得该节点的工作地址。所述的至少一个用以与外部通信和产生内部时序的工作时钟单元50;具有内置时钟电路 或/和用以引自外部时钟电路的物理接口。所述的至少一个用户通信接口单元20是采用任一种符合总线通信规约的二线制或/和三 线制方式组成的物理接口方式。所述的至少一个用户通信接口单元20是采用双向或/和单向通信的工作模式。所述的至少一个控制逻辑单元30，把来自所述的至少一个用户通信接口单元20的任一种 总线规约，对其中的地址信息、控制数据按规约的指定格式，进行转换和译码操作，并通过 所述的至少一个输入/输出接口单元40，作相适应的输入/输出控制，如对执行负载进行通/ 断式输出、或/和进行脉宽调制PWM输出、或/和进行红外/射频接口的基带编码数据输出。所述的至少一个用以接收控制逻辑单元30发出的控制命令的输入/输出接口单元40;具 有直接兼容TTL或/和CMOS电平的负载能力。所述的至少一个输入/输出接口单元40，依照来自所述的至少一个用户通信接口单元20的命令要求，在所述的控制逻辑单元30的控制下，对相应的外部设备进行数据采集、输入和 缓存。所述的至少一个控制逻辑单元30，内部具有存储功能的多个寄存器或/和存储器。 本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的特点和显著功效-1. 系统的复杂度和成本均得到显著的改善，既简化了对器件性能和数量的要求，又降低 了器件成本，同时还减小了系统组成的体积，从而提高了性能/价格比。2. 具有依据实际需求，能够轻易地实现各种功能的模块组合，便于快速组建系统和实现 单一、群组或点对多点的远程通信。3. 与带有MCU智能节点装置的传统方案相比，完全杜绝了其因程序飞溢而导致系统死机 的固有缺陷，从而极大地提高了系统的可靠性并改善了系统的电磁兼容性。
附图1为传统的带内部MCU的总线集控式节点装置的原理框图。 附图2为本发明的原理框图。
具体实施方式
本发明的一个优选实施例结合附图详述如下-附图l，是现有技术所提供的节点控制方案，即采用MCU为主控制器的节点方案。附图2，是本发明一个优选实施例，本发明由地址设定单元IO，用户通信接口单元20， 控制逻辑单元30，输入/输出接口单元40，以及工作时钟单元50所组成，特别是上述的组成， 均集成在一片芯片结构内，而且不包括任何类似微处理器功能的芯片。在本实施例中，假设以酒店客房的电气集控装置为例，它通常需要提供3-4路的输入信 号，如插卡取电、紧急广播、叫醒服务等，同时还需提供大约10路的输出信号，如用于提供 多路照明、窗帘、电视机、空调风量、吸尘器、安全插座等的供电控制。在本实施例中，集控装置的执行装置，即本发明所述的总线集控式节点装置，通常被安装 在客房的配电箱内，它与外界的控制联络，通过有线方式，与置于配电箱外部一一如在床头 柜上方或书桌台上的集控主机(未画出)作电气连接；而它与外界的执行驱动部件或输入部 件的联系，则是通过连接至配电箱内的强电或弱电线，与相应的外部执行部件作电气连接。集控主机通常是具备多个按键的控制装置，在本发明实施例中，集控主机将通过总线的 方式，与集控装置的执行装置，即本发明所述的无需内置微处理器的总线集控式节点装置并经外部总线201连接，集控主机面板上的每个按键，都具有特定的控制功能，在本实施例中， 假设按下集控主机面板上的某一个键，如Kl键，则Kl键所对应的控制数据信息，通过总线 201，传给了本发明所述的总线集控式节点装置的用户通信接口20，只要集控主机所需寻址的 目标节点与连接在总线上的节点装置预先设置的地址相同，则该节点装置将把集控主机的控 制命令帧序列，接收并经内部线路301，存入控制逻辑单元30的内部缓冲存储器和相应的各 寄存器内，此时，控制逻辑单元30则按照事先预定的某一种总线规约，对其中的地址信息、 控制数据按规约的指定格式，进行转换和译码操作，并通过内部线路301向输入/输出接口单 元40，作相适应的输出驱动，如对应K1键的执行动作，通过输入/输出接口单元40的通用输 出端口，作外部继电器的控制驱动，以打开房间照明；如对应K2键，若持续按着不放，通过 输入/输出接口单元40的PWM输出端口，将作外部调光器的控制驱动，如床头灯，作由明到 暗或由暗到明的调光控制，直至K2按键释放。控制逻辑单元30负责在电源启动后的初始设置、数据流和控制指令的传送，在进行程序 编制了特定的地址命令后，只有通过该地址滤波协议后的用户数据帧，方能够输入至内部缓 冲存储器；当然也可以通过设置外部地址，如物理地址的方式，选择地址；若要选择通用输 入输出GPIO的操作，应先设置相应的内部寄存器，确定传送频率和倍乘器，以选择相应的GOIO， 然后启动传送操作。如对应K3键，通过输入/输出接口单元40的另一路P觀输出端口，产生一组事先预编程 的红外线基带编码，经外部红外线发射器件(未画出)的输出，如执行电视遥控的某一操作， 如电视机的工作电源被接通，处于可收看状态。上述描述均以执行输出驱动为例，而在本实施例中，同样可以执行输入控制如通过输 入/输出接口单元40， 一旦接收到外部输入信号，如经输入/输出接口单元40的某一路通用输 入口，接收到"紧急广播"信号时，此时，该信号经内部线路303，存入控制逻辑单元30内 部的寄存器，并以最高优先权的形式，通过内部线路301向用户通信接口单元20，立即进行 发送操作，该发送命令，经由双绞线组成的总线201，向上位机一即集控主机传递"紧急广 播"信号，集控主机则立即经过总线201，并经本发明的用户通信接口单元20，向控制逻辑 单元30，下达接通"报警音响"的执行命令此时控制逻辑单元30向输入/输出接口单元40， 发出立即关闭音响通道并接通具有最高优先权的"音响报警"通道的命令，经过输入/输出接 口单元40中的某输出接口的切换动作，将外部继电器切换至"音响报警"状态，此时，酒店 安全部门将向客房持续传送紧急报警的广播内容。只要是兼容TTL或CMOS的外部负载，都可 以直接与输入/输出接口单元40连接，当然，为改善本发明的智能节点与外部负载的隔离性能，防止意外干扰和不当影响，也可以采用光耦器件，用于与外部负载的隔离措施，因该技 术方案为本领域的技术人员所熟知，因此不再详述。本实施例中，输入/输出接口单元40具有多个通用输入或输出接口，所有输入接口具有 TTL电平和CMOS驱动电平；具有2路10分辨率的PWM输出，可驱动变频器件或调光器件，若 外加简单电路，可组成D/A输出接口，输出多级变化的模拟电压。本实施例的一个特点，即使外部的用户上位机因故脱落，只要内部寄存器仍置有效位， 则仍会按接收缓冲区内的命令，不中断地继续执行原有程序，直到上位机重新接通并发送最 新控制命令为止，另外因本发明无需内置微处理器单元，因此，很好地避免了微处理器所固 有的不可靠性如运行程序跑飞，即"死机"现象！本实施例的另一个特点，因本发明是基于任一通信规约的用户接口的通信模式，因此， 本发明可以采用以功能模块为单位，在一条总线的连接下，实现远程通信、多节点的总线叠 加及节点的功能扩展，非常便于组建能满足用户需求的各种应用系统。本实施例中，用户通信接口单元20，它具有内部用户接口的协议引擎，它与内置微处理 器的技术方案不同，是通过选择"只听"模式或"通常"工作模式，来配置内部寄存器并选 择特定的工作模式，而自动执行诸如加电配置、自动唤醒及协议管制等运行程序。本实施例中，用户通信接口单元20，既可以是双向通信接口，也可以是单向接口，可以 采用二线制的物理总线，也可以采用三线制的物理总线，其物理总线的媒质选用，即可以是 网络型屏蔽双绞线STP，也可以是低成本的非屏蔽双绞线UTP。在本实施例中，地址设定单元(10)，其地址设置的方式，既可以通过外部物理地址的设 置，如通过外部特定地址设置，利用若干芯片管脚(101)，上拉至高电位、下拉至低电位 或浮空等方式，以及其中几种的若干组合，用以最终确定本节点装置的工作地址；当然也可 以采用总线现场编程的方式，对地址设定单元10内部的地址设置部件，如内部的验收滤波器， 作地址数据的编程，改写、存储的操作而得到该节点的工作地址。本实施例中，用以产生内部时序的工作时钟单元50;具有内置时钟电路，即无需外部晶 振电路的工作方式，使本发明的模块体积和电磁兼容性更趋完善；带有预分频器的内部工作时钟单元50，也可通过外部时钟接口 501，与外接时钟器件连接，在本实施例中，可选择8 种时钟的预分频数，从1:32、 1:64、 1:128、 1:256、 l:5i2、 1:1024、 1:2048、 1:4096等， 可满足4MHz-20MHz的大范围的外接晶体振荡器，以达到产生标准时钟序列的目的。为实现本实施例的功能，可选用市售的PHILIPS公司的PCA963X、 PCA969X系列芯片，也 可采用微芯公司的MCP250X0系列芯片。Philips公司的系列芯片是基于I2C FM+模式的总线逻辑芯片，它无需外部MCU微处理器，其I2C总线的传输速率是FAST模式的2.5倍，是传统 标准模式的10倍；FM+模式还将总体容量增加了 10倍，在较低的总线速度下，无需缓冲也能 进行300米的中长距离传输；而微芯公司的系列芯片，则是采用现场总线的工作方式，以智 能节点的方式进行应用。至于芯片的具体使用以及其通信规约，请参照Phi lips公司的PCA963X 和微芯公司MCP250X0的相关数据手册和编程方法，在此，将不再赘述。当然，本发明的实施例除了适应酒店客房的集控应用以外，还可以扩展到诸如多功能会 议厅、电化教室、家庭影院、病房、餐厅、家庭等适应集控应用的任何场合。以上所述，是本发明实施例的一种，但并非用来限定本发明的实施范围，即凡是按照本 发明专利一一权利要求书所述的特征、构造、精神所做的均等变化和修饰，均属于本发明的 保护范围。
权利要求
1. 一种无需内置微处理器的总线集控式节点装置，包括至少一个通过地址接口线(101)用于引入外部地址器件的选通输入的地址设定单元(10)，并通过内部电气连接线(302)向控制逻辑单元(30)提供工作地址的设置；至少一个产生内部时序的工作时钟单元(50)；通过时钟接口线(501)用于引入外部时钟器件的时钟输入，或/和采用内置时钟模块，通过内部电气连接线(304)向控制逻辑单元(30)提供时钟序列；至少一个通过有线(201)连接与上位机或控制器作通信的用户通信接口单元(20)，它负责引入通信数据帧序列，并通过内部线路(301)向控制逻辑单元(30)传送；至少一个将来自上位机或控制器的用户的通信数据帧序列，转化成相应驱动命令的控制逻辑单元(30)；至少一个通过内部传输线(303)与所述的至少一个控制逻辑单元(30)、并对外作激励驱动或/和对内作采集输入数据的输入/输出接口单元(40)；其特征在于所述的至少一个用于作地址选择的地址设定单元(10)、至少一个用以产生内部时序的工作时钟单元(50)、至少一个用于外部通信的用户通信接口单元(20)、至少一个控制逻辑单元(30)以及至少一个输入/输出接口单元(50)，是集成于一体且不需要内置或外置标准微处理器的芯片结构。
2. 如权利要求1所述的无需内置微处理器的总线集控式节点装置，其特征在于所述 的至少一个用于作地址选择的地址设定单元(10)，其地址设置的方式，通过外部物理地址的 设置，即通过外部特定地址设置的芯片管脚(101)，如上拉高电位、下拉低电位或浮空等方 式以及其中几种的若干组合，用以最终确定本节点装置的工作地址。
3. 如权利要求1所述的无需内置微处理器的总线集控式节点装置，其特征在于所述 的至少一个用于作地址选择的地址设定单元(10)，其地址设置的方式，采用总线的方式，即 对所述的至少一个地址设定单元(10)内部的地址识别部件，作地址数据的编程，改写、存 储的操作而得到该节点的工作地址。
4. 如权利要求1所述的无需内置微处理器的总线集控式节点装置，其特征在于所述 的至少一个用以产生内部时序的工作时钟单元(50);具有内置时钟电路或/和用以引自外部时钟电路的物理接口 (501)。
5. 如权利要求1所述的无需内置微处理器的总线集控式节点装置，其特征在于所述的至少一个用户通信接口单元(20)，是采用任一种符合总线通信规约的二线制或/和三线制方式组成的物理接口方式。
6. 如权利要求l所述的无需内置微处理器的总线集控式节点装置，其特征在于所述的 至少一个用户通信接口单元(20)是采用双向或/和单向通信的工作模式。
7. 如权利要求l所述的无需内置微处理器的总线集控式节点装置，其特征在于所述的至少一个控制逻辑单元(30)，把来自所述的至少一个用户通信接口单元(20)的任一种总线 规约，对其中的地址信息、控制数据按规约的指定格式，进行转换和译码操作，并通过所述 的至少一个输入/输出接口单元(40)，作相适应的输入/输出控制。
8. 如权利要求l所述的无需内置微处理器的总线集控式节点装置，其特征在于由所述的至少一个控制逻辑单元(30)控制并对外作激励驱动的输入/输出接口单元(40);具有直 接兼容TTL或/和CMOS负载的能力。
9. 如权利要求l所述的无需内置微处理器的总线集控式节点装置，其特征在于所述的至少一个输入/输出接口单元(40)，依照来自所述的至少一个用户通信接口单元(20)的命 令要求，在所述的控制逻辑单元(30)的控制下，对相应的外部设备进行数据采集、输入、 缓存。
10. 如权利要求1所述的无需内置微处理器的总线集控式节点装置，其特征在于所述 的至少一个控制逻辑单元(30)，内部具有存储功能的多个寄存器或/和存储器。
全文摘要
本发明涉及一种总线通信方式的智能节点的控制平台，特别是指一种无需内置嵌入式MCU微处理器的智能节点的集控装置。它是集成于一体的芯片结构方案，内部包括顺序连接的用户通信接口单元、控制逻辑单元、输入/输出接口单元；还包括内部时钟单元和地址设定单元。与传统方案的不同处在于，芯片结构中不包括内置或外置的嵌入式MCU微处理器单元。本发明解决了传统带MCU微处理器的集控装置的缺陷，如软/硬件结构复杂，器件多，体积大，成本高，尤其在遭遇干扰后程序易跑飞等固有的“死机”现象，从而极大地提高了系统的可靠性和性价比。
文档编号G05B19/418GK101221427SQ20071003638
公开日2008年7月16日 申请日期2007年1月11日 优先权日2007年1月11日
发明者朱锡钧, 林绪强, 琴 汪, 陈敏超 申请人:上海第二工业大学