专利名称：串行口TXD线管理核对指令式2<sup>4N</sup>/2组家用电子电器接线座的制作方法
技术领域：
本发明属于应用电子技术领域，特别是涉及一种计算机与家用电子电器的接口装置。
背景技术：
2010年9月中旬提交国家知识产权局专利局审查的实用新型专利“串行口发送数据线管理的家用电子电器自动化接线座”以计算机串行口的输出联络线DTR作为十进制计数器CD4017的复位信号，用十进制计数器把串行口的发送数据线T)(D发送出的串行信号转换成正确的并行数据指令，用输出联络线RTS控制该指令数据的输出，管理4组家用电子或电器。而最近提交国家知识产权局专利局审查的实用新型专利“串行口 T)(D线管理的24n/2
组家用电子电器自动化接线座”以串行口的DTR线作为4N (N = 1,2,3,......)位二进制
计数器的复位信号，串行口的T)(D线送出的串行信号经过4N(N = 1，2，3，......)位二进制
计数器转换成正确的4N(N= 1，2，3，......)位二进制数据，再经过4N—24N译码电路生成
24N位指令数据，用串行口的RTS线控制该指令数据的输出，管理24n/2 (N= 1,2,3,......)
组家用电子或电器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种串行口 T)(D线管理核对指令式24n/2组家用电子电器接线座，它以计算机为主机，通过串行口的四根输入联络线检测3个数字量输出型传感器的状况以及1个传感器的状态的变化，通过串行口发送数据线配合二进制计数器产生4N(N
=1,2,3,......)位二进制数据指令，通过比较器与所预置的指令码作比较，管理24n/2组
家用电子或电器；包括RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、4对传感器接口接线端、
RS232 — TTL/CM0S电平转换电路、4N(N = 1,2,3,......)位二进制计数电路、指令匹配电
路、数据锁存电路、24N/2组电子开关电路、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接口的第一针⑶、第六针DSR、第八针CTS与第九针 RI分别连接一个上拉电阻到电源正极，这四针与电源负极分别构成了 4对传感器接口接线端；RS232C接口的第三针T)(D、第四针DTR、第七针RTS分别连接到RS232 — TTL/CM0S电平转换电路的三个信号输入端，相应的电平转换电路的三个信号输出端分别连接到4N(N =
1,2,3,......)位二进制计数电路的时钟信号输入端及其复位端、指令匹配电路的输出使
能端；4N(N= 1,2,3,......)位二进制计数电路的4N(N = 1,2,3,......)个信号输出端
分别连接到指令匹配电路的4N(N=1，2，3.......)个比较信号输入端，指令匹配电路的24N
个信号输出端A = B分别连接到数据锁存电路的24n/2对置1端S与复位端R ；数据锁存电路的24N/2个输出端Q各自连接到1组电子开关电路的控制信号输入端；稳压电源电路的交CN 102447464 A 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，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7812组成，7812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RS232 — TTL/CM0S电平转换电路分成三路，各路的结构相同，包括一只三极管、一个基极电阻、一个集电极电阻、一只施密特反相器以及工作状态指示灯电路；其中，基极电阻的一端作为该路电平转换电路的信号输入端，另一端连接到三极管的基极，电源正极与集电极电阻、三极管的集电极、发射极以及电源负极组成串联电路，三极管的集电极还连接到一个施密特反相器的输入端，该施密特反相器的输出端作为该路电平转换电路的信号输出端；工作状态指示灯电路包括一个限流电阻与一个发光二极管，电源正极与发光二极管及其限流电阻串联接到施密特反相器的输出端。所述24n/2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 路直流继电器电子开关电路。所述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、发光二极管串联接到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交流电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4N(N= 1,2,3,......)位二进制计数电路由N块四位二进制计数器级联组
成，每块四位二进制计数器有四位计数信号输出端，一共构成4N(N= 1,2,3,......)位计
数信号输出端，它们的时钟信号输入端并联，作为本计数电路的时钟信号输入端，它们的复位端并联，作为本计数电路的复位端。所述指令匹配电路由24Nf4N(N= 1,2,3,......)位数字比较器组成，每个数字
比较器有一个信号输出端A = B，一共构成指令匹配电路的24N个信号输出端A = B，每个数
字比较器有4N(N= 1，2，3，......)个比较信号输入端，并联构成指令匹配电路的4N(N =
1,2,3,......)个比较信号输入端，它们各有一个输出使能端，并联构成指令匹配电路的输
出使能端。所述4N(N= 1，2，3，......)位数字比较器由4位比较器采用两级比较方法以并
联方式扩展构成第一级由N块4位比较器组成，它们的一组输入端A3A2A1A0 —共构成本 4N(N= 1,2,3,......)位数字比较器的4N(N= 1，2，3，......)个比较信号输入端，它们的另一组输入端B3B2B1B0分别按照预设的指令码由开关设置电平，它们的级联信号输入端A>B与A<B都连接到电源负极，级联信号输入端A = B都连接到电源正极；第二级由
尸= {/Λ「Γ(ΛΓ>4) + 1}块4位比较器组成，式中，/AT(iV>4)为取整数函数，i表示第一级的每一 444
块4位比较器有两个比较输出信号A > B、A < B需要使用第二级的一块4位比较器两组4
位比较信号输入端之一对，1表示还得使用一块4位比较器的两组4位比较信号输入端之
一对作匹配结果的输出控制第二级的4位比较器按照二进制数据的高低位次序排列成P
阶，其中，最低阶的4位比较器的级联信号输入端A > B与A < B都连接到电源负极，其级
联信号输入端A = B连接到电源正极，低阶的4位比较器的信号输出端A>B、A<B与A
=B分别连接到上一阶4位比较器的级联信号输入端A > B、A < B与A = B，一共有4P对
比较信号输入端A3A2A1A0与B3B2B1B0，其中，最高阶的4位比较器的信号输入端A3接到电
源正极，其信号输入端B3与信号输出端A = B分别构成本4N (N= 1,2,3,......)位数字
比较器的输出使能端与信号输出端A = B ；第二级的4位比较器的其余4P-1对信号输入端
A3A2A1A0与B3B2B1B0分别成对连接到第一级各块4位比较器的一对信号输出端A > B与
A < B，闲余的各对信号输入端都连接到电源负极。所述数据锁存电路由24n/2个D触发器或RS触发器组成。本发明构成了计算机与家用电子电器之间的接口，在程序的管理下，从串行口的串行数据发送端T)(D发送出串行信号，经过多位二进制计数电路生成指令数据，通过输出联络线DTR控制二进制计数器的复位端，保证了指令数据的正确，而使用输出联络线RTS确认是否输出该指令，保证了指令数据的安全，管理24N/2对弱电和强电电子开关电路；虽然
使用4位比较器较多，但是，其优点是把两个4N(N = 1,2,3,......)位数字比较器、一个
RS触发器以及一组电子开关电路做成单元，赋予每一台电子或电器，即赋予每台电子或电器两个指令码，包括启动码和停止码，不需要单片机技术也可以组网管理大量的电子电器， 再配合数字量输出型传感器工作，会使得家用电子电器实现完全意义上的自动化，技术便利，可供开发家用电器参考。
下面结合附图，进一步说明本发明。图1是串行口的传感器接口电路图。图2是RS232 — TTL/CM0S电平转换电路的原理图。图3表示4N(N= 1，2，3，......)位二进制计数电路、指令匹配电路中的1个4N(N
=1,2,3,......)位数字比较器、数据锁存电路中的1个RS触发器以及1组电子开关电
路，其中，N = 2。图4是一组电子开关电路的原理图。图中，001. —组电子开关电路，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，21.4N(N = 1,2,3,......)位二进制计数电
路(N = 2),211.低四位二进制计数器，212.高四位二进制计数器，22. —个4N(N= 1,2,
3，......)位数字比较器(N = 2)，221.第一级的低四位比较器，222.第一级的高四位比较
器，223.第二级的(高阶)四位比较器，23. RS触发器，31.单刀双掷直流电磁继电器，32.固态继电器SSR。
具体实施例方式计算机的RS232C接口的传输距离可达15米，逻辑0对应电平+3V +15V，逻辑 1对应电平-3V (-15) V，通过串行通信控件MSComm32. OCX的下列事件属性来检测外部设备的响应信号l)ComEvCTS :Clear_to_Send 线的状态发生变化；2)ComEvDSR :Data_Set_ Ready线的状态从1变到0 ；3) ComEvCD :Carrier_Detect线的状态发生变化；4) 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/. D⑶holding，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。因此，如图1所示，采用上拉电阻Rl，R2，R3，R4与传感器Rsl，Rs2，Rs3，Rs4接地的方式构成了传感器的串行接口电路，适应的传感器包括输出信号为开关量型、+3V +15V 的电平型或脉冲信号型或电阻跳变型的传感器。家用传感器的工作电源一般为< 15V的直流电源，工作在室内，不用考虑在传感器Rsl，Rs2，Rs3, Rs4与RS232C接口之间安排光电耦合电路作电气隔离，降低了成本。但是，在市电的输入端并联有防雷击和浪涌电路(51)。HCM0S，CM0S 电路的工作电压分别为2V_6V和 3V-15W4500B)-18V(4000B)。因此， 如图2所示，采用三极管设计了 RS232 — TTL/CM0S电平转换电路。其中，施密特反相器用于信号整形。图3中，4N(N = 2)位二进制计数电路Ql)采用N = 2块四位可预置二进制计数器CD4516Q11)、01 级联组成，可以换用其它类型的二进制计数器。串行口发送线T)(D平时处于高电平。串行通信控件MSComm32. OCX的kttings 属性决定异步串行通信的信息格式“ (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”。Mia, MSComml. Settings = " 9600，n，8，l"为其默认参数值，意思是“所使用的通信端口以每秒9600Bit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”。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=" AB⑶E〃，此即将AB⑶E五个字符通过RS232C接口依序传送出去，每传送一个字符其前面叠加有一个低电平的起始标志位。例如传送字母“B”，其ASCII码为“42H = 01000010B”，串行口线T)(D发出的波形是:11110010000101,会产生3个上升沿正跳变脉冲； 而传送字母“A” =“41H = 01000001B”，串行口线T)(D发出的波形是:11110010000011，只产
生2个上升沿正跳变脉冲。因此，先通过DTR输出高电平，复位4N(N= 1,2,3,......)
位二进制计数电路(21) :q7q6. · · qlqO = Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0 = 00000000，然后，设置 DTR = O,使得计数电路的复位控制端处于低电平无效态，再通过T)(D连续传送出若干个字母“B”，会导致N = 2块四位可预置二进制计数器⑶451601)、(22)的输出端依次产生下列结果:q7q6. . . qlqO = Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0 = 00000011(3),00000110(6), 00001001 (9),00001100 (12),00001111(15),00010010 (18),00010101 (21)、00011000 (24)、
00011011 (27) ,00011110 (30) ,00100011 (33),......。可见，4N(N = 1，2，3，......)位二
进制计数电路的计数输出结果会包括8 = 4XN位二进制数的各种可能情况，一共有28 = 24n(N = 2)种。这种种可能的情况经过指令匹配电路中的24Nf4N(N= 1，2，3，......)位数字比较器，每次都会使得2 个信号输出端之一处于电平有效态。指令匹配电路中的1个
4N(N= 1,2,3,......)位数字比较器(22)的电路如图3所示，其第一级的比较器(221)、
(222)的一组比较信号输入端B3B2B1B0B3B2B1B0的电平需要预先设置。
数据锁存电路由24n/2个D触发器或RS触发器组成，每一个都有一个复位端R或置1端S，各自需要使用一条独立的指令数据线来管理，具有锁存状态的功能，使得其后面所连接的电子开关电路[(001)、……]按照指令工作。但是，在T)(D线发出串行信号以产
生正确的二进制数据指令的过程中，4N(N= 1,2,3,......)位二进制计数电路及其
后接的指令匹配电路0 会产生一些过渡性状态数据，它们会对数据锁存电路以及电子开关电路[(001)、……]产生影响。为此，一般使用三态门类器件来保证适时输出指令数据。图3中，本装置以比较器的一对最高位比较信号输入端来控制输出对于第二级的 (高阶)比较器023)，A3 = VCC=" 1〃 33 = 1^，它的输出信号六=8出现高电平有效
状态的条件是，DRTS= 1,2) 二进制计数电路的4N(N= 1，2，3，......)位输出信号
与指令匹配电路中的某一个4N(N= 1，2，3，......)位数字比较器02)所预置的指令码相符合。
权利要求
1.串行口T)(D线管理核对指令式24n/2组家用电子电器接线座，其特征是，包括 RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、4对传感器接口接线端、RS232 — TTL/CM0S电平转换电路、4N(N= 1，2，3，......)位二进制计数电路、指令匹配电路、数据锁存电路、24n/2组电子开关电路、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，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接口的第一针⑶、第六针DSR、第八针CTS与第九针RI分别连接一个上拉电阻到电源正极，这四针与电源负极分别构成了 4对传感器接口接线端；RS232C接口的第三针T)(D、第四针DTR、第七针RTS分别连接到RS232 — TTL/CM0S电平转换电路的三个信号输入端，相应的电平转换电路的三个信号输出端分别连接到4N(N= 1,2,3,......)位二进制计数电路的时钟信号输入端及其复位端、指令匹配电路的输出使能端；4N(N= 1,2,3，......)位二进制计数电路的4N(N= 1，2，3，......)个信号输出端分别连接到指令匹配电路的4N(N= 1,2,3,......)个比较信号输入端，指令匹配电路的24N个信号输出端A =B分别连接到数据锁存电路的24n/2对置1端S与复位端R ；数据锁存电路的24n/2个输出端 Q各自连接到1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，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T)(D线管理核对指令式24n/2组家用电子电器接线座， 其特征是，所述稳压电源电路由电源变压器、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T)(D线管理核对指令式24n/2组家用电子电器接线座， 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联组成。
4.根据权利要求1所述的串行口T)(D线管理核对指令式24n/2组家用电子电器接线座， 其特征是，所述RS232 — TTL/CM0S电平转换电路分成三路，各路的结构相同，包括一只三极管、一个基极电阻、一个集电极电阻、一只施密特反相器以及工作状态指示灯电路；其中， 基极电阻的一端作为该路电平转换电路的信号输入端，另一端连接到三极管的基极，电源正极与集电极电阻、三极管的集电极、发射极以及电源负极组成串联电路，三极管的集电极还连接到一个施密特反相器的输入端，该施密特反相器的输出端作为该路电平转换电路的信号输出端；工作状态指示灯电路是由电源正极、发光二极管及其限流电阻以及所述施密特反相器的输出端组成的串联电路。
5.根据权利要求1所述的串行口T)(D线管理核对指令式24n/2组家用电子电器接线座， 其特征是，所述24N/2组电子开关电路的结构都相同，每一组包括1路交流电电子开关电路和1路直流继电器电子开关电路。
6.根据权利要求5所述的串行口T)(D线管理核对指令式24N/2组家用电子电器接线座， 其特征是，所述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、发光二极管串联接到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交流电电子开关电路的输出端。
7.根据权利要求5所述的串行口T)(D线管理核对指令式24N/2组家用电子电器接线座， 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于开关电路的输出端。
8.根据权利要求1所述的串行口T)(D线管理核对指令式24n/2组家用电子电器接线座，其特征是，所述4N(N= 1，2，3，......)位二进制计数电路由N块四位二进制计数器级联组成，每块四位二进制计数器有四位计数信号输出端，一共构成4N(N= 1,2,3,......)位计数信号输出端，它们的时钟信号输入端并联，作为本计数电路的时钟信号输入端，它们的复位端并联，作为本计数电路的复位端。
9.根据权利要求1所述的串行口T)(D线管理核对指令式24n/2组家用电子电器接线座，其特征是，所述指令匹配电路由24N个4N(N = 1，2，3，......)位数字比较器组成，每个数字比较器有一个信号输出端A = B，一共构成指令匹配电路的24N个信号输出端A = B，每个数字比较器有4N(N= 1，2，3，......)个比较信号输入端，并联构成指令匹配电路的4N(N =1,2,3,......)个比较信号输入端，它们各有一个输出使能端，并联构成指令匹配电路的输出使能端。
10.根据权利要求1所述的串行口T)(D线管理核对指令式24n/2组家用电子电器接线座，其特征是，所述4N(N= 1，2，3，......)位数字比较器由4位比较器采用两级比较方法以并联方式扩展构成第一级由N块4位比较器组成，它们的一组输入端A3A2A1A0 —共构成本4N(N= 1，2，3，......)位数字比较器的4N(N = 1,2,3,......)个比较信号输入端，它们的另一组输入端B3B2B1B0分别按照预设的指令码由开关设置电平，它们的级联信号输入端A > B与A < B都连接到电源负极，级联信号输入端A = B都连接到电源正极；第二级由Ρ = {/ΛΤΓ(ΛΓ>4) + 1}块4位比较器组成，式中，为取整数函数；第二级的4位 44比较器按照二进制数据的高低位次序排列成P阶，其中，最低阶的4位比较器的级联信号输入端A > B与A < B都连接到电源负极，其级联信号输入端A = B连接到电源正极，低阶的4位比较器的信号输出端A>B、A<B与A = B分别连接到上一阶4位比较器的级联信号输入端4>8、々<8与々=8，一共有4P对比较信号输入端A3A2A1A0与B3B2B1B0，其中，最高阶的4位比较器的信号输入端A3接到电源正极，其信号输入端B3与信号输出端A =B分别构成本4N(N = 1,2,3,......)位数字比较器的输出使能端与信号输出端A = B ；第二级的4位比较器的其余4P-1对信号输入端A3A2A1A0与B3B2B1B0分别成对连接到第一级各块4位比较器的一对信号输出端A > 8与A < B,闲余的各对信号输入端都连接到电源负极。
11.根据权利要求1所述的串行口T)(D线管理核对指令式24n/2组家用电子电器接线座，其特征是，所述数据锁存电路由24n/2个D触发器或RS触发器组成。
全文摘要
串行口TXD线管理核对指令式24N/2组家用电子电器接线座，属于计算机与家用电器的接口装置，通过计算机串行口的输入联络线检测3个数字量输出型传感器的状况以及1个传感器状态的变化，串行口的DTR配合二进制计数器把TXD线送出的串行信号生成指令数据，并与预置的指令码比较，管理24N/2组家用电子与电器；包括RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、4对传感器接口接线端、RS232→TTL/CMOS电平转换电路、4N(N＝1，2，3，......)位二进制计数电路、指令匹配电路、数据锁存电路、24N/2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，由4位比较器以两级比较方法扩展成4N(N＝1，2，3，......)位数字比较器，第二级的最高位输入端A3与B3用作输出控制，由RTS信号管理，24N个数字比较器组成指令匹配电路。用于家用电子电器的自动化。
文档编号H03K19/0175GK102447464SQ20101050314
公开日2012年5月9日 申请日期2010年10月11日 优先权日2010年10月11日
发明者曾山, 曾湘, 曾艺 申请人:重庆工商大学