专利名称：串行口发送数据线管理的家用电子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，特别是涉及一种计算机与家用电子电器的接
口装置。
背景技术：
最近准备提交国家知识产权局专利局审查的实用新型专利“可以计算机管理的家 用电子电器自动化接线座”分析了目前国内市场上实现家用电子和电器自动化运行的产品 与技术的状况，它与最近提交审查的实用新型“串行口联络线译码型管理的家用电子电器 自动化接线座”和“串行口联络线供电管理的家用电器自动化接线座”都以计算机为主机， 通过其RS232C接口的四根输入联络线，配合4个开关量输出型传感器，自动检测外部环境 的相应状况，通过其RS232C接口的两根输出联络线，分别运行两对、三对和不多于二个的 家用电子或电器；前面的两个还可以独立地配合开关量输出型传感器控制家电运行，或当 作普通的电源插座使用，而第三个的电源取自计算机的串行口的输出联络线，不需要配置 稳压电源电路。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一款串行口发送数据线管理的家用电子电器自动化 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个开关量输出型传感器 的状况以及1个传感器的状态的变化，运行4组家用电子或电器；包括9针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、串 口输出数据转并行数据电路、数据输出使能电路、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分别连接到各自的RS232 — TTL/ CMOS电平转换电路的信号输入端，然后，该电平转换电路相应的信号输出端再分别连接到 串口输出数据转并行数据电路的时钟信号输入端与清零端、数据输出使能电路的输出使能 端；串口输出数据转并行数据电路由十进制约氏计数器CD4017组成，其时钟使能端接地， 处于有效状态；数据输出使能电路由74HC373组成，其锁存许可端接电源正极，处于有效状 态；数据锁存电路由4个D触发器组成，它们的时钟信号输入端与D端都接到电源的负极； ⑶4017的十个计数输出端中的8个分别连接到74HC373的8个数据输入端，74HC373的8个 数据输出端分别连接一个下拉电阻到电源负极，这8个数据输出端还分别连接到4个D触 发器的置1端S与复位端R ;4个D触发器的输出端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，稳压电源电路的输出负极与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 连接到施密特反相器的输入端，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，从电源正极、限流电阻、发 光二极管的正极到其负极串联接到施密特反相器的输出端。所述4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。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，另一端作为该电子汗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交流电 电子开关电路的输出端。所述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、一只发光二 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，其集电极连接到发光二极管的负 极，发光二极管的正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。本实用新型构成了计算机与家用电子电器之间的接口，在计算机软件的管理下， 配合多类传感器工作，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，有利于检测和自动运行所连接的家用电子或家用电器，并且，传感器与 家电的组合适应于多种场合；其优点是在串行口的输出联络线DTR配合下，利用计算机串 行口的串行数据发送端T)(D发送出正确的二进制数据，使用串行口的输出联络线RTS作为 输出数据的控制线，管理4组电子开关电路。
以下结合附图，进一步说明本实用新型。
图1是传感器接口电路与稳压电源电路的原理方框图。图2是RS232 — TTL/CM0S电平转换电路的原理图。图3是串口输出数据转并行数据电路、数据输出使能电路、数据锁存电路的原理图。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，21.串口输出数据转并行数据电路，22.数据输出使能 电路，23.-26.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。
具体实施方式
计算机的RS232C接口的传输距离可达15米，传输速率可达19200baud，逻辑0对 应电平+3V +15V，逻辑1对应电平-3V (_15)V。因此，如图1所示，采用上拉电阻R1， R2，R3，R4与传感器RS1，RS2，RS3，RS4接地的方式构成了传感器的接口电路，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，适应多类传感器工 作，包括输出信号为开关型、+3V +15V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。一般情况下，家用传感器的工作电源为< 15V的直流电源，工作在室内，所以，图1 没有考虑在传感器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，为了防范雷击或浪涌电流的破坏，在市电的输入端并联有防雷击和浪涌 电路(51)。其中，估算压敏电阻的压敏电压的方法是VlmA = 1. 5VP = 1. 5X220V = 476V, VlmA = 2. 2VAC = 2. 2X220V = 484V，所以，压敏电阻的击穿电压选470-480V，其通流容量 选2-20KA。熔断器的规格视电子开关电路(1)-(4)中所采用的固态继电器SSR(32)(参见 图4)的额定工作电流之和确定。例如，北京科通电子继电器总厂生产的JGX-10F固态继电器的输入控制电压是 DC3. 2 14V，输入电流的典型值是5 20mA(VDC = 5V)，而其额定输出电压是AC25 250V，额定输出电流为10A，足以驱动1匹的空调。计算机的RS232C接口的逻辑0对应电平+3V +15V，逻辑1对应电平-3V (-15) V，而其后续的HCM0S，CMOS电路的工作电压分别为2V-6V和3V-15V 05OOB)-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。例如，RTS当为 “1”的时候，三极管T3的发射结处于严重的反向偏置电压状态，不导通，其集电极接近电源 电压VCC = 6V，经过施密特反相器反相以后变成了 TTL/CM0S低电平“0”，而当RTS当为“0”的时候，其电压+3V +15V足以导通三极管T3，其集电极接近电源负极电平，经过施密特 反相器反相以后变成了 TTL/CM0S高电平“1”，实现了 RS232 — TTL/CM0S电平转换。图2 所示工作状态箱示灯电路中发光二极管是在施密特反相器的输出为高电平的时候发光，可 行。但考虑到CMOS反相器灌电流驱动能力远大于其高电平输出电流驱动能力，接法最好是 在反相器输出为低电平的时候发光二极管正向导通发光。图3是串口输出数据转并行数据电路(21)、数据输出使能电路(22)、数据锁存电 路(23), (24), (25)和(26)的电路原理图。串口输出数据转并行数据电路由十进制约氏计数器CD4017组成，其时钟使 能端接地，处于有效状态，其时钟脉冲信号输入端是正跳边有效。如果RS232C接口的输出 口线DTR = “1”，经过RS232 — TTL/CM0S电平转换电路以后变成TTL/CM0S高电平“1”，使 得⑶4017复位Q0 = 1，Q1 Q9 = 0。然后，控制串口数据发送口线T)(D可以使得⑶4017 的输出端出现所需要的状态Q0Q1 Q9之一为高电平。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”，这通过修改串行通 信控件MSComm32. OCX的Settings属性即可以做到。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=MSCommLkttings =〃 9600，n，8，l〃。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 AB⑶E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 = 01000010B”，因此， 每次传送，串行口线Τ )发出的波形是 ηοο οοοο οΓ,会产生3个上升沿正跳变脉冲； 而传送字母“A” = "4IH = 01000001Β”，串行口线T)(D发出的波形是 Π ΟΟ ΟΟΟΟΟ Γ ,K 产生2个上升沿正跳变脉冲。如此，先设置⑶4017的输出端为清零状态Q0Q1 Q9 = 10 0，再连续传送若干个字母“B”，会使得⑶4017的输出端依次产生高电平，其情况是 Ql — Q2 — Q3、Q4 — Q5 — Q6、Q7 — Q8 — Q9、Q0 — Ql — Q2、Q3 — Q4 — Q5、Q6 — Q7 — Q8、 Q9 — QO — Ql, Q2 — Q3 — Q4、Q5 — Q6 — Q7 与 Q8 — Q9 — Q0，可以实现“使 CD4017 的指 定的输出端QOQl Q9之一出现高电平”的要求。数据输出使能电路02) 74HC373其锁存许可端接电源正极，处于有效状态，随时 寄存了上述过程中的数据，但是，只有当“CD4017的指定的输出端QOQl Q9之一出现所需 要的高电平”的时候，才能够让串行口输出联络线RTS变成低电平有效，经过RS232 — TTL/
CMOS电平转换电路以后使得74HC373的输出使能端&有效，把其最后所寄存的有效的控
制数据输出给后面的数据锁存电路的相应的控制端。数据锁存电路 的8个控制端每一次只有一个处于高电平有效状态，或者是置1端或者是清零端有效，保证 了后面的4组电子开关电路(1)-(4)的正确的启动或停止。74HC373的输出使能端&无效的时候，其8个输出端呈现高阻状态，但是，数据 锁存电路的RS控制端各自接有一个下拉电阻到电源负极，使得各个RS控制端 都处于低电平的无效状态，数据锁存电路因此保持原来的状态不变。[0037]数据输出使能电路02)也可以采用三态缓冲驱动器例如74HCM4。数据锁存电路 (23) - (26)可以由4个D触发器组成，也可以换用RS触发器。使用过程中，本实用新型的一端通过电缆接计算机的USB或RS232C接口，另一端 通过电源线插入市电插座，像平时家里使用电源接线板一样把电器插入相应的插座，而4 对传感器则通过接线柱来连接。对传感器不熟悉的人，可以暂时不管它，运行计算机程序就可以管理电子或电器 的运行。
权利要求1.串行口发送数据线管理的家用电子电器自动化接线座，其特征是，包括9针RS232C 接口、USB接口、USB转串行口电路、4对传感器接口接线端、RS232 — TTL/CM0S电平转换 电路、串口输出数据转并行数据电路、数据输出使能电路、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分别连接到各自的RS232 — TTL/CM0S电平转换电路的信号输入端， 然后，该电平转换电路相应的信号输出端再分别连接到串口输出数据转并行数据电路的时 钟信号输入端与清零端、数据输出使能电路的输出使能端；串口输出数据转并行数据电路 由十进制约氏计数器⑶4017组成，其时钟使能端接地；数据输出使能电路由74HC373组成， 其锁存许可端接电源正极；数据锁存电路由4个D触发器组成，它们的时钟信号输入端与D 端都接到电源的负极；CD4017的十个计数输出端中的8个分别连接到74HC373的8个数据 输入端，74HC373的8个数据输出端分别连接一个下拉电阻到电源负极，这8个数据输出端 还分别连接到4个D触发器的置1端S与复位端R ;4个D触发器的输出端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，稳压电源电路的输出负极与RS232C接口的第五针 GND相连。
2.根据权利要求1所述的串行口发送数据线管理的家用电子电器自动化接线座，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所述的串行口联络线译码型管理的家用电子电器自动化接线座，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所述的串行口发送数据线管理的家用电子电器自动化接线座，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 连接到施密特反相器的输入端，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，从电源正极、限流电阻、发 光二极管的正极到其负极串联接到施密特反相器的输出端。
5.根据权利要求1所述的串行口发送数据线管理的家用电子电器自动化接线座，其特 征是，所述4组电子开关电路的结构相同，各自包括1路交流电电子开关电路和1路弱电 电子开关电路。
6.根据权利要求5所述的串行口发送数据线管理的家用电子电器自动化接线座，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所述的串行口发送数据线管理的家用电子电器自动化接线座，其特 征是，所述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、一只发光二极 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，其集电极连接到发光二极管的负极， 发光二极管的正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。
专利摘要串行口发送数据线管理的家用电子电器自动化接线座，属于计算机与家电的接口装置，以计算机为主机，检测4个开关量输出型传感器的状况，自动运行4对家用电子或电器；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/CMOS电平转换电路、串口输出数据转并行数据电路CD4017、数据输出使能电路74HC373、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。其中，串口的CD、DSR、CTS与RI分别通过一个上拉电阻与电源负极构成4对传感器接口接线端，TXD、DTR、RTS分别经过电平转换电路连接到CD4017的时钟信号输入端与清零端、74HC373的输出使能端，在DTR、RTS管理下，TXD发出指令数据，操作数据锁存电路及后接电子开关电路，自动化运行4组家用电子或电器。
文档编号H03K19/0175GK201928255SQ201020531810
公开日2011年8月10日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者曾湘, 曾艺 申请人:重庆工商大学