专利名称：串行口联络线输出数据核对指令式2<sup>8N</sup>/2路家电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“串行口联络线输出 数据管理的家用电子电器自动化接线座”(申请号201020531823. 4)依靠串行口的四根输 入联络线查询外接的4个开关量输出型传感器，通过串行口的两根输出联络线传送二进制 数据指令，而以其发送数据线T)(D控制该数据指令的输出，管理4对家用电子电器的运行。 与本文件同期提交审查的实用新型“串行口联络线输出数据核对指令式家电自动化接线 座”对所输出的二进制数据采取与预置的指令进行比较的技术，扩展可以管理的家用电子 电器到1 对。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种串行口联络线输出数据核对指令式28N/2路家 电自动化接线座，它以计算机为主机，查询外接的3个开关量输出型传感器的状态以及 一个传感器的状态变化，通过串行口的两根输出联络线传送二进制数据指令，以其发送 数据线T)(D控制数据指令的输出，通过与预置的指令数据进行比较，控制28N/2(N = 2，
3,4,......)对家用电子电器的运行；包括RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、
i￡S232 77Z/GMCW电平转换电路、4对传感器接口接线端、SbitXN串入并出移位寄存 器、28N个SbitXN数据比较器电路、28N/2个RS触发器电路、28N/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接口的第五针GND连接到电源负极，其第三针T)(D、
第四针DTR与第七针RTS分别连接到i似232 ο TTLI CMOS电平转换电路的三个RS232C电
平信号输入端之一，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 个SbitXN数据比较器电路的比较结果A = B信号输出允许控制端@、8bitXN串入并出 移位寄存器的串行信号输入端及其时钟信号输入端；Λ 232 77Ζ/〔ΜΟ 电平转换电路的 四个TTL/CM0S电平信号输入端各自连接一个上拉电阻到电源正极，还分别与电源负极构 成了 4对传感器接口接线端，该电平转换电路相应的四个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 ；8bitXN串入并出移位寄
存器的8 X N个信号输出端，例如=Q15Q14......Q2Q1Q0 (N = 2)，与2 个8bit X 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，SbitXN数据比较器电路的2 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28N/2个RS触发器电路的28N/2对置1端S与复位端R ；28N/2个RS触发器电 路的28N/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。8bitXN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。SbitXN数据比较器电路由2 个SbitXN 二进制数据比较器并联组
成，每个SbitXN 二进制数据比较器有两组比较信号输入端，例如=A15A14......A2A1A0和
B15B14......KB1Bc^N= 2)，各个^DitXN 二进制数据比较器的一组比较信号输入端，例如
A15A14......A2A1Atl，分别依序并联，构成所述SbitXN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SbitXN 二进制数据比较器的比较信号输入
端B15B14......B2B1B0分别连接到一个单刀双掷开关的公共端，于是共有8 XNX 2 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SbitXN 二进 制数据比较器还有一个比较结果A = B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，一共构成所述28N个8bit X N数据比较器电路的28N个比较结果 A = B信号输出端，后者低电平有效，各个@并联，构成所述28N个8bit XN数据比较器电路 的比较结果A = B信号输出允许控制端&。SbitXN二进制数据比较器由Sbit 二进制数据比较器组合而成，而Sbit 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的输出正极与输出负极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。似232 O 7TL/CMOS电平转换电路由两块MAX232结合四只电解电容组成。28N/2组电子开关电路包括28N/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。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。[0015]本实用新型构成了计算机与家用电子电器之间的接口，既可以检测3个开关量输 出型传感器的状态以及一个传感器的状态变化，又可以自动化运行65536组电子电器；其 有益之处是，其级联串入并出移位寄存器以扩展指令数据字长，然后用比较器核对指令的 方法是一种扩展被管理的电器数目的方法，该方法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，可用于改 造现有电器，使它们实现自动化、网络化管理。
以下结合附图，进一步说明本实用新型。
图1是本实用新型的电路原理图之传感器接口电路部分，其中，Rsi, Rs2, Rs3, Rm代 表传感器。图2是本实用新型的电路原理图之传输数据指令部分，对应N = 2的情况。图3表示由4bit 二进制数据比较器组成Sbit 二进制数据比较器的电路原理图。图4是一组电子开关电路的原理图。图中，001.-32768.电子开关电路，11.、12.似232 7TL/CMOS电平转换电路，
13. ,14. Sbit串入并出移位寄存器，15. 28N/2个RS触发器电路，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 个SbitXN数据比较器电路，91. -93. 4bit 二进制数据比较
ο
具体实施方式
如图2所示，8bitXN串入并出移位寄存器(N= 2)由N = 2块8bit串入并出移 位寄存器74HC164(14)和(13)级联组成，它俩的数据串入端A与清零端都接电源正极，其
输出信号端Q7......Q0, Q7......Q0依次构成SbitXN串入并出移位寄存器的8XN个输
出信号端Q15Q14......AQ1Qtl,其时钟信号输入端CLK并联，构成SbitXN串入并出移位寄
存器的时钟信号输入端，由串行口的RTS提供，Sbit串入并出移位寄存器(13)的屮连接 到Sbit串入并出移位寄存器(14)的数据串入端B，8bit串入并出移位寄存器(13)的数据 串入端B构成SbitXN串入并出移位寄存器的串行信号输入端。在时钟脉冲信号的上升 沿到来之前，所需的指令数据先由串行口的输出联络线DTR准备好，并传送到74HC164 (13) 的数据串入端B。SbitXN串入并出移位寄存器每次串行输入并行输出SbitXN指令数据
D15D14......D2D1D0 (N = 2)的具体过程是1) DTR = 0，然后，RTS = 0 — 1 — 0，重复至少 8 XN
=16 次，以清零 74HC164(13)、(14)至 Q15Q14......Q2Q1Q0 = 00...... 000 ；2)DTR = Di, i =
15，然后，RTS = 0 — 1 — 0，输出一位；= i-1, DTR = Di,然后，RTS = 0 — 1 — 0 输出 下一位，如此进行，直到i = 0被执行完毕为止。在“串入并行出SbitXN指令数据”的过程中，为了防止SbitXN串入并出移位寄 存器的并行输出中间状态通过SbitXN数据比较器电路(9)施加到28N/2个RS触发 器电路(15)的28N/2对R、S控制端上，因此引起28N/2组电子开关电路(001)-(65536)发生 误动作，为SbitXN数据比较器电路(9)设计了比较结果A = B信号输出允许控制端 @，它由串行口发送数据线T)(D控制，其依据是串行口发送线平时处于高电平，异步串行
6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”。SbitXN数据比较器电路⑶包括2 个SbitXN 二进制数据比较器。图3 表示了由三块4bit 二进制数据比较器(91)、(92)和(9 组合成一个Sbit 二进制数据比 较器的电路。依此类推，可以由8bit 二进制数据比较器组合成8bit XN 二进制数据比较 器。当然，最好采用8bit 二进制数据比较器集成电路来组建8bit XN数据比较器电 路(9)。如图3所示，比较器(92)和(91)的一组数据输入端A3A2A1Ac^A3A2A1Atl依次构成了 该Sbit比较器的一组比较信号输入端A7A6A5A4A3A2A1Atl。比较器(92)和(91)的另一组数据输 入端B3B2B1BqA^2B1Bq依次构成了该8bit比较器的另一组比较信号输入端B7B6B5B4B3B2B1B0, 它们由8个单刀双掷开关来预置指令码。利用比较器(9 的一组数据输入端B3B2B1Btl之最 高位 构成比较结果A = B信号输出允许控制端&，即如果& = 7X￡) = 1，比较器(93)的 信号A = B输出端总是为低电平。因此，图2中的下拉电阻R_，... , R65ra5可以省去。计算机的RS232C接口的传输距离可达15米，其逻辑0对应电平+3V +15V，逻 辑1对应电平-3V (-15) V，而其后续的HCMOS，CMOS电路的工作电压分别为2V 6V和 3V 15V(4500B) 18V(4000B)。因此，如图1所示，采用电平转换接口芯片(11)和(12) 完成Λ5232 ο 77Z/CMOS电平转换任务，常用的MAX232需要配合四节电解电容以实现电 压的加倍与反相，而MAX225，MAX233，MAX235，MAX245, MAX246, MAX247甚至不需要外围器件
就能独立完成电平转换，适合于电路板空间有限的场合。电平转换电 路(11)和(1 也可以采用三极管开关电路配合一组-6V -9V稳压电源与一组6V稳压 电源组成。-6V -9V稳压电源可以方便地由7909之类三端稳压集成电路实现。使用过程中，对传感器不熟悉的人，可以暂时不管它，运行计算机的程序就可以管 理电子或电器的运行。
权利要求1.串行口联络线输出数据核对指令式28N/2路家电自动化接线座，其特征是包括 RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、似232 7TI/CMOS电平转换电路、4对传感器 接口接线端、SbitXN串入并出移位寄存器、SbitXN数据比较器电路、28N/2个RS触 发器电路、28N/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接口的第五针GND连接到电源负极，其第三针T)(D、第四针 DTR与第七针RTS分别连接到鄉232 m/CMOS电平转换电路的三个RS232C电平信号输 入端之一，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SbitXN 数据比较器电路的比较结果A = B信号输出允许控制端@、8bitXN串入并出移位寄存 器的串行信号输入端及其时钟信号输入端；^232 0 771/01/05电平转换电路的四个TTL/ CMOS电平信号输入端各自连接一个上拉电阻到电源正极，还分别与电源负极构成了 4对传 感器接口接线端，该电平转换电路相应的四个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 ；SbitXN串入并出移位寄存器的 8XN个信号输出端与SbitXN数据比较器电路的一组比较信号输入端依序并联，2 个SbitXN数据比较器电路的28N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28N/2个RS触发器电路的28N/2对置1端S与复位端R ；28N/2 个RS触发器电路的28N/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。
2.根据权利要求1所述的串行口联络线输出数据核对指令式28N/2路家电自动化接线 座，其特征是8bitXN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。
3.根据权利要求1所述的串行口联络线输出数据核对指令式28N/2路家电自动化接线 座，其特征是28Nf SbitXN数据比较器电路由SbitXN 二进制数据比较器并联组 成，每个8bit X N 二进制数据比较器有两组比较信号输入端，各个8bit X 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，构成所述SbitXN数据比较器电路的一组比 较信号输入端；每个SbitXN 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8XNX28N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SbitXN 二进制数据比较器还有一个比较结果A = B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，一共构成所 述2 个8bit X N数据比较器电路的2 个比较结果A = B信号输出端，后者低电平有效，各 个&并联，构成所述2 个8bit XN数据比较器电路的比较结果A = B信号输出允许控制 端远。
4.根据权利要求3所述的串行口联络线输出数据核对指令式28N/2路家电自动化接线 座，其特征是8bitXN 二进制数据比较器由Sbit 二进制数据比较器组合而成。
5.根据权利要求1所述的串行口联络线输出数据核对指令式28N/2路家电自动化接线 座，其特征是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7806组成，7806的输出正极与输出负极分别构成了本装置的电源正极与电源负极。
6.根据权利要求1所述的串行口联络线输出数据核对指令式28N/2路家电自动化接线 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连组成。
7.根据权利要求1所述的串行口联络线输出数据核对指令式28N/2路家电自动化接线座，其特征是28N/2组电子开关电路包括28N/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。
8.根据权利要求7所述的串行口联络线输出数据核对指令式28N/2路家电自动化接线 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。
9.根据权利要求7所述的串行口联络线输出数据核对指令式28N/2路家电自动化接线 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、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。
专利摘要串行口联络线输出数据核对指令式28N/2路家电自动化接线座属于计算机与家电的接口装置，以串行口的输出联络线传输指令数据，而以发送数据线控制指令数据的输出，经过与预置的数据码进行比较，管理28N/2组电子电器，还可以检测四个传感器；包括RS232C接口、USB接口、USB转串行口电路、电平转换电路、4对传感器接口接线端、8bit×N串入并出移位寄存器、28N个8bit×N数据比较器电路、28N/2个RS触发器电路、28N/2组电子开关电路以及稳压电源电路；其中，DTR、RTS、TXD分别经过电平转换电路连接到移位寄存器的串行信号输入端及其时钟信号输入端以及数据比较器电路的比较结果A＝B信号输出允许控制端数据比较器电路的输出信号通过RS触发器电路控制电子开关电路。用于改造现有电器，实现自动化、网络化。
文档编号H03K19/0175GK201928258SQ201020696258
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者曾艺 申请人:重庆工商大学