專利名稱：串行口TXD線管理核對指令式2<sup>4N</sup>/2組家用電子電器接線座的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于應用電子技術領域，特別是涉及一種計算機與家用電子電器的接
口裝置。
背景技術：
2010年9月中旬提交國家知識產權局專利局審查的實用新型專利“串行口發送數 據線管理的家用電子電器自動化接線座”以計算機串行口的輸出聯絡線DTR作為十進制計 數器CD4017的復位信號，用十進制計數器把串行口的發送數據線T)(D發送出的串行信號轉 換成正確的并行數據指令，用輸出聯絡線RTS控制該指令數據的輸出，管理4組家用電子或 電器。而最近提交國家知識產權局專利局審查的實用新型專利“串行口 T)(D線管理的24n/2
組家用電子電器自動化接線座”以串行口的DTR線作為4N (N = 1,2,3,......)位二進制
計數器的復位信號，串行口的T)(D線送出的串行信號經過4N(N = 1，2，3，......)位二進制
計數器轉換成正確的4N(N= 1，2，3，......)位二進制數據，再經過4N—24N譯碼電路生成
24N位指令數據，用串行口的RTS線控制該指令數據的輸出，管理24n/2 (N= 1,2,3,......)
組家用電子或電器。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種串行口 T)(D線管理核對指令式24n/2組家用電 子電器接線座，它以計算機為主機，通過串行口的四根輸入聯絡線檢測3個數字量輸出型 傳感器的狀況以及1個傳感器的狀態的變化，通過串行口發送數據線配合二進制計數器產
生4N(N= 1,2,3,......)位二進制數據指令，通過比較器與所預置的指令碼作比較，管理
24n/2組家用電子或電器；包括RS232C接口、USB接口、USB轉串行口電路、4對傳感器接口
接線端、RS232 — TTL/CM0S電平轉換電路、4N(N = 1,2,3,......)位二進制計數電路、指令
匹配電路、數據鎖存電路、24N/2組電子開關電路、穩壓電源電路、防雷擊和浪涌電路以及電 源線及其插頭。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是USB接口連接到USB轉串行口電路的相應的信號輸入端，后者的信號輸出端與 RS232C接口的相應端口線并聯；RS232C接口的第一針⑶、第六針DSR、第八針CTS與第九針 RI分別連接一個上拉電阻到電源正極，這四針與電源負極分別構成了 4對傳感器接口接線 端；RS232C接口的第三針T)(D、第四針DTR、第七針RTS分別連接到RS232 — TTL/CM0S電平 轉換電路的三個信號輸入端，相應的電平轉換電路的三個信號輸出端分別連接到4N(N =
1,2,3,......)位二進制計數電路的時鐘信號輸入端及其復位端、指令匹配電路的輸出使
能端；4N(N= 1,2,3,......)位二進制計數電路的4N(N = 1,2,3,......)個信號輸出端
分別連接到指令匹配電路的4N(N=1，2，3，......)個比較信號輸入端，指令匹配電路的24N
個信號輸出端A = B分別連接到數據鎖存電路的24n/2對置1端S與復位端R ；數據鎖存電 路的24N/2個輸出端Q各自連接到1組電子開關電路的控制信號輸入端；穩壓電源電路的交流輸入端與防雷擊和浪涌電路并聯，通過電源線及其插頭接到市電，電源負極與RS232C接 口的第五針GND相連。所述穩壓電源電路由電源變壓器、二極管橋式整流電路、電容濾波電路以及三端 穩壓集成電路7812組成，7812的兩個輸出端分別構成了本裝置的電源正極與電源負極。所述防雷擊和浪涌電路由一只熔斷器和一個壓敏電阻串連組成。所述RS232 — TTL/CM0S電平轉換電路分成三路，各路的結構相同，包括一只三極 管、一個基極電阻、一個集電極電阻、一只施密特反相器以及工作狀態指示燈電路；其中，基 極電阻的一端作為該路電平轉換電路的信號輸入端，另一端連接到三極管的基極，電源正 極與集電極電阻、三極管的集電極、發射極以及電源負極組成串聯電路，三極管的集電極還 連接到一個施密特反相器的輸入端，該施密特反相器的輸出端作為該路電平轉換電路的信 號輸出端；工作狀態指示燈電路包括一個限流電阻與一個發光二極管，電源正極與發光二 極管及其限流電阻串聯接到施密特反相器的輸出端。所述24n/2組電子開關電路的結構相同，各自包括1路交流電電子開關電路和1 路直流繼電器電子開關電路。所述交流電電子開關電路包括1只NPN三極管、1只PNP三極管、1個基極電阻、 1個基極偏置電阻、1個集電極電阻、1個限流用集電極電阻、一只發光二極管和一塊固態繼 電器；其中，基極電阻的一端接NPN三極管的基極，另一端作為該電子開關電路的控制信號 輸入端，基極偏置電阻并聯在PNP三極管的發射結上，該PNP三極管的發射極接電源正極， 其基極與集電極電阻、發光二極管串聯接到NPN三極管的集電極，NPN三極管的發射極連接 到電源負極，PNP三極管的集電極串聯一個限流用集電極電阻連接到固態繼電器的控制信 號輸入端中的正極，固態繼電器的控制信號輸入端中的負極連接到電源負極；固態繼電器 的兩個輸出端構成該交流電電子開關電路的輸出端。所述直流繼電器電子開關電路包括一只三極管及其基極電阻、一只二極管和一 個直流繼電器；其中，基極電阻的一端接三極管的基極，另一端作為該電子開關電路的控制 信號輸入端，三極管的發射極連接到電源負極，其集電極分別連接到二極管的正極和直流 繼電器的線圈的一端，二極管的負極與直流繼電器的線圈的另一端都連接到電源正極；直 流繼電器的兩對單刀雙擲開關的六個接線端構成了該直流繼電器電子開關電路的輸出端。所述4N(N= 1,2,3,......)位二進制計數電路由N塊四位二進制計數器級聯組
成，每塊四位二進制計數器有四位計數信號輸出端，一共構成4N(N= 1,2,3,......)位計
數信號輸出端，它們的時鐘信號輸入端并聯，作為本計數電路的時鐘信號輸入端，它們的復 位端并聯，作為本計數電路的復位端。所述指令匹配電路由24Nf4N(N= 1,2,3,......)位數字比較器組成，每個數字
比較器有一個信號輸出端A = B，一共構成指令匹配電路的24N個信號輸出端A = B，每個數
字比較器有4N(N= 1，2，3，......)個比較信號輸入端，并聯構成指令匹配電路的4N(N =
1,2,3,......)個比較信號輸入端，它們各有一個輸出使能端，并聯構成指令匹配電路的輸
出使能端。所述4N(N= 1，2，3，......)位數字比較器由4位比較器采用兩級比較方法以并
聯方式擴展構成第一級由N塊4位比較器組成，它們的一組輸入端A3A2A1A0 —共構成本 4N(N= 1,2,3,......)位數字比較器的4N(N= 1，2，3，......)個比較信號輸入端，它們的另一組輸入端B3B2B1B0分別按照預設的指令碼由開關設置電平，它們的級聯信號輸入 端A>B與A<B都連接到電源負極，級聯信號輸入端A = B都連接到電源正極；第二級由
/> = {/^(#>4) + 1}塊4位比較器組成，式中，/^(#>4)為取整數函數，1表示第一級的每一 444
塊4位比較器有兩個比較輸出信號A > B、A < B需要使用第二級的一塊4位比較器兩組4
位比較信號輸入端之一對，1表示還得使用一塊4位比較器的兩組4位比較信號輸入端之
一對作匹配結果的輸出控制第二級的4位比較器按照二進制數據的高低位次序排列成P
階，其中，最低階的4位比較器的級聯信號輸入端A > B與A < B都連接到電源負極，其級
聯信號輸入端A = B連接到電源正極，低階的4位比較器的信號輸出端A>B、A<B與A
=B分別連接到上一階4位比較器的級聯信號輸入端A > B、A < B與A = B，一共有4P對
比較信號輸入端A3A2A1A0與B3B2B1B0，其中，最高階的4位比較器的信號輸入端A3接到電
源正極，其信號輸入端B3與信號輸出端A = B分別構成本4N (N= 1,2,3,......)位數字
比較器的輸出使能端與信號輸出端A = B ；第二級的4位比較器的其余4P-1對信號輸入端
A3A2A1A0與B3B2B1B0分別成對連接到第一級各塊4位比較器的一對信號輸出端A > B與
A < B，閑余的各對信號輸入端都連接到電源負極。所述數據鎖存電路由24n/2個D觸發器或RS觸發器組成。本實用新型構成了計算機與家用電子電器之間的接口，在程序的管理下，從串行 口的串行數據發送端T)(D發送出串行信號，經過多位二進制計數電路生成指令數據，通過 輸出聯絡線DTR控制二進制計數器的復位端，保證了指令數據的正確，而使用輸出聯絡線 RTS確認是否輸出該指令，保證了指令數據的安全，管理24N/2對弱電和強電電子開關電路；
雖然使用4位比較器較多，但是，其優點是把兩個4N(N = 1,2,3,......)位數字比較器、
一個RS觸發器以及一組電子開關電路做成單元，賦予每一臺電子或電器，即賦予每臺電子 或電器兩個指令碼，包括啟動碼和停止碼，不需要單片機技術也可以組網管理大量的電子 電器，再配合數字量輸出型傳感器工作，會使得家用電子電器實現完全意義上的自動化，技 術便利，可供開發家用電器參考。
以下結合附圖，進一步說明本實用新型。
圖1是串行口的傳感器接口電路圖。圖2是RS232 — TTL/CM0S電平轉換電路的原理圖。圖3表示4N(N= 1，2，3，......)位二進制計數電路、指令匹配電路中的1個4N(N
=1,2,3,......)位數字比較器、數據鎖存電路中的1個RS觸發器以及1組電子開關電
路，其中，N = 2。圖4是一組電子開關電路的原理圖。圖中，001. —組電子開關電路，5.穩壓電源電路，51.防雷擊和浪涌電路，6. USB
接口，7. USB轉串行口電路，8. RS232C接口，21.4N(N = 1,2,3,......)位二進制計數電
路(N = 2),211.低四位二進制計數器，212.高四位二進制計數器，22. —個4N(N= 1,2,
3，......)位數字比較器(N = 2)，221.第一級的低四位比較器，222.第一級的高四位比較
器，223.第二級的(高階)四位比較器，23. RS觸發器，31.單刀雙擲直流電磁繼電器，32.固態繼電器SSR。
具體實施方式
計算機的RS232C接口的傳輸距離可達15米，邏輯0對應電平+3V +15V，邏輯 1對應電平-3V (-15) V，通過串行通信控件MSComm32. OCX的下列事件屬性來檢測外部 設備的響應信號l)ComEvCTS :Clear_to_Send 線的狀態發生變化；2)ComEvDSR :Data_Set_ Ready線的狀態從1變到0 ；3) ComEvCD :Carrier_Detect線的狀態發生變化；4) ComEvRing 檢測到振鈴信號，但是，不具備串口通信控件的屬性MSComm32. CTSholding/. DSRholding/. D⑶holding，無法查詢檢測其電平的高低情況，一些UART (非同步接收-傳輸器)可能不支 持此事件。因此，如圖1所示，采用上拉電阻Rl，R2，R3，R4與傳感器Rsl，Rs2，Rs3，Rs4接地的 方式構成了傳感器的串行接口電路，適應的傳感器包括輸出信號為開關量型、+3V +15V 的電平型或脈沖信號型或電阻跳變型的傳感器。家用傳感器的工作電源一般為< 15V的直 流電源，工作在室內，不用考慮在傳感器Rsl，Rs2，Rs3, Rs4與RS232C接口之間安排光電耦 合電路作電氣隔離，降低了成本。但是，在市電的輸入端并聯有防雷擊和浪涌電路(51)。HCM0S，CM0S 電路的工作電壓分別為2V_6V和 3V-15W4500B)-18V(4000B)。因此， 如圖2所示，采用三極管設計了 RS232 — TTL/CM0S電平轉換電路。其中，施密特反相器用 于信號整形。圖3中，4N(N = 2)位二進制計數電路Ql)采用N = 2塊四位可預置二進制計數 器CD4516Q11)、01 級聯組成，可以換用其它類型的二進制計數器。串行口發送線T)(D平時處于高電平。串行通信控件MSComm32. OCX的kttings 屬性決定異步串行通信的信息格式“ (1位低電平的)起始位+傳送的字符+奇偶校驗 位+(1、1. 5 或 2 位高電平的)停止位”。Mia, MSComml. Settings = " 9600，n，8，l"為 其默認參數值，意思是“所使用的通信端口以每秒9600BU的速度傳輸，不做奇偶校驗，每 個數據單元是8個Bit，而停止位是1個Bit”。當程序需要傳輸出一個字符串的時候，使 用控件MSComm32. OCX的Output屬性將字符串寫入輸出寄存器中，例如MSComml. Output =〃 AB⑶E〃，此即將AB⑶E五個字符通過RS232C接口依序傳送出去，每傳送一個字符 其前面疊加有一個低電平的起始標志位。例如傳送字母“B”，其ASCII碼為“42H = 0100 0010B”，串行口線T)(D發出的波形是:ΠΠοο )οοο ) ，會產生3個上升沿正跳變脈沖；而 傳送字母“A” = "4IH = 0100 000IB",串行口線TXD發出的波形是: Π 00 00000Π，只產
生2個上升沿正跳變脈沖。因此，先通過DTR輸出高電平，復位4N(N= 1,2,3,......)
位二 進制計數電路(21) :q7q6. · · qlqO = Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0 = 00000000，然后，設置 DTR = O,使得計數電路的復位控制端處于低電平無效態，再通過T)(D連續傳送出 若干個字母“B”，會導致N = 2塊四位可預置二進制計數器⑶451601)、(22)的輸出端 依次產生下列結果: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)........可見，4N(N= 1,2,3,......)位二
進制計數電路的計數輸出結果會包括8 = 4XN位二進制數的各種可能情況，一共有28 = 24n(N = 2)種。這種種可能的情況經過指令匹配電路中的24Nf4N(N= 1，2，3，......)位數字比較器，每次都會使得2 個信號輸出端之一處于電平有效態。指令匹配電路中的1個
4N(N= 1,2,3,......)位數字比較器(22)的電路如圖3所示，其第一級的比較器(221)、
(222)的一組比較信號輸入端B3B2B1B0 B3B2B1B0的電平需要預先設置。 數據鎖存電路由24n/2個D觸發器或RS觸發器組成，每一個都有一個復位端R或
置1端S，各自需要使用一條獨立的指令數據線來管理，具有鎖存狀態的功能，使得其后面
所連接的電子開關電路[(001).......]按照指令工作。但是，在T)(D線發出串行信號以產
生正確的二進制數據指令的過程中，4N(N= 1,2,3,......)位二進制計數電路及其
后接的指令匹配電路0 會產生一些過渡性狀態數據，它們會對數據鎖存電路以及
電子開關電路[(001).......]產生影響。為此，一般使用三態門類器件來保證適時輸出指
令數據。圖3中，本裝置以比較器的一對最高位比較信號輸入端來控制輸出對于第二級的 (高階)比較器023)，A3 = VCC=" 1〃 33 = 1^，它的輸出信號六=8出現高電平有效
狀態的條件是，DRTS= 1，2) 二進制計數電路的4N(N= 1，2，3，......)位輸出信號
與指令匹配電路中的某一個4N(N= 1，2，3，......)位數字比較器02)所預置的指令碼相符合。
權利要求1.串行口T)(D線管理核對指令式24n/2組家用電子電器接線座，其特征是，包括 RS232C接口、USB接口、USB轉串行口電路、4對傳感器接口接線端、RS232 — TTL/CM0S電平轉換電路、4N(N= 1，2，3，......)位二進制計數電路、指令匹配電路、數據鎖存電路、24n/2組電子開關電路、穩壓電源電路、防雷擊和浪涌電路以及電源線及其插頭；其中，USB接口 連接到USB轉串行口電路的相應的信號輸入端，后者的信號輸出端與RS232C接口的相應端 口線并聯；RS232C接口的第一針⑶、第六針DSR、第八針CTS與第九針RI分別連接一個上 拉電阻到電源正極，這四針與電源負極分別構成了 4對傳感器接口接線端；RS232C接口的 第三針T)(D、第四針DTR、第七針RTS分別連接到RS232 — TTL/CM0S電平轉換電路的三個信號輸入端，相應的電平轉換電路的三個信號輸出端分別連接到4N(N= 1,2,3,......)位二進制計數電路的時鐘信號輸入端及其復位端、指令匹配電路的輸出使能端；4N(N= 1,2,3，......)位二進制計數電路的4N(N= 1，2，3，......)個信號輸出端分別連接到指令匹配電路的4N(N= 1,2,3,......)個比較信號輸入端，指令匹配電路的24N個信號輸出端A =B分別連接到數據鎖存電路的24n/2對置1端S與復位端R ；數據鎖存電路的24n/2個輸出端 Q各自連接到1組電子開關電路的控制信號輸入端；穩壓電源電路的交流輸入端與防雷擊 和浪涌電路并聯，通過電源線及其插頭接到市電，電源負極與RS232C接口的第五針GND相 連。
2.根據權利要求1所述的串行口T)(D線管理核對指令式24n/2組家用電子電器接線座， 其特征是，所述穩壓電源電路由電源變壓器、橋式整流電路、電容濾波電路以及三端穩壓集 成電路組成，三端穩壓集成電路的兩個輸出端分別構成了本裝置的電源正極與電源負極。
3.根據權利要求1所述的串行口T)(D線管理核對指令式24n/2組家用電子電器接線座， 其特征是，所述防雷擊和浪涌電路由一只熔斷器和一個壓敏電阻串聯組成。
4.根據權利要求1所述的串行口T)(D線管理核對指令式24n/2組家用電子電器接線座， 其特征是，所述RS232 — TTL/CM0S電平轉換電路分成三路，各路的結構相同，包括一只三 極管、一個基極電阻、一個集電極電阻、一只施密特反相器以及工作狀態指示燈電路；其中， 基極電阻的一端作為該路電平轉換電路的信號輸入端，另一端連接到三極管的基極，電源 正極與集電極電阻、三極管的集電極、發射極以及電源負極組成串聯電路，三極管的集電極 還連接到一個施密特反相器的輸入端，該施密特反相器的輸出端作為該路電平轉換電路的 信號輸出端；工作狀態指示燈電路是由電源正極、發光二極管及其限流電阻以及所述施密 特反相器的輸出端組成的串聯電路。
5.根據權利要求1所述的串行口T)(D線管理核對指令式24n/2組家用電子電器接線座， 其特征是，所述24N/2組電子開關電路的結構都相同，每一組包括1路交流電電子開關電路 和1路直流繼電器電子開關電路。
6.根據權利要求5所述的串行口T)(D線管理核對指令式24N/2組家用電子電器接線座， 其特征是，所述交流電電子開關電路包括1只NPN三極管、1只PNP三極管、1個基極電阻、 1個基極偏置電阻、1個集電極電阻、1個限流用集電極電阻、一只發光二極管和一塊固態繼 電器；其中，基極電阻的一端接NPN三極管的基極，另一端作為該電子開關電路的控制信號 輸入端，基極偏置電阻并聯在PNP三極管的發射結上，該PNP三極管的發射極接電源正極， 其基極與集電極電阻、發光二極管串聯接到NPN三極管的集電極，NPN三極管的發射極連接 到電源負極，PNP三極管的集電極串聯一個限流用集電極電阻連接到固態繼電器的控制信號輸入端中的正極，固態繼電器的控制信號輸入端中的負極連接到電源負極；固態繼電器 的兩個輸出端構成該交流電電子開關電路的輸出端。
7.根據權利要求5所述的串行口T)(D線管理核對指令式24N/2組家用電子電器接線座， 其特征是，所述直流繼電器電子開關電路包括一只三極管及其基極電阻、一只二極管和一 個直流繼電器；其中，基極電阻的一端接三極管的基極，另一端作為該電子開關電路的控制 信號輸入端，三極管的發射極連接到電源負極，其集電極分別連接到二極管的正極和直流 繼電器的線圈的一端，二極管的負極與直流繼電器的線圈的另一端都連接到電源正極；直 流繼電器的兩對單刀雙擲開關的六個接線端構成了該直流繼電器電子開關電路的輸出端。
8.根據權利要求1所述的串行口T)(D線管理核對指令式24n/2組家用電子電器接線座，其特征是，所述4N(N= 1，2，3，......)位二進制計數電路由N塊四位二進制計數器級聯組成，每塊四位二進制計數器有四位計數信號輸出端，一共構成4N(N= 1,2,3,......)位計數信號輸出端，它們的時鐘信號輸入端并聯，作為本計數電路的時鐘信號輸入端，它們的復 位端并聯，作為本計數電路的復位端。
9.根據權利要求1所述的串行口T)(D線管理核對指令式24n/2組家用電子電器接線座，其特征是，所述指令匹配電路由24N個4N(N = 1，2，3，......)位數字比較器組成，每個數字比較器有一個信號輸出端A = B，一共構成指令匹配電路的24N個信號輸出端A = B，每個數字比較器有4N(N= 1，2，3，......)個比較信號輸入端，并聯構成指令匹配電路的4N(N =1,2,3,......)個比較信號輸入端，它們各有一個輸出使能端，并聯構成指令匹配電路的輸出使能端。
10.根據權利要求1所述的串行口T)(D線管理核對指令式24n/2組家用電子電器接線座，其特征是，所述4N(N= 1，2，3，......)位數字比較器由4位比較器采用兩級比較方法以并聯方式擴展構成第一級由N塊4位比較器組成，它們的一組輸入端A3A2A1A0 —共構成本4N(N= 1，2，3，......)位數字比較器的4N(N = 1,2,3,......)個比較信號輸入端，它們的另一組輸入端B3B2B1B0分別按照預設的指令碼由開關設置電平，它們的級聯信號 輸入端A > B與A < B都連接到電源負極，級聯信號輸入端A = B都連接到電源正極；第二級由ρ = {/at(TV>4) + I}塊4位比較器組成，式中，為取整數函數；第二級的4位 44比較器按照二進制數據的高低位次序排列成P階，其中，最低階的4位比較器的級聯信號輸入端A > B與A < B都連接到電源負極，其級聯信號輸入端A = B連接到電源正極，低階的4位比較器的信號輸出端A>B、A<B與A = B分別連接到上一階4位比較器的級聯信號輸入端4>8、々<8與々=8，一共有4P對比較信號輸入端A3A2A1A0與B3B2B1B0，其中，最高階的4位比較器的信號輸入端A3接到電源正極，其信號輸入端B3與信號輸出端A =B分別構成本4N(N = 1,2,3,......)位數字比較器的輸出使能端與信號輸出端A = B;第二級的4位比較器的其余4P-1對信號輸入端A3A2A1A0與B3B2B1B0分別成對連接到第一級各塊4位比較器的一對信號輸出端A > B與A < B，閑余的各對信號輸入端都連接到電源負極。
11.根據權利要求1所述的串行口T)(D線管理核對指令式24n/2組家用電子電器接線 座，其特征是，所述數據鎖存電路由24n/2個D觸發器或RS觸發器組成。
專利摘要串行口TXD線管理核對指令式24N/2組家用電子電器接線座，屬于計算機與家用電器的接口裝置，通過計算機串行口的輸入聯絡線檢測3個數字量輸出型傳感器的狀況以及1個傳感器狀態的變化，串行口的DTR配合二進制計數器把TXD線送出的串行信號生成指令數據，并與預置的指令碼比較，管理24N/2組家用電子與電器；包括RS232C接口、USB接口、USB轉串行口電路、4對傳感器接口接線端、RS232→TTL/CMOS電平轉換電路、4N(N＝1，2，3，......)位二進制計數電路、指令匹配電路、數據鎖存電路、24N/2組電子開關電路、穩壓電源電路以及防雷擊和浪涌電路。其中，由4位比較器以兩級比較方法擴展成4N(N＝1，2，3，......)位數字比較器，第二級的最高位輸入端A3與B3用作輸出控制，由RTS信號管理，24N個數字比較器組成指令匹配電路。用于家用電子電器的自動化。
文檔編號H03K19/0175GK201898499SQ201020556758
公開日2011年7月13日 申請日期2010年10月11日 優先權日2010年10月11日
發明者曾山, 曾湘, 曾藝 申請人:重慶工商大學