專利名稱：無需內(nèi)置微處理器的總線集控式節(jié)點裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種總線通信方式的智能節(jié)點的控制平臺，特別是指一種無需內(nèi)置嵌入式MCU 微處理器的智能節(jié)點的集控裝置。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用于酒店客房、數(shù)字會議、智能家居等領(lǐng)域的總線集控式控制裝置，尤其對位于 智能控制末端的節(jié)點裝置，通常采用內(nèi)置MCU微處理器的技術(shù)方案，其一端與上位機通過總 線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，而另一端則連接不同功能的執(zhí)行裝置，這類技術(shù)方案擁有遠(yuǎn)程控制， 系統(tǒng)組建靈活，負(fù)載方式多樣等諸多優(yōu)點，與上述技術(shù)特征相關(guān)的專利文獻(xiàn)有1. 浙江大學(xué)的家用電器電腦集控器(中國專利授權(quán)公告號CN2218379Y，授權(quán)公告日為 1996年1月24日)；2. 聯(lián)想集團的節(jié)點裝置及其實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)中控制子網(wǎng)設(shè)備間互通的方法(中國專利公開 號CN1466328A，
公開日為2004年1月7日)。然而，上述技術(shù)方案也同樣暴露出一些顯而易見的不足，如采用內(nèi)置MCU的方案，必然 導(dǎo)致軟/硬件的成本上升，外圍器件復(fù)雜，體積開銷增大，而且也帶來了先天缺陷，即內(nèi)置的 MCU微處理器容易遭受干擾并造成運行程序的飛溢，導(dǎo)致系統(tǒng)處于失控狀態(tài)，即所謂的"死 機"現(xiàn)象。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，對現(xiàn)有的內(nèi)置MCU微處理器的傳統(tǒng)總線集控式節(jié)點裝置，在保留其 現(xiàn)有優(yōu)點的基礎(chǔ)上，針對其固有缺陷，提供一種系統(tǒng)復(fù)雜度更簡單、系統(tǒng)價格更低廉、系統(tǒng) 可靠性更高的且無需MCU微處理器的智能節(jié)點裝置。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案-無需內(nèi)置微處理器的總線集控式節(jié)點裝置包括至少一個用于作地址選通的地址設(shè)定單元10，通過地址接口線101用于引入外部地 址器件的選通輸入，并通過內(nèi)部電氣連接線302向控制邏輯單元30提供工作地址的設(shè)置； 包括一個產(chǎn)生內(nèi)部時序的工作時鐘單元50;通過時鐘接口線501用于引入外部時鐘器件的時鐘輸入，或/和采用內(nèi)置時鐘模塊，通過內(nèi)部電氣連接線304向控制邏輯單元30提供時 鐘序列；包括至少一個通過有線201連接與上位機或控制器作通信的用戶通信接口單元20，它負(fù) 責(zé)引入通信數(shù)據(jù)幀序列，并通過內(nèi)部線路301向控制邏輯單元30傳送；包括至少一個將來自上位機或控制器的用戶的通信數(shù)據(jù)幀序列，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)驅(qū)動命令的 控制邏輯單元30;至少一個通過內(nèi)部傳輸線303與所述的至少一個控制邏輯單元30、并對外作激勵驅(qū)動或/ 和對內(nèi)作采集輸入數(shù)據(jù)的輸入/輸出接口單元40，傳送控制命令；其特點是所述的至少一個用于作地址選擇的地址設(shè)定單元10、至少一個用以產(chǎn)生內(nèi)部時序的工作時鐘單元50、至少一個用于外部通信的用戶通信接口單元20、至少一個控制邏輯 單元30以及至少一個輸入/輸出接口單元40，是集成于一體且不包括內(nèi)置或外置標(biāo)準(zhǔn)微處理 器的芯片結(jié)構(gòu)。所述的至少一個用于作地址選擇的地址設(shè)定單元10，其地址設(shè)置的方式，通過外部物理 地址的設(shè)置，即通過外部特定地址設(shè)置的芯片管腳，如上拉高電位、下拉低電位或浮空的方 式以及其中幾種的若干組合，用以最終確定本節(jié)點裝置的工作地址。所述的至少一個用于作地址選擇的地址設(shè)定單元10，其地址設(shè)置的方式，還可采用總線 的方式，即對所述的至少一個地址設(shè)定單元10內(nèi)部的地址識別部件，作地址數(shù)據(jù)的編程，改 寫、存儲的操作而得該節(jié)點的工作地址。所述的至少一個用以與外部通信和產(chǎn)生內(nèi)部時序的工作時鐘單元50;具有內(nèi)置時鐘電路 或/和用以引自外部時鐘電路的物理接口。所述的至少一個用戶通信接口單元20是采用任一種符合總線通信規(guī)約的二線制或/和三 線制方式組成的物理接口方式。所述的至少一個用戶通信接口單元20是采用雙向或/和單向通信的工作模式。所述的至少一個控制邏輯單元30，把來自所述的至少一個用戶通信接口單元20的任一種 總線規(guī)約，對其中的地址信息、控制數(shù)據(jù)按規(guī)約的指定格式，進(jìn)行轉(zhuǎn)換和譯碼操作，并通過 所述的至少一個輸入/輸出接口單元40，作相適應(yīng)的輸入/輸出控制，如對執(zhí)行負(fù)載進(jìn)行通/ 斷式輸出、或/和進(jìn)行脈寬調(diào)制PWM輸出、或/和進(jìn)行紅外/射頻接口的基帶編碼數(shù)據(jù)輸出。所述的至少一個用以接收控制邏輯單元30發(fā)出的控制命令的輸入/輸出接口單元40;具 有直接兼容TTL或/和CMOS電平的負(fù)載能力。所述的至少一個輸入/輸出接口單元40，依照來自所述的至少一個用戶通信接口單元20的命令要求，在所述的控制邏輯單元30的控制下，對相應(yīng)的外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、輸入和 緩存。所述的至少一個控制邏輯單元30，內(nèi)部具有存儲功能的多個寄存器或/和存儲器。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的特點和顯著功效-1. 系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本均得到顯著的改善，既簡化了對器件性能和數(shù)量的要求，又降低 了器件成本，同時還減小了系統(tǒng)組成的體積，從而提高了性能/價格比。2. 具有依據(jù)實際需求，能夠輕易地實現(xiàn)各種功能的模塊組合，便于快速組建系統(tǒng)和實現(xiàn) 單一、群組或點對多點的遠(yuǎn)程通信。3. 與帶有MCU智能節(jié)點裝置的傳統(tǒng)方案相比，完全杜絕了其因程序飛溢而導(dǎo)致系統(tǒng)死機 的固有缺陷，從而極大地提高了系統(tǒng)的可靠性并改善了系統(tǒng)的電磁兼容性。


附圖1為傳統(tǒng)的帶內(nèi)部MCU的總線集控式節(jié)點裝置的原理框圖。 附圖2為本發(fā)明的原理框圖。
具體實施方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例結(jié)合附圖詳述如下-附圖l，是現(xiàn)有技術(shù)所提供的節(jié)點控制方案，即采用MCU為主控制器的節(jié)點方案。附圖2，是本發(fā)明一個優(yōu)選實施例，本發(fā)明由地址設(shè)定單元IO，用戶通信接口單元20， 控制邏輯單元30，輸入/輸出接口單元40，以及工作時鐘單元50所組成，特別是上述的組成， 均集成在一片芯片結(jié)構(gòu)內(nèi)，而且不包括任何類似微處理器功能的芯片。在本實施例中，假設(shè)以酒店客房的電氣集控裝置為例，它通常需要提供3-4路的輸入信 號，如插卡取電、緊急廣播、叫醒服務(wù)等，同時還需提供大約10路的輸出信號，如用于提供 多路照明、窗簾、電視機、空調(diào)風(fēng)量、吸塵器、安全插座等的供電控制。在本實施例中，集控裝置的執(zhí)行裝置，即本發(fā)明所述的總線集控式節(jié)點裝置，通常被安裝 在客房的配電箱內(nèi)，它與外界的控制聯(lián)絡(luò)，通過有線方式，與置于配電箱外部一一如在床頭 柜上方或書桌臺上的集控主機(未畫出)作電氣連接；而它與外界的執(zhí)行驅(qū)動部件或輸入部 件的聯(lián)系，則是通過連接至配電箱內(nèi)的強電或弱電線，與相應(yīng)的外部執(zhí)行部件作電氣連接。集控主機通常是具備多個按鍵的控制裝置，在本發(fā)明實施例中，集控主機將通過總線的 方式，與集控裝置的執(zhí)行裝置，即本發(fā)明所述的無需內(nèi)置微處理器的總線集控式節(jié)點裝置并經(jīng)外部總線201連接，集控主機面板上的每個按鍵，都具有特定的控制功能，在本實施例中， 假設(shè)按下集控主機面板上的某一個鍵，如Kl鍵，則Kl鍵所對應(yīng)的控制數(shù)據(jù)信息，通過總線 201，傳給了本發(fā)明所述的總線集控式節(jié)點裝置的用戶通信接口20，只要集控主機所需尋址的 目標(biāo)節(jié)點與連接在總線上的節(jié)點裝置預(yù)先設(shè)置的地址相同，則該節(jié)點裝置將把集控主機的控 制命令幀序列，接收并經(jīng)內(nèi)部線路301，存入控制邏輯單元30的內(nèi)部緩沖存儲器和相應(yīng)的各 寄存器內(nèi)，此時，控制邏輯單元30則按照事先預(yù)定的某一種總線規(guī)約，對其中的地址信息、 控制數(shù)據(jù)按規(guī)約的指定格式，進(jìn)行轉(zhuǎn)換和譯碼操作，并通過內(nèi)部線路301向輸入/輸出接口單 元40，作相適應(yīng)的輸出驅(qū)動，如對應(yīng)K1鍵的執(zhí)行動作，通過輸入/輸出接口單元40的通用輸 出端口，作外部繼電器的控制驅(qū)動，以打開房間照明；如對應(yīng)K2鍵，若持續(xù)按著不放，通過 輸入/輸出接口單元40的PWM輸出端口，將作外部調(diào)光器的控制驅(qū)動，如床頭燈，作由明到 暗或由暗到明的調(diào)光控制，直至K2按鍵釋放?？刂七壿媶卧?0負(fù)責(zé)在電源啟動后的初始設(shè)置、數(shù)據(jù)流和控制指令的傳送，在進(jìn)行程序 編制了特定的地址命令后，只有通過該地址濾波協(xié)議后的用戶數(shù)據(jù)幀，方能夠輸入至內(nèi)部緩 沖存儲器；當(dāng)然也可以通過設(shè)置外部地址，如物理地址的方式，選擇地址；若要選擇通用輸 入輸出GPIO的操作，應(yīng)先設(shè)置相應(yīng)的內(nèi)部寄存器，確定傳送頻率和倍乘器，以選擇相應(yīng)的GOIO， 然后啟動傳送操作。如對應(yīng)K3鍵，通過輸入/輸出接口單元40的另一路P觀輸出端口，產(chǎn)生一組事先預(yù)編程 的紅外線基帶編碼，經(jīng)外部紅外線發(fā)射器件(未畫出)的輸出，如執(zhí)行電視遙控的某一操作， 如電視機的工作電源被接通，處于可收看狀態(tài)。上述描述均以執(zhí)行輸出驅(qū)動為例，而在本實施例中，同樣可以執(zhí)行輸入控制如通過輸 入/輸出接口單元40， 一旦接收到外部輸入信號，如經(jīng)輸入/輸出接口單元40的某一路通用輸 入口，接收到"緊急廣播"信號時，此時，該信號經(jīng)內(nèi)部線路303，存入控制邏輯單元30內(nèi) 部的寄存器，并以最高優(yōu)先權(quán)的形式，通過內(nèi)部線路301向用戶通信接口單元20，立即進(jìn)行 發(fā)送操作，該發(fā)送命令，經(jīng)由雙絞線組成的總線201，向上位機一即集控主機傳遞"緊急廣 播"信號，集控主機則立即經(jīng)過總線201，并經(jīng)本發(fā)明的用戶通信接口單元20，向控制邏輯 單元30，下達(dá)接通"報警音響"的執(zhí)行命令此時控制邏輯單元30向輸入/輸出接口單元40， 發(fā)出立即關(guān)閉音響通道并接通具有最高優(yōu)先權(quán)的"音響報警"通道的命令，經(jīng)過輸入/輸出接 口單元40中的某輸出接口的切換動作，將外部繼電器切換至"音響報警"狀態(tài)，此時，酒店 安全部門將向客房持續(xù)傳送緊急報警的廣播內(nèi)容。只要是兼容TTL或CMOS的外部負(fù)載，都可 以直接與輸入/輸出接口單元40連接，當(dāng)然，為改善本發(fā)明的智能節(jié)點與外部負(fù)載的隔離性能，防止意外干擾和不當(dāng)影響，也可以采用光耦器件，用于與外部負(fù)載的隔離措施，因該技 術(shù)方案為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，因此不再詳述。本實施例中，輸入/輸出接口單元40具有多個通用輸入或輸出接口，所有輸入接口具有 TTL電平和CMOS驅(qū)動電平；具有2路10分辨率的PWM輸出，可驅(qū)動變頻器件或調(diào)光器件，若 外加簡單電路，可組成D/A輸出接口，輸出多級變化的模擬電壓。本實施例的一個特點，即使外部的用戶上位機因故脫落，只要內(nèi)部寄存器仍置有效位， 則仍會按接收緩沖區(qū)內(nèi)的命令，不中斷地繼續(xù)執(zhí)行原有程序，直到上位機重新接通并發(fā)送最 新控制命令為止，另外因本發(fā)明無需內(nèi)置微處理器單元，因此，很好地避免了微處理器所固 有的不可靠性如運行程序跑飛，即"死機"現(xiàn)象！本實施例的另一個特點，因本發(fā)明是基于任一通信規(guī)約的用戶接口的通信模式，因此， 本發(fā)明可以采用以功能模塊為單位，在一條總線的連接下，實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信、多節(jié)點的總線疊 加及節(jié)點的功能擴展，非常便于組建能滿足用戶需求的各種應(yīng)用系統(tǒng)。本實施例中，用戶通信接口單元20，它具有內(nèi)部用戶接口的協(xié)議引擎，它與內(nèi)置微處理 器的技術(shù)方案不同，是通過選擇"只聽"模式或"通常"工作模式，來配置內(nèi)部寄存器并選 擇特定的工作模式，而自動執(zhí)行諸如加電配置、自動喚醒及協(xié)議管制等運行程序。本實施例中，用戶通信接口單元20，既可以是雙向通信接口，也可以是單向接口，可以 采用二線制的物理總線，也可以采用三線制的物理總線，其物理總線的媒質(zhì)選用，即可以是 網(wǎng)絡(luò)型屏蔽雙絞線STP，也可以是低成本的非屏蔽雙絞線UTP。在本實施例中，地址設(shè)定單元(10)，其地址設(shè)置的方式，既可以通過外部物理地址的設(shè) 置，如通過外部特定地址設(shè)置，利用若干芯片管腳(101)，上拉至高電位、下拉至低電位 或浮空等方式，以及其中幾種的若干組合，用以最終確定本節(jié)點裝置的工作地址；當(dāng)然也可 以采用總線現(xiàn)場編程的方式，對地址設(shè)定單元10內(nèi)部的地址設(shè)置部件，如內(nèi)部的驗收濾波器， 作地址數(shù)據(jù)的編程，改寫、存儲的操作而得到該節(jié)點的工作地址。本實施例中，用以產(chǎn)生內(nèi)部時序的工作時鐘單元50;具有內(nèi)置時鐘電路，即無需外部晶 振電路的工作方式，使本發(fā)明的模塊體積和電磁兼容性更趨完善；帶有預(yù)分頻器的內(nèi)部工作時鐘單元50，也可通過外部時鐘接口 501，與外接時鐘器件連接，在本實施例中，可選擇8 種時鐘的預(yù)分頻數(shù)，從1:32、 1:64、 1:128、 1:256、 l:5i2、 1:1024、 1:2048、 1:4096等， 可滿足4MHz-20MHz的大范圍的外接晶體振蕩器，以達(dá)到產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時鐘序列的目的。為實現(xiàn)本實施例的功能，可選用市售的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+模式的總線邏輯芯片，它無需外部MCU微處理器，其I2C總線的傳輸速率是FAST模式的2.5倍，是傳統(tǒng) 標(biāo)準(zhǔn)模式的10倍；FM+模式還將總體容量增加了 10倍，在較低的總線速度下，無需緩沖也能 進(jìn)行300米的中長距離傳輸；而微芯公司的系列芯片，則是采用現(xiàn)場總線的工作方式，以智 能節(jié)點的方式進(jìn)行應(yīng)用。至于芯片的具體使用以及其通信規(guī)約，請參照Phi lips公司的PCA963X 和微芯公司MCP250X0的相關(guān)數(shù)據(jù)手冊和編程方法，在此，將不再贅述。當(dāng)然，本發(fā)明的實施例除了適應(yīng)酒店客房的集控應(yīng)用以外，還可以擴展到諸如多功能會 議廳、電化教室、家庭影院、病房、餐廳、家庭等適應(yīng)集控應(yīng)用的任何場合。以上所述，是本發(fā)明實施例的一種，但并非用來限定本發(fā)明的實施范圍，即凡是按照本 發(fā)明專利一一權(quán)利要求書所述的特征、構(gòu)造、精神所做的均等變化和修飾，均屬于本發(fā)明的 保護范圍。
權(quán)利要求
1. 一種無需內(nèi)置微處理器的總線集控式節(jié)點裝置，包括至少一個通過地址接口線(101)用于引入外部地址器件的選通輸入的地址設(shè)定單元(10)，并通過內(nèi)部電氣連接線(302)向控制邏輯單元(30)提供工作地址的設(shè)置；至少一個產(chǎn)生內(nèi)部時序的工作時鐘單元(50)；通過時鐘接口線(501)用于引入外部時鐘器件的時鐘輸入，或/和采用內(nèi)置時鐘模塊，通過內(nèi)部電氣連接線(304)向控制邏輯單元(30)提供時鐘序列；至少一個通過有線(201)連接與上位機或控制器作通信的用戶通信接口單元(20)，它負(fù)責(zé)引入通信數(shù)據(jù)幀序列，并通過內(nèi)部線路(301)向控制邏輯單元(30)傳送；至少一個將來自上位機或控制器的用戶的通信數(shù)據(jù)幀序列，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)驅(qū)動命令的控制邏輯單元(30)；至少一個通過內(nèi)部傳輸線(303)與所述的至少一個控制邏輯單元(30)、并對外作激勵驅(qū)動或/和對內(nèi)作采集輸入數(shù)據(jù)的輸入/輸出接口單元(40)；其特征在于所述的至少一個用于作地址選擇的地址設(shè)定單元(10)、至少一個用以產(chǎn)生內(nèi)部時序的工作時鐘單元(50)、至少一個用于外部通信的用戶通信接口單元(20)、至少一個控制邏輯單元(30)以及至少一個輸入/輸出接口單元(50)，是集成于一體且不需要內(nèi)置或外置標(biāo)準(zhǔn)微處理器的芯片結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的無需內(nèi)置微處理器的總線集控式節(jié)點裝置，其特征在于所述 的至少一個用于作地址選擇的地址設(shè)定單元(10)，其地址設(shè)置的方式，通過外部物理地址的 設(shè)置，即通過外部特定地址設(shè)置的芯片管腳(101)，如上拉高電位、下拉低電位或浮空等方 式以及其中幾種的若干組合，用以最終確定本節(jié)點裝置的工作地址。
3. 如權(quán)利要求1所述的無需內(nèi)置微處理器的總線集控式節(jié)點裝置，其特征在于所述 的至少一個用于作地址選擇的地址設(shè)定單元(10)，其地址設(shè)置的方式，采用總線的方式，即 對所述的至少一個地址設(shè)定單元(10)內(nèi)部的地址識別部件，作地址數(shù)據(jù)的編程，改寫、存 儲的操作而得到該節(jié)點的工作地址。
4. 如權(quán)利要求1所述的無需內(nèi)置微處理器的總線集控式節(jié)點裝置，其特征在于所述 的至少一個用以產(chǎn)生內(nèi)部時序的工作時鐘單元(50);具有內(nèi)置時鐘電路或/和用以引自外部時鐘電路的物理接口 (501)。
5. 如權(quán)利要求1所述的無需內(nèi)置微處理器的總線集控式節(jié)點裝置，其特征在于所述的至少一個用戶通信接口單元(20)，是采用任一種符合總線通信規(guī)約的二線制或/和三線制方式組成的物理接口方式。
6. 如權(quán)利要求l所述的無需內(nèi)置微處理器的總線集控式節(jié)點裝置，其特征在于所述的 至少一個用戶通信接口單元(20)是采用雙向或/和單向通信的工作模式。
7. 如權(quán)利要求l所述的無需內(nèi)置微處理器的總線集控式節(jié)點裝置，其特征在于所述的至少一個控制邏輯單元(30)，把來自所述的至少一個用戶通信接口單元(20)的任一種總線 規(guī)約，對其中的地址信息、控制數(shù)據(jù)按規(guī)約的指定格式，進(jìn)行轉(zhuǎn)換和譯碼操作，并通過所述 的至少一個輸入/輸出接口單元(40)，作相適應(yīng)的輸入/輸出控制。
8. 如權(quán)利要求l所述的無需內(nèi)置微處理器的總線集控式節(jié)點裝置，其特征在于由所述的至少一個控制邏輯單元(30)控制并對外作激勵驅(qū)動的輸入/輸出接口單元(40);具有直 接兼容TTL或/和CMOS負(fù)載的能力。
9. 如權(quán)利要求l所述的無需內(nèi)置微處理器的總線集控式節(jié)點裝置，其特征在于所述的至少一個輸入/輸出接口單元(40)，依照來自所述的至少一個用戶通信接口單元(20)的命 令要求，在所述的控制邏輯單元(30)的控制下，對相應(yīng)的外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、輸入、 緩存。
10. 如權(quán)利要求1所述的無需內(nèi)置微處理器的總線集控式節(jié)點裝置，其特征在于所述 的至少一個控制邏輯單元(30)，內(nèi)部具有存儲功能的多個寄存器或/和存儲器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種總線通信方式的智能節(jié)點的控制平臺，特別是指一種無需內(nèi)置嵌入式MCU微處理器的智能節(jié)點的集控裝置。它是集成于一體的芯片結(jié)構(gòu)方案，內(nèi)部包括順序連接的用戶通信接口單元、控制邏輯單元、輸入/輸出接口單元；還包括內(nèi)部時鐘單元和地址設(shè)定單元。與傳統(tǒng)方案的不同處在于，芯片結(jié)構(gòu)中不包括內(nèi)置或外置的嵌入式MCU微處理器單元。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)帶MCU微處理器的集控裝置的缺陷，如軟/硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，器件多，體積大，成本高，尤其在遭遇干擾后程序易跑飛等固有的“死機”現(xiàn)象，從而極大地提高了系統(tǒng)的可靠性和性價比。
文檔編號G05B19/418GK101221427SQ20071003638
公開日2008年7月16日 申請日期2007年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月11日
發(fā)明者朱錫鈞, 林緒強, 琴 汪, 陳敏超 申請人:上海第二工業(yè)大學(xué)