區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法
2023-04-25 22:23:21
專利名稱：區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法
技術領域：
本發明涉及一種控制方法，特別是一種建立網關與網內任意電器設備之間的控制聯繫的方法。
背景技術：
給家庭電器設備配置單片機、然後和網關設備構建成區域網，目前已經實現。一般稱為家庭控制網或家庭控制系統，但構建的方式比較雜亂，缺乏通用性，且成本較高。而對於採用任意電器設備(例如家庭電器、工廠電器、各種控制電器等)構建的區域網目前尚未見應用。主要原因就在於，缺乏一種既不用改造現有各種電器設備的自身構造，又能以低的成本使得各種電器設備與網關建立控制聯繫的方法。
技術方案本發明的目的在於、提供一種為區域網中的各種電器設備與網關設備建立控制聯繫的方法。該方法可以使配置有單片機的任意電器設備接入區域網中，並以低的成本與網關之間建立控制聯繫。而其他的控制者均可以利用這種控制聯繫，方便地通過網關對網內的電器設備進行控制。
本發明是這樣實現的區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法，其特徵在於a、電器設備信息化把電器設備的各種參數、對象、應用等分類歸併，然後按統一的信息代碼結構寫入電器設備的只讀存儲區；並為每臺電器設備配置一臺總線通信控制器；b、網關設備通過總線通信控制器解讀電器設備的信息代碼並將其分類存儲於對應的信息存儲區中。
上述的區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法中，所述的分類歸併是將電器設備的各種參數、對象、應用歸併為10類；即設備類、時間類、文本類、模擬類、枚舉類、開關類、調度類、控制環類、報警類、嵌套類。
前述的區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法中，所述的信息代碼結構是包含有對象類別代碼、對象代碼、對象名稱代碼、對象屬性代碼、參數代碼、操作代碼的信息代碼結構。
前述的區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法中，對於不同的對象類別，其對應的信息代碼中的對象屬性、參數代碼、操作代碼的長度和內容可變。
前述的區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法中，所述的總線通信控制器是串行接口總線通信控制器，它的構成包括接口部分，總線部分和通信邏輯控制部分；接口部分的構成包括接口端串行異步收發單元和與其相接的數據緩衝處理單元1；總線部分的構成包括總線端串行異步收發單元和與其相接的數據緩衝處理單元2；通信邏輯控制部分包括通信控制單元、錯誤計數和錯誤處理電路，載波偵聽多址訪問衝突監測電路。
前述的區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法中，在所述的串行接口總線通信控制器的構成中，所述的接口端串行異步收發單元的構成包括接口端串行異步收發器，與收發器相接的串—並轉換電路和並—串轉換電路；所述的數據緩衝處理單元1的構成包括接口接收數據緩衝區和接口發送數據緩衝區；所述的總線端串行異步收發單元的構成包括總線端串行異步收發器，與其相接的並—串轉換電路和串—並轉換電路；所述的數據緩衝處理單元2的構成包括總線發送數據緩衝區和總線接收數據緩衝區；所述的通信控制單元包括，發送控制寄存器堆，累加和校驗電路，循環冗餘碼生成電路，接收控制寄存器堆，累加和生成電路，地址檢查電路，循環冗餘碼校驗電路，超時檢查電路。
前述的區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法中，在所述的串行接口總線通信控制器的構成中，所述的接口接收數據緩衝區包括數據緩衝區1、接口緩衝區控制電路1；接口發送數據緩衝區包括數據緩衝區2、接口緩衝區控制電路2；總線發送數據緩衝區包括數據緩衝區3、總線緩衝區控制電路1；總線接收數據緩衝區包括數據緩衝區4、總線緩衝區控制電路2；接收控制寄存器堆包括幀特徵字寄存器堆2、接口發送控制寄存器堆、總線接收控制寄存器堆、應答電路2和應答電路4；發送控制寄存器堆包括幀特徵字寄存器堆1、接口接收控制寄存器堆、總線發送控制寄存器堆、應答電路1和應答電路3；接口端串行異步收發器包括接口異步收發器、幀格式打包電路1、幀格式解包電路1；總線端串行異步收發器包括總線異步收發器、幀格式打包電路2、幀格式解包電路2。
與現有技術比較，本發明充分利用了各種上網電器設備擁有的單片機，採用串行接口進行總線通信，並把對電器設備的各種描述設計成統一的信息代碼結構，使任意一種電器設備與網關之間都可以低成本地建立一種唯一對應的控制聯繫。既實現了各種電器設備的聯網，又為各種控制者提供了方便。在網際網路、乙太網、其他的區域網以及網內的控制者，均可通過與網關的對話，由網關利用與各種電器設備建立的控制聯繫，去實現控制者的要求。本發明具有設計合理，資源佔用少，對現有設備適應性強，易於實施，實施成本低，實施效果好的特點。可用於構建含有各種電器設備的區域網中。
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。
附
圖1是本發明應用的網絡構成示意圖；附圖2是串行接口總線通信控制器的電路結構框圖1；附圖3是串行接口總線通信控制器的電路結構框圖2；附圖4是串行接口總線通信控制器的電路結構框圖3；附圖5是對象類型的構成示意圖；附圖6是信息代碼的構成示意圖；附圖7存入信息控制單元存儲區的信息代碼構成示意圖；附圖8是網關與電器設備建立控制關係的工作流程圖；實施例區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法，其步驟包括a、電器設備信息化把電器設備的各種參數、對象、應用等分類歸併，然後按統一的信息代碼結構寫入電器設備的只讀存儲區；並為每臺電器設備配置一臺串行接口總線通信控制器(如附圖1所示)。b、網關設備通過串行接口總線通信控制器解讀電器設備的信息代碼並將其分類存儲於對應的信息存儲區中。
其中分類歸併是將電器設備的各種參數、對象、應用歸併為10類；即設備類、時間類、文本類、模擬類、枚舉類、開關類、調度類、控制環類、報警類、嵌套類(如附圖6所示)。其中設備類主要包括設備的說明和設備狀態查詢、時間類主要包括時間對象、文本類主要包括網關與設備之間的數據傳輸、模擬類主要包括對模擬量的控制和檢測、枚舉類主要包括對枚舉類型對象(例如對電視機的AV、AV1、TV的選擇)的控制和檢測、開關類主要包括對開關量的控制和檢測、調度類主要包括設備可提供給網關進行調度的對象、控制環類主要包括區域網內設備之間的聯繫(例如網內的電視機作為主控設備對從設備空調機進行的操作)、報警類主要包括各種報警信息、嵌套類主要包括有嵌套關係的對象。信息代碼構成包含有對象類別代碼、對象代碼、對象名稱代碼、對象屬性代碼、參數代碼、操作代碼(如附圖5-2所示)；對於不同的對象類別，其對應的信息代碼中的對象屬性代碼、參數代碼、操作代碼的長度和內容可變(如附圖5-3、5-4、5-5所示)。
所用的串行接口總線通信控制器的構成如附圖2所示，包括接口部分，總線部分和通信邏輯控制部分；接口部分的構成包括接口端串行異步收發單元和與其相接的數據緩衝處理單元1；總線部分的構成包括總線端串行異步收發單元和與其相接的數據緩衝處理單元2；通信邏輯控制部分包括通信控制單元、錯誤計數和錯誤處理電路，載波偵聽多址訪問衝突監測電路。如附圖3所示，所述的接口端串行異步收發單元的構成可包括接口端串行異步收發器，與收發器相接的串—並轉換電路和並—串轉換電路；所述的數據緩衝處理單元1的構成可包括接口接收數據緩衝區和接口發送數據緩衝區；所述的總線端串行異步收發單元的構成可包括總線端串行異步收發器，與其相接的並—串轉換電路和串—並轉換電路；所述的數據緩衝處理單元2的構成可包括總線發送數據緩衝區和總線接收數據緩衝區；所述的通信控制單元可包括發送控制寄存器堆，累加和校驗電路，循環冗餘碼生成電路，接收控制寄存器堆，累加和生成電路，地址檢查電路，循環冗餘碼校驗電路，超時檢查電路。又如附圖4所示，所述的接口接收數據緩衝區可包括數據緩衝區1、接口緩衝區控制電路1；接口發送數據緩衝區可包括數據緩衝區2、接口緩衝區控制電路2；總線發送數據緩衝區可包括數據緩衝區3、總線緩衝區控制電路1；總線接收數據緩衝區可包括數據緩衝區4、總線緩衝區控制電路2；接收控制寄存器堆可包括幀特徵字寄存器堆2、接口發送控制寄存器堆、總線接收控制寄存器堆、應答電路2和應答電路4；發送控制寄存器堆可包括幀特徵字寄存器堆1、接口接收控制寄存器堆、總線發送控制寄存器堆、應答電路1和應答電路3；接口端串行異步收發器可包括接口異步收發器、幀格式打包電路1、幀格式解包電路1；總線端串行異步收發器可包括總線異步收發器、幀格式打包電路2、幀格式解包電路2。整個串行接口總線通信控制器可製作成一塊集成電路晶片。具體製作時可用附圖4所示的致命錯誤檢測電路實現錯誤計數和錯誤處理功能，並—串轉換電路和串—並轉換電路可以歸併於幀格式打包電路和幀格式解包電路中。
串行接口總線通信控制器的工作原理設備採用通用異步串行通信的方式向串行接口總線通信控制器的異步串行接口IRX發送含有起始符、數據長度、控制命令字、目標地址、數據塊、校驗和以及結束符的幀序列。經過串行接口總線通信控制器內部接口端串行異步收發器，還原成8位的位流，由串—並轉換電路變為並行數據存入接口接收數據緩衝區。同時，送累加和校驗電路，確定傳輸數據是否正確無誤，將結果送發送控制寄存器堆。發送控制寄存器堆從接口接收數據緩衝區中提取控制命令字、目標地址和傳輸數據，並存入總線發送數據緩衝區，加入本地地址，同時通過循環冗餘碼生成電路把校驗碼存入校驗欄位，並組織總線傳輸幀。(總線傳輸幀是具有起始符、目標地址、本地地址、控制命令字、長度、數據塊、校驗欄位和結束符的幀序列。)發送控制寄存器堆根據不同的控制字決定將數據發送到總線是採用廣播方式還是信息傳遞方式，啟動發送。根據載波偵聽多址訪問衝突檢測提供的信號，當為總線空閒，允許發送，則啟動發送。總線發送數據緩衝區將數據送並—串轉換電路形成串行序列。最後由總線端串行異步收發器經異步串行總線接口BTX向通信總線發送總線傳輸幀。發送過程中採用「邊說邊聽」的方式確定是否發送成功，具體是由異步串行總線接口的BRX收到發送到總線的位序列和發送的位序列輸入到載波偵聽多址訪問衝突檢測電路比較是否一致。如果一致，則繼續發送；如果不一致則立即通知發送控制寄存器堆和錯誤計數錯誤處理電路，停止發送。如果錯誤計數溢出，則進行錯誤處理，停止發送、產生出錯標誌等。
相反，如果通信總線發來一傳輸幀序列，首先經過異步串行總線接口BRX輸入到總線端串行異步收發器，還原為8位的位流，送串並轉換電路、循環冗餘碼校驗電路、超時檢查電路。串—並轉換後則存入總線接收數據緩衝區；循環冗餘碼檢驗電路得到結果後送接收控制寄存器堆，確定傳輸幀是否有效；超時檢查電路則提供幀序列是否結束的信號，使整個接收電路能夠準確復位，進入新的等待接收狀態。地址檢查電路則從總線接收數據緩衝區中提取目標地址欄位與本地地址比較，確定是發往本地的傳輸幀。由接收控制寄存器堆拷貝總線接收數據緩衝區中目標地址、控制命令字和數據塊存入接口發送數據緩衝區。同時由累加和生成電路得到校驗和，也存入接口發送數據緩衝區。接收控制寄存器堆啟動接口發送，接口發送數據緩衝區數據經並串轉換電路形成8位位流，送入接口端串行異步收發器經異步串行接口ITX發往設備。
幀特徵字寄存器堆1是根據幀解包的結果，將代表幀的特徵字存儲到相應的寄存器堆，如命令字、幀長度、源地址、目的地址、本地更新地址、本地更新控制寄存器等。接口發送控制寄存器堆是控制接口發送接口緩衝區控制電路2何時啟動工作；判斷接口發送條件，啟動發送；控制累加和生成(累加和生成模塊)；控制接口幀格式打包(幀格式打包1)。總線接收控制寄存器堆是校驗接收幀正誤，判斷幀頭、幀尾，判斷循環冗餘碼(循環冗餘碼校驗模塊)，判斷信息位長度，判斷接收超時(超時檢查模塊)，通過源地址、目的地址，判斷幀發送方向；監察接口狀態，判斷是否向接口搬移幀信息；控制總線接收數據緩衝區控制模塊2何時啟動工作。幀特徵字寄存器堆模塊2根據幀解包的結果，將代表幀的特徵字存儲到相應的寄存器堆，如命令字、幀長度、源地址、目的地址、本地更新地址、本地更新控制寄存器等。接口接收控制寄存器堆是校驗接收幀正誤，判斷幀頭、幀尾，判斷累加和(累加和檢查模塊)，判斷幀長度，判斷接收超時(超時檢查模塊)；監察總線狀態，判斷是否向總線搬移幀信息；控制接口緩衝區控制電路1何時啟動工作。總線發送控制寄存器堆是控制總線緩衝區控制模塊1何時啟動工作；判斷總線發送條件，啟動發送；控制循環冗餘碼生成(循環冗餘碼生成模塊)；控制總線幀格式打包(幀格式打包模塊)。數據緩衝區包含接口接收數據緩衝區、接口發送數據緩衝區、總線接收數據緩衝區、總線發送數據緩衝區4塊RAM，每塊大小為8*32bit。緩衝區控制電路用於產生數據緩衝區(RAM)的讀寫控制信號、讀寫地址和清空緩衝區信號。幀結構解包模塊是根據不同類型幀結構的特點，對幀數據進行解包。幀結構打包模塊是根據不同類型幀結構的特點，對幀數據進行打包。異步收發器(UART)模塊是接收和發送標準起止式字符結構，一個起始位、8位數據位和一個停止位。採樣頻率為接口波特率的十六分之一。如果字符結構錯誤，接口端自動丟棄；總線端則進行致命錯誤檢測(致命錯誤檢測模塊)應答判斷模塊對接收的應答幀進行相應的處理；對非應答幀的校驗結果進行相應的應答處理；對晶片設置幀進行應答和軟復位(只有接口有此功能)；根據總線應答情況控制接口啟動發送傳輸應答幀(只有總線有此功能)。載波監聽、衝突檢測模塊用於實時監聽總線，衝突檢測，判斷地址優先級。致命錯誤檢測電路是當固定格式的字符結構含有一個或多個非法位時，則檢測到一個形式錯誤，當累計到128個形式錯誤時產生總線錯誤(致命錯誤)。並控制接口發送控制寄存器堆啟動接口發送傳輸致命錯誤幀。
這是一種利用單片機的串行接口進行總線通信的總線通信控制器，它在滿足區域網的通信要求的前提下，充分利用了控制對象的現有閒置資源，不用改造現有控制對象，而且接線簡單，製作成本低。
由於各控制對象的單片機中都有一個可編程的具有UART(異步收發器)功能的全雙工串行通信接口閒置未用，因此將串行異步通信控制器與此通信接口相接，既不用改造現有控制對象，又利用了控制對象閒置的資源，並且採用串行接口通信方式，連線只有幾根，而採用並行接口通信方式，則需要十幾根。
實現使區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的具體步驟如下將各種信息代碼寫入電器設備寫入設備只讀存儲器的信息代碼的構成它包括若干個信息代碼段，如圖5-1所示。每個信息代碼段包含控制對象的對象類型代碼、對象代碼、對象屬性代碼、參數代碼、操作代碼，如附圖5-2所示。其中控制對象類型分為10種，如圖6所示。控制對象屬性的長度和內容可變，由控制對象類型確定；同一控制對象類型的對象屬性代碼的長度和內容相同，如控制對象類型為「D(設備)」類時，對象屬性代碼可包括「國家代碼」、「廠家代碼」、「產品代碼」、「設備類型代碼」、「產品出廠ID」等內容(如圖5-3所示)。如控制對象為「AV」、「SW」類時，對象屬性代碼可以為空(如附圖5-4、5-5所示)。控制參數代碼的長度和內容可變，也由控制對象類型確定，同一控制對象類型的控制參數代碼的長度和內容相同，如頻道和音量同屬AV類型，其控制參數代碼的總長度相同，內容均包括最小值、最大值、初始值、控制步長(如附圖5-5所示)；控制操作代碼包括「函數代碼」、「函數名稱」、「是否控制」、「是否返回」、「參數個數」，一個對象可以有多個操作代碼(如附圖5-3、5-4、5-5所示)。信息代碼(包含所有的信息代碼段)可採用屏幕問答方式填寫後寫入設備的EEPROM或ROM中，可以由設備生產廠家寫入，也可由家庭控制網的安裝者寫入。
B、區域網的初始化如附圖8所示，區域網上電後，網關設備首先對所有網內電器設備進行設備地址登記，然後對每臺設備的只讀存儲器進行讀取操作，將每臺設備的信息代碼中的各信息代碼段做如下處理先增加設備地址代碼和當前值代碼(即上電後網關檢測到的的初始值)為附圖7所示構造，再根據控制對象類型代碼，將控制對象按圖6所示的控制對象類型進行分類；然後分類存儲於控制單元信息存儲區中(也可存儲於資料庫中)，控制單元信息存儲區由10個子存儲區構成，每個子存儲區對應一種控制對象類型。區域網的初始化完成。
在網際網路、乙太網、其他的區域網以及網內的控制者，均可通過與網關的對話，去利用網關與各種電器設備建立起來的控制聯繫，實現控制者的要求。
權利要求
1.區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法，其特徵在於a、電器設備信息化把電器設備的各種參數、對象、應用等分類歸併，然後按統一的信息代碼結構寫入電器設備的只讀存儲區；並為每臺電器設備配置一臺總線通信控制器；b、網關設備通過總線通信控制器解讀電器設備的信息代碼並將其分類存儲於對應的信息存儲區中。
2.根據權利要求1所述的區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法；其特徵在於所述的分類歸併是將電器設備的各種參數、對象、應用歸併為10類；即設備類、時間類、文本類、模擬量類、枚舉類、開關量類、調度類、控制環類、報警類、嵌套類。
3.根據權利要求2所述的區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法，其特徵在於所述的信息代碼結構是包含有對象類別代碼、對象代碼、對象名稱代碼、對象屬性代碼、參數代碼、操作代碼的信息代碼結構。
4.根據權利要求3所述的區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法，其特徵在於對於不同的對象類別，對應的信息代碼中的對象屬性、參數代碼、操作代碼的長度和內容可變。
5.根據權利要求1至4中任一權利要求所述的區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法；其特徵在於所述的總線通信控制器是串行接口總線通信控制器，它的構成包括接口部分，總線部分和通信邏輯控制部分；接口部分的構成包括接口端串行異步收發單元和與其相接的數據緩衝處理單元1；總線部分的構成包括總線端串行異步收發單元和與其相接的數據緩衝處理單元2；通信邏輯控制部分包括通信控制單元、錯誤計數和錯誤處理電路，載波偵聽多址訪問衝突監測電路。
6.根據權利要求5所述的區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法；其特徵在於在所述的串行接口總線通信控制器的構成中，所述的接口端串行異步收發單元的構成包括接口端串行異步收發器，與收發器相接的串—並轉換電路和並—串轉換電路；所述的數據緩衝處理單元1的構成包括接口接收數據緩衝區和接口發送數據緩衝區；所述的總線端串行異步收發單元的構成包括總線端串行異步收發器，與其相接的並—串轉換電路和串—並轉換電路；所述的數據緩衝處理單元2的構成包括總線發送數據緩衝區和總線接收數據緩衝區；所述的通信控制單元包括，發送控制寄存器堆，累加和校驗電路，循環冗餘碼生成電路，接收控制寄存器堆，累加和生成電路，地址檢查電路，循環冗餘碼校驗電路，超時檢查電路。
7.根據權利要求6所述的區域網中各種電器設備與網關之間建立控制聯繫的方法；其特徵在於在所述的串行接口總線通信控制器的構成中，所述的接口接收數據緩衝區包括數據緩衝區1、接口緩衝區控制電路1；接口發送數據緩衝區包括數據緩衝區2、接口緩衝區控制電路2；總線發送數據緩衝區包括數據緩衝區3、總線緩衝區控制電路1；總線接收數據緩衝區包括數據緩衝區4、總線緩衝區控制電路2；接收控制寄存器堆包括幀特徵字寄存器堆2、接口發送控制寄存器堆、總線接收控制寄存器堆、應答電路2和應答電路4；發送控制寄存器堆包括幀特徵字寄存器堆1、接口接收控制寄存器堆、總線發送控制寄存器堆、應答電路1和應答電路3；接口端串行異步收發器包括接口異步收發器、幀格式打包電路1、幀格式解包電路1；總線端串行異步收發器包括總線異步收發器、幀格式打包電路2、幀格式解包電路2。
全文摘要
本發明公開了一種區域網中的各種電器設備與網關設備建立控制聯繫的方法。該方法首先使電器設備信息化，把電器設備的各種參數、對象、應用等分類歸併，然後按統一的信息代碼結構寫入電器設備的只讀存儲區，並為每臺電器設備配置一臺總線通信控制器。然後網關設備通過總線通信控制器解讀電器設備的信息代碼並將其分類存儲於對應的信息存儲區中。該方法可以使任意的電器設備接入區域網中，並以低的成本與網關之間建立控制聯繫。而其他的控制者均可以利用這種控制聯繫，方便地通過網關對網內的電器設備進行控制。
文檔編號G08C17/02GK1466329SQ0213343
公開日2004年1月7日 申請日期2002年7月5日 優先權日2002年7月5日
發明者李築, 謝後賢, 曾潤濤, 陳宏翔, 李 築 申請人:貴州以太科技信息產業有限責任公司