CN1149490C - 中介式控制传递的方法及中介式控制总线*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种中介式控制传递的方法及中介式控制总线***，当传感器被触发时，其预设的事件数据包便通过总线传送到中介器，并被中介器转换成带目标地址和操作指令的指令代码，这些指令代码再通过总线传递给相应的执行器，并被执行器译码成相应的操作输出，从而完成一个从传感器输入到执行器输出的总线式的控制过程。
Description
本发明涉及一种控制传递方法及控制***，特别是一种中介式控制传递方法及利用该方法的一种中介式控制总线***。
随着科学技术的发展和人们对自动化水平要求的提高，控制总线技术在一些自动化***(例如家庭自动化***)中正扮演着越来越重要的角色。从七、八十年代开始，欧洲便开始流行EIB***，其后在美国更出现了X-10、LonWorks和CEBus等著名的控制总线，使自动化技术又向前迈进了一大步。
在一个总线式的控制***里，每个总线设备可分布在***中不同的地方，但都要求与总线相连。每个与总线相连，能够利用总线来通信(不管是数据发送还是数据接收)的设备我们都称之为总线的“节点”。总线节点通常分为两大类，一类用于操作指令的输入，例如控制按钮和数字键盘，以及某些参数/状态的感应或检测，像温度/湿度传感器和红外人体感应器。这类节点都属于输入设备，会向总线发出信号，通知总线***中的其它节点“有某种控制输入或有某种情况发生”等。我们将这一类节点都称为“传感器”。当有控制输入或有某种情况发生，传感器要向总线发出信号时，我们就称该传感器被“触发”了。
另一类节点我们称之为“执行器”，执行器会从总线中接收来自传感器的信号，当有这样的信号出现时，执行器便会对该信号进行分析，看该信号是否与其相关，如果有关系，执行器便会执行相应的操作，以完成一个从输入到输出的总线式的控制过程。从这个意义上来说执行器是总线上的输出设备。
以往控制总线中的传感器会向执行器发出一些称为“指令代码”的数据信号，执行器在接收到这些信号后便会对其进行译码分析，并根据分析的结果决定其输出操作。为了能正确地传递信息，传感器的指令代码必须包含有执行器的目标地址，以及执行器必须能读懂指令代码中的操作指令。这些目标地址和操作指令是用户在组成***时通过“编程”而设定的，它们通常存储在传感器内的非易失性存储器(Nonvolatile Memories)之中，例如EEPROM、FLASH-ROM等。这类***我们称之为“传感器可编程”***。
当一个***中有较多的传感器时，传感器可编程***的编程工作就会变得比较麻烦，例如在一个***中要用三个不同地方的按钮(传感器)去控制同一盏灯(执行器)时，用户便不得不同时对这三个按钮进行编程，因为这三个按钮都必须是可编程的，这无形中增加了***的成本。
为了解决这个问题，人们于是又提出了另外一种方案，组成一种被称为“执行器可编程”的总线***。该总线提出将编程放在执行器上，从而使传感器得以简化。简单来说，与该总线兼容的传感器都无需编程，取而代之的是在传感器内预设一个独特的数据包，该数据包被称为“事件数据包”。当传感器被触发时，该数据包便被传送到总线之中，事件数据包在总线中的传播，代表着***中一个事件正在/已经发生。由于没有指定目标地址，总线中的每一个执行器都会同时接收到该数据包，“知道”有这样一个“事件”的发生。
由于一个数据包代表一个事件，而这些事件在之前并未作明确的定义，因此我们可以说事件数据包本身并无具体含义。为了使执行器能对该“事件”产生正确的“反应”(操作)，用户必须在执行器上编程。编程工作分两个步骤，首先要让执行器读入传感器的事件数据包，然后再向执行器“说明”当其接收到该数据包时应该“怎样做”，执行器将这些数据保存起来，编程工作便告完成。
执行器可编程***有一个很独特之处就是传感器的一个事件数据包可令多个执行器同时产生各自不同的动作。假设有一个家庭影院***，该***有一个传感器(控制按钮)和三个执行器(分别为灯、窗帘和影音设备等)，当控制按钮被按下时，代表着“进入家庭影院状态”的事件数据包便被传送进入总线之中，这个数据包可同时使灯调暗，窗帘关上，影音设备逐个开启等，每个执行器对同一个事件数据包都可以有不同的反应(在编程时设定)。又假设一个***有三个传感器要控制同一个执行器，则只须要对这一个执行器进行编程，这样***编程的效率便无形中被提高了。
然而执行器可编程总线***亦有其不足之处，特别是***中执行器的数目较多时，编程工作就变得复杂起来，成本亦会相应地增加。“传感器可编程”与“执行器可编程”就像是一个平衡杆上的两个极端，各有各的优缺点却又总是无法调和，这就是目前控制总线***的现状。
本发明的目的在于提供一种中介式控制传递的方法及中介式控制总线***，藉此减少前述***的缺点和不足，或者至少为广大用户提供一种新的选择。
一种在包括有传感器、中介器和执行器的中介式控制总线***中实现中介式控制传递的方法，包括以下步骤：
第一步，在传感器中预设一个事件数据包，该数据包被用来代表传感器中一个预知的事件；
第二步，当传感器被触发时，事件数据包便被传送入***总线之中，该事件数据包在总线中的传播被用来代表该预知事件的发生；
第三步，当中介器在总线中接收到事件数据包后，便将与该事件数据包所对应的包含有目标地址和操作指令信息的指令代码传送入***总线之中；
第四步，当执行器在总线中接收到指令代码后，该执行器便按该指令代码的要求进行相应的操作输出，从而实现控制从传感器输入而操作从执行器输出的控制传递的全过程。
一种根据权利要求1所述的中介式控制传递方法的中介式控制总线***，包括
至少一个传感器，该传感器包括数据发送装置和寄存器，寄存器中存有用于代表***中一个事件的事件数据包；
至少一个中介器，该中介器包括中央处理器或微控制器，以及用于接收来自总线的传感器事件数据包的数据接收装置和用于发送与该数据包相对应的包含有目标地址和操作指令的执行器指令代码的数据发送装置，以及用来存储***中来自传感器的事件数据包及用户指定的希望与这些事件数据包***的执行器的目标地址和相应的操作指令的可擦写的非易失性存储器；
至少一个执行器，该执行器包括用于接收由中介器发出的执行器指令代码的数据接收装置和指令译码装置；
至少一种传输媒体，该传输媒体将***中的传感器、中介器和执行器连接起来，组成一个完整的分布式控制总线***。本发明提供了一种中介式控制传递的方法及利用该方法的中介式控制总线***，它在一个总线***中可将传感器和执行器同时简化，从而降低了***的成本，同时还可以使***组成变得更为灵活和方便，更为适合于家庭使用。
图1为现有控制总线技术(传感器可编程)的***组成示意图；
图2为现有控制总线技术(执行器可编程)的***组成示意图；
图3为本发明的中介式控制总线***(中介器可编程)的***组成示意图；
图4为本发明含有编程接口和显示接口的中介器结构方框图；
图5为本发明采用计算机作编程/显示装置的中介器结构方框图；
图6为本发明采用电视机作显示装置，遥控器作编程/控制装置的具有中介器扩展模块的中介器***结构方框图；
图7为本发明采用电视机作显示装置，遥控器作编程/控制装置的具有中介器扩展模块的中介器***线路方框图；
图8是本发明基于中介器原理的中介式家庭控制总线***方框图。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有控制总线技术“传感器可编程”的一个***组成示意图。在图中我们可以看到有一个传感器和一个执行器，传感器和执行器通过总线而互连。传感器有一个输入装置(控制按钮)和一个数据发送装置，传感器内含有可由用户编程设定的指令代码。执行器则有一个输出装置(灯控回路)、一个数据接收装置和一个指令译码装置。
我们假设传感器的控制按钮是用来控制执行器的灯控回路，当按钮按下时灯点亮，当按钮释放时灯熄灭，***中传感器与执行器之间的控制逻辑关系如表1所示：
表1
| 传感器(可编程) | 执行器 | ||||
| 事件 | 地址 | 指令 | 地址 | 指令 | 操作 |
| 按钮按下 | A | I1 | A | I1 | 开灯 |
| 按钮释放 | A | I2 | A | I2 | 关灯 |
在执行器栏中，A为执行器的地址，指令I1对应着开灯操作，指令I2对应着关灯操作，I1和I2在执行器出厂时已预设并已固化在其译码程序之中。在传感器栏中，地址和指令的内容是可变的(括号代表可编程设定)，A和I1、I2由用户在编程时输入。
当用户将按钮按下时，传感器将包含有地址A和指令I1的数据(指令代码)发送到总线之上；而当用户将按钮释放时，传感器将包含有地址A和指令I2的数据(指令代码)发送到总线之上。由于地址A与执行器的地址相同，所以指令代码可以被执行器接收并识别。同样地，由于执行器的译码装置明白指令I1和I2的含义，所以执行器在接收到指令代码后，可以正确地执行相应的输出操作。
图2是现有控制总线技术“执行器可编程”的一个***组成示意图。在图中我们可以看到有一个传感器和一个执行器，传感器和执行器通过总线而互连。传感器有一个输入装置(控制按钮)和一个数据发送装置，传感器内含有与按钮相对应的事件数据包，这些数据包在设备出厂时已预设；执行器则有一个输出装置(灯控回路)、一个数据接收装置以及可由用户编程设定的“数据包”和“输出设定”。
在该例子中，我们假设传感器的控制按钮是用来控制执行器的灯控回路，当按钮按下时灯点亮，当按钮释放时灯熄灭，***中传感器与执行器之间的控制逻辑关系如表2所示：
表2
| 传感器 | 执行器(可编程) | ||
| 事件 | 数据包 | 数据包 | 操作 |
| 按钮按下 | D1 | D1 | 开灯 |
| 按钮释放 | D2 | D2 | 关灯 |
在传感器栏中，事件数据包D1、D2分别对应着两个事件，即按钮按下和释放，而每当有这些事件发生时，相应的D1或D2就会被传送入总线之中。
在执行器栏中，数据包和相对应的操作都可由用户编程设定，在该例子中分别被设定为D1、D2和开灯、关灯。当执行器接收到传感器发来的数据包D1或D2时，该数据包便被执行器作比较和确认，并根该据数据包对应的操作设定(开灯/关灯)去执行操作，从而使***的控制过程得以实现。
图3是本发明的一种中介式控制总线***(中介器可编程)的***组成示意图。从图中我们发现，除传感器和执行器外，***中还有一个名为中介器的节点，该节点并非用于输入用户的控制指令，亦非用于执行某些实质的操作，而只是扮演着一个类似“翻译器”的中介角色，而正是由于这个中介角色，使得***中的传感器和执行器都可同时简化，从而创造出一类更为简单而又有效的控制***来。
和图2的传感器一样，图3的传感器有一个输入装置(控制按钮)和一个数据发送装置，传感器内含有与按钮相对应的事件数据包；该***的执行器则和图1的执行器一样，有一个输出装置(灯控回路)、一个数据接收装置和一个指令译码装置。而与图1、图2不同的是在图3中有一个中介器，该中介器既有数据接收装置，又有数据发送装置，该数据接收装置用来接收来自传感器的事件数据包，并可将数据包存进中介器内的非易失性存储器之中(通常是EEPROM或FLASH-ROM等)，该非易失性存储器的另外一个作用是存放由用户在编程时输入的，与事件数据包相对应的指令代码，这些指令代码包含有执行器的目标地址和操作指令，可由发送装置发送进入总线之中，当相应的执行器接收到该指令代码时，便按代码中的指令去执行相应的操作。
在该例子中，我们同样假设传感器的控制按钮是用来控制执行器的灯控回路，当按钮按下时灯点亮，当按钮释放时灯熄灭，***中传感器、中介器和执行器之间的控制逻辑关系如表3所示：
表3
| 传感器 | 中介器(可编程) | 执行器 | |||||
| 事件 | 数据包 | 数据包 | 地址 | 指令 | 地址 | 指令 | 操作 |
| 按钮按下 | D1 | D1 | A | I1 | A | I1 | 开灯 |
| 按钮释放 | D2 | D2 | A | I2 | A | I2 | 关灯 |
在该***中，传感器的事件数据包以及执行器的操作指令等都在产品出厂时预设好了(即无须在安装使用时编程)，唯一要编程的是中介器。而中介器的编程很简单，只要中介器将传感器的事件数据包D1和D2读入，再在编程过程中设定与D1和D2相对应的执行器的目标地址A和操作指令I1和I2，编程便告完成。
我们再来看看当传感器按钮按下和释放时信号是怎样传递的。当传感器按钮按下时，代表着按钮按下的事件数据包D1便被传送入总线之中，中介器接收到D1后将D1所对应的包含有目标地址A和操作指令I1的指令代码送入总线之中，该指令代码被地址为A的执行器所接收，并执行其操作指令I1(开灯)，实现了用户期望的控制过程；同样地，当传感器按钮释放时，我们会看到一个类似上述“开灯”操作的“关灯”过程。从上述的分析我们可以得出结论，即传感器对执行器的控制是通过中介器来实现的。
藉助一个中介器便可以使***中所有的传感器和执行器同时简化(无需编程)，这是中介式控制总线的一个特色，***中传感器、执行器的数目越多，采用中介式总线的优点便越大，相对的成本也就越低。在一个智能化家庭***中，需要控制或被控制的节点往往多达十几个或几十个，在这些***中使用中介式总线无疑是一个较佳的选择。
上面我们介绍了中介器可编程***的概念、组成和原理，下面我们来看看***中最关键的部件一一中介器的结构。图4是一个基本的中介器结构方框图，图中的中介器有一个总线接口，可以接收和发送数据；有一个编程接口或编程装置，可以输入用户的编程指令；有一个显示接口或显示装置，可以显示有关参数以方便编程/控制过程；有一个中央处理器/微处理器，该部件是中介器的核心，协调中介器内各相关部件的工作；与中央处理器/微处理器相连的还有可擦写的非易失性存储器，该存储器用来存放用户编程的数据。
当然在介绍中介器的基本结构时，我们应该明白到每个实际的中介器都可能有不同的设计或不同的表现形式。例如在图5中所示的中介器便采用计算机作编程和显示装置。该中介器除了有总线接口、中央处理器/微处理器和可擦写非易失性存储器外，为了与计算机连接，中介器还包含了相应的计算机接口。当编程完成后，我们还可以将计算机与中介器分离，而中介器仍能正常运作(因为编程数据已存入中介器内的非易失性存储器之内)。
在图6中，我们展示了另一个实用的中介器***结构图，该中介器在设计上和表现形式上与图4、图5有所不同。它具有可分离的中介器扩展模块和编程/显示装置，当要进行***编程时，这几个部件必须连接在一起工作，而当编程完毕后，中介器便可与扩展模块分离，分离后的中介器可以独立工作，在传感器和执行器间扮演着一个中介的角色。
在图6中，我们发现中介器与扩展模块都含有中央处理器/微处理器，而该两个部件间可以进行数据通信。扩展模块中的红外接收装置相当于编程接口，电视机遥控器则相当于编程装置。电视机本身是一个显示设备，而与电视机相接的视频/射频信号发生器则是显示接口了。值得注意的是，在中介器扩展模块中还包含有可读写的存储器，该存储器可以存放用户的临时编程数据，而这些数据最终会通过中央处理器/微处理器间的通信传送到中介器内的非易失性存储器中作永久性的保存。另外扩展模块中还有一个红外信号发生器，在有需要时既可发出控制信号来控制作为显示装置的电视机(例如开关电视机或改变电视机的输入模式等)，又可以发出干扰信号，以阻止电视机对其它信号的接收。红外信号发生器的信号是通过红外控制线输出的。
图7是图6的线路方框图。在图中我们可以看到比较具体的线路组成。图中***总线10由一对双绞线构成，传感器的信号通过***总线10进入中介器，再通过电阻12、晶体管16和负载电阻14而传送至中介器的中央处理器/微处理器，而当中介器的中央处理器/微处理器有信号要发送时，信号则是通过电阻22、晶体管18和负载电阻20而进入总线10之中的。
在图7中，26为红外信号接收器，当有红外信号输入时，红外信号被转化为数字信号并被传送到扩展模块的中央处理器/微处理器内，而扩展模块的中央处理器/微处理器亦可以通过电阻32、晶体管30、红外发射二极管28和电阻29向电视机发出控制或干扰信号，其中电阻29和红外发射二极管28组成一条红外控制线。图中24、34为中央处理器/微处理器的晶振，36则为扩展模块的视频/射频信号输出端子。
图8介绍的是一个基于上述中介器原理的中介式家庭控制总线***。在图8中，我们可以看到执行器有灯光控制器(控制灯光的开和关，以及调光等)、红外控制器(控制空调机和影音设备等)、电器控制器(控制电器电源的开和关)、报警控制器(控制蜂鸣器、警号等的响和停)等，而传感器则有电子开关钮(输入用户的控制指令)、安防传感器(包括红外人体感应器、煤气泄漏检测器、烟雾检测器和门磁/窗磁等)、时钟定时器(定时发出控制信号)、遥控接收器(接收用户的遥控指令)。在不同的应用例子中，所用的传感器和执行器或许有不同，但总的原理是一样的。
该***采用了带扩展模块的中介器，其中电视机为显示装置，电视机遥控器为编程装置，此外***中还包括红外控制线和视频输出线等配件。图中专用遥控器须与遥控接收器配合使用，其等同于一个传感器(控制输入)。图中与中介器扩展模块连接的电话机具有两个作用，一是和电视遥控器一样用作编程装置(用电话键盘输入编程指令)，二是像数字键盘一样用作控制装置(传感器)。同样地，当中介器不在编程状态时，电视遥控器也可以作为控制器(传感器)来使用。
最后我们来介绍一种适用于中介式总线***的传感器事件数据包格式，如表4所示，和一种适用于中介式总线***的执行器指令代码格式，如表5：
表4
| 传感器识别符 | 设备类别 | 回路编号 | 节点ID(身分代码) | 较验 |
| 一个字节 | 一个字节 | 一个字节 | 四个字节 | 一个字节 |
表5
| 执行器识别符 | 设备类别 | 回路编号 | 目标地址 | 操作指令 | 较验 |
| 一个字节 | 一个字节 | 一个字节 | 两个字节 | 两个字节 | 一个字节 |
在表4、表5中，我们发现其第一个字节都用作识别符，用来区分该数据是来自传感器的事件数据包还是要送到执行器的指令代码。事件数据包内含节点ID(节点身分代码)，这些节点ID在出厂时己预设在传感器内并且保证每个传感器的ID不同，从而保证每个传感器节点的唯一性。在指令代码数据中则包含有执行器的目标地址和相应的操作指令。事件数据包和指令代码均具有数据较验功能，以判别数据是否有效，防止数据在传输过程中出现误差而引致***误操作的出现。
Claims (24)
1、一种在包括有传感器、中介器和执行器的中介式控制总线***中实现中介式控制传递的方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，在传感器中预设一个事件数据包，该数据包被用来代表传感器中一个特定的事件；
第二步，当传感器被触发时，事件数据包便被传送入***总线之中，该事件数据包在总线中的传播被用来代表该特定事件的发生；
第三步，当中介器在总线中接收到事件数据包后，便将与该事件数据包所对应的包含有目标地址和操作指令信息的指令代码传送入***总线之中；
第四步，当执行器在总线中接收到指令代码后，该执行器便按该指令代码的要求进行相应的操作，从而实现控制从传感器输入而操作从执行器输出的控制传递的全过程。
2、根据权利要求1所述的中介式控制传递方法，其特征是所述的中介器在总线中接收到事件数据包后，首先将该事件数据包与中介器内部预先设定的事件数据包相比较，如果两者相同或相关，则该中介器便将与该事件数据包所对应的在中介器内预设的包含有目标地址和操作指令信息的指令代码传送入***总线之中。
3、根据权利要求1所述的中介式控制传递方法，其特征是所述的执行器在总线中接收到指令代码后，首先按执行器内部确定的逻辑译码程序对该指令代码进行译码分析，并从该指令代码中分离出目标地址和操作指令，如果该目标地址与该执行器本身预设的地址相符，则该操作指令会被该执行器所执行。
4、根据权利要求1所述的中介式控制传递方法，其特征是所述的传感器中的事件数据包并无明确的含义，该数据包是在该传感器生产制造过程中由厂家设定的。
5、根据权利要求2所述的中介式控制传递方法，其特征是所述的中介器内部的事件数据包是在上述中介式控制总线***完成***安装后由用户设定的。
6、根据权利要求2所述的中介式控制传递方法，其特征是所述的中介器内部与事件数据包对应的指令代码是在上述中介式控制总线***完成***安装后由用户设定的。
7、根据权利要求3所述的中介式控制传递方法，其特征是所述的执行器内部的逻辑译码程序是在该执行器生产制造过程中由生产厂家设定的。
8、根据权利要求3所述的中介式控制传递方法，其特征是所述的执行器本身的地址是在该执行器生产制造过程中由生产厂家设定的。
9、根据权利要求1所述的中介式控制传递方法，其特征是所述的中介器在总线中接收到事件数据包后，首先将该事件数据包与其内部预先设定的事件数据包相比较，如果两者不相同或无关，则该中介器不会就该事件作逻辑反应。
10、根据权利要求1所述的中介式控制传递方法，其特征是所述的执行器在总线中接收到指令代码后，首先按其内部确定的逻辑译码程序对该指令代码进行译码分析，并从该指令代码中分离出目标地址和操作指令，如果该目标地址与该执行器本身的地址不符，则该操作指令不会被该执行器所执行。
11、一种根据权利要求1所述的中介式控制传递方法的中介式控制总线***，其特征在于：包括
至少一个传感器，该传感器包括数据发送装置和寄存器，寄存器中存有用于代表***中一个特定事件的事件数据包；
至少一个中介器，该中介器包括中央处理器或微控制器，以及用于接收来自总线的传感器事件数据包的数据接收装置和用于发送与该数据包相对应的包含有目标地址和操作指令的执行器指令代码的数据发送装置，以及用来存储***中来自传感器的事件数据包及用户指定的希望与这些事件数据包***的执行器的目标地址和相应的操作指令的可擦写的非易失性存储器；
至少一个执行器，该执行器包括用于接收由中介器发出的执行器指令代码的数据接收装置和指令译码装置；
至少一种传输媒体，该传输媒体将***中的传感器、中介器和执行器连接起来，组成一个完整的分布式控制总线***。
12、根据权利要求11所述的中介式控制总线***，其特征是所述的传感器内的寄存器中的事件数据包在该传感器出厂时已经预设并已固化。
13、根据权利要求11所述的中介式控制总线***，其特征是所述的执行器的指令译码装置在该执行器出厂时已经预设并已固化。
14、根据权利要求11所述的中介式控制总线***，其特征是所述的中介器含有编程接口或编程装置。
15、根据权利要求11所述的中介式控制总线***，其特征是所述的中介器含有显示接口或显示装置。
16、根据权利要求11所述的中介式控制总线***，其特征是所述的中介器具有扩展模块，中介器与扩展模块通过传输媒体而互连；扩展模块具有红外信号接收装置。
17、根据权利要求16所述的中介式控制总线***，其特征是所述的中介器的扩展模块具有视频/射频信号发生器。
18、根据权利要求16所述的中介式控制总线***，其特征是所述的中介器的扩展模块具有红外信号发生装置。
19、根据权利要求16所述的中介式控制总线***，其特征是所述的中介器的扩展模块含有可擦写存储器。
20、根据权利要求16所述的中介式控制总线***，其特征是所述的中介器的扩展模块含有中央处理器或微控制器。
21、根据权利要求16所述的中介式控制总线***，其特征是所述的中介器和扩展模块是可以分离的。
22、根据权利要求11所述的中介式控制总线***，其特征是所述的中介器含有计算机接口。
23、根据权利要求22所述的中介式控制总线***，其特征是所述的中介器和计算机是可以分离的。
24、根据权利要求11所述的中介式控制总线***，其特征是所述的传输媒体为双绞线。
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