專利名稱：單元掃描控制器的制作方法
本單元掃描控制器屬于一種新型的順序控制器，主要應(yīng)用于霓虹燈廣告牌的掃描控制以及彩燈、燈泡和彩虹管的掃描控制，也可用于其他需要進(jìn)行順序控制的場(chǎng)合。
在現(xiàn)有的技術(shù)中，霓虹燈(或彩燈、燈泡、彩虹管以及其他順序控制，下同)普遍采用一臺(tái)整體的控制器進(jìn)行掃描控制，這種整體控制器的缺點(diǎn)是輸出線路復(fù)雜，布線和維護(hù)很不方便，而且在某些系統(tǒng)中控制器的體積、重量甚至大到難以安裝的程度，一旦損壞，會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)停止工作，需專業(yè)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維修。目前市面上有一種“組合式掃描機(jī)”，其特點(diǎn)是每臺(tái)“組合式掃描機(jī)”使用一個(gè)或數(shù)個(gè)程序存儲(chǔ)器配以產(chǎn)生地址的電子線路(稱為EPROM系統(tǒng))，整個(gè)控制系統(tǒng)由若干個(gè)“組合式掃描機(jī)”不分主機(jī)、分機(jī)地接在同一電源線上，實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制的目的，這種機(jī)型的一個(gè)缺點(diǎn)是采用交流電源的過零信號(hào)作為同步信號(hào)，難以完全消除來自電源的各種干擾，生產(chǎn)者未找到有效解決方法，致使同步可靠性不高，“組合式掃描機(jī)”的另一個(gè)缺點(diǎn)是一個(gè)系統(tǒng)中的每臺(tái)機(jī)的程序存儲(chǔ)器內(nèi)容各不相同，一旦某個(gè)程序存儲(chǔ)器損壞，必須由“組合式掃描機(jī)”生產(chǎn)廠家另外制作，所以這種機(jī)不能取代整體型的掃描控制器。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種新型的單元掃描控制器，每個(gè)單元掃描控制器單獨(dú)控制若干路負(fù)載，若干個(gè)單元掃描控制器共同組成一個(gè)控制系統(tǒng)，各單元掃描控制器之間能夠可靠同步，并且保留整體型控制器的所有功能(如選擇花樣、常亮、停止掃描等)；各單元掃描控制器在整個(gè)系統(tǒng)中可以互換，而無需更換程序存儲(chǔ)器或其他元器件，每臺(tái)單元掃描控制器在系統(tǒng)中以編碼區(qū)別，而且一般情況下不同控制系統(tǒng)中的單元掃描控制器都可以互換而無需更換程序存儲(chǔ)器或其他元器件。
本產(chǎn)品的實(shí)施方案分為三種，分別適用于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、訂制生產(chǎn)和低成本系統(tǒng)。第一種實(shí)施方案(用于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn))每臺(tái)單元掃描控制器由電源、單片計(jì)算機(jī)、多功能指撥開關(guān)、輸入輸出接口、輸出放大線路和功率控制線路等各部分組成。每臺(tái)單元掃描控制器可控制若干路負(fù)載(例如12路)，并且每臺(tái)單元掃描控制器所控制的路數(shù)相同，以便相互更換。在需要直接控制負(fù)載時(shí)，功率控制線路采用雙向可控硅；在需向外界提供開關(guān)信號(hào)以適應(yīng)直流負(fù)載或需另加驅(qū)動(dòng)電路的場(chǎng)合時(shí)，功率控制電路可以省略，由光電耦合器或集電極開路輸出線路組成的輸出接口直接輸出信號(hào)。
每臺(tái)單元掃描控制器使用相同的程序存儲(chǔ)器，程序存儲(chǔ)器中寫入預(yù)先編制好的程序，通過多功能指撥開關(guān)和輸入接口、單片計(jì)算機(jī)獲得信息，以讀取程序存儲(chǔ)器中不同部分的內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)完全相同的單元掃描控制器按其編碼控制各自位置的負(fù)載。多功能指撥開關(guān)可以由操作者設(shè)定下列參數(shù)1、臺(tái)數(shù) 通過編碼設(shè)置定義本系統(tǒng)共有多少臺(tái)分機(jī)(或有多少臺(tái)單元掃描控制器)；2、臺(tái)號(hào) 通過編碼設(shè)置定義本單元掃描控制器在系統(tǒng)中的編號(hào)；3、花樣 通過編碼設(shè)置定義本系統(tǒng)選擇用第幾套控制程序，在幾套固定程序中設(shè)置常用的掃描花樣，當(dāng)不同的控制系統(tǒng)都選用這些常用的掃描花樣中的一種時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)不同控制系統(tǒng)中的單元掃描控制器互換；4、速度 通過編碼設(shè)置定義本系統(tǒng)采用第幾種運(yùn)行速度；5、常亮或停止掃描 在一個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)總的開關(guān)，通過撥動(dòng)這個(gè)開關(guān)，可以同時(shí)向每臺(tái)單元掃描控制器提供一個(gè)信號(hào)，這種信號(hào)可以是一個(gè)開關(guān)信號(hào)，也可以是一個(gè)電壓信號(hào)，經(jīng)整流降壓后通過光耦轉(zhuǎn)換或開關(guān)信號(hào)，當(dāng)單元掃描控制器收到此開關(guān)信號(hào)后，信號(hào)可使所有的單元掃描控制器的單片機(jī)產(chǎn)生中斷，由中斷子程序控制所有輸出固定于常亮或中間某種狀態(tài)(停止掃描)，直到該信號(hào)撤除為止。
當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)使用多臺(tái)單元掃描控制器控制負(fù)載進(jìn)行有規(guī)律的通斷(掃描)時(shí)，其中一臺(tái)單元掃描控制器作為主機(jī)，其余的作為分機(jī)。主機(jī)直接由總電源供電，分機(jī)由主機(jī)供電。由于霓虹燈或彩燈的掃描花樣都是周期性重復(fù)的，這就可以將分機(jī)所控制的燈光全部熄滅的時(shí)刻作為一個(gè)重復(fù)周期的開始，并在每個(gè)重復(fù)周期開始之前，由主機(jī)將所有分機(jī)電源關(guān)斷一次，以消除各單元掃描控制器因晶體頻率漂移產(chǎn)生的微小誤差。如果一個(gè)霓虹燈或彩燈的掃描花樣在整個(gè)重復(fù)周期內(nèi)沒有一時(shí)刻可使所有分機(jī)控制的燈光全部熄滅，則改用另一方法消除上述微小誤差主機(jī)、分機(jī)電源都由總電源供給，在一個(gè)重復(fù)周期開始前由主機(jī)向所有分機(jī)發(fā)出一個(gè)信號(hào)，當(dāng)分機(jī)收到這個(gè)信號(hào)時(shí)，進(jìn)行程序轉(zhuǎn)移的操作，使所有分機(jī)和主機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)移到一個(gè)預(yù)定位置重復(fù)執(zhí)行程序，在此期間各分機(jī)控制的霓虹燈將不會(huì)熄滅。在順序是周期性重復(fù)的情況下，單元掃描控制器可用于其他需要進(jìn)行順序控制的場(chǎng)合。
每臺(tái)單元掃描控制器內(nèi)同時(shí)具備作為主機(jī)的發(fā)出信號(hào)功能(或關(guān)機(jī)功能)和作為分機(jī)的接收信號(hào)功能，通過使用不同的接線柱，確定一臺(tái)單元掃描控制器是主機(jī)還是分機(jī)，這時(shí)主機(jī)與分機(jī)，分機(jī)與主機(jī)可以任意互換。
為了降低成本，可以省去分機(jī)中的發(fā)出信號(hào)線路(或關(guān)機(jī)線路)，這時(shí)主機(jī)不能與分機(jī)互換，分機(jī)可以與分機(jī)任意互換。第二種實(shí)施方案(用于特殊要求訂制生產(chǎn))在第一種實(shí)施方案中，每臺(tái)單元掃描控制器有相同的控制路數(shù)，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)需增加的控制路數(shù)遠(yuǎn)小于每臺(tái)單元掃描控制器的路數(shù)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)，有時(shí)因安裝位置限制也不能采用現(xiàn)成的單元掃描控制器。
本方案的單元掃描控制器仍分為主機(jī)和分機(jī)。主機(jī)和分機(jī)的控制路數(shù)可以根據(jù)需要訂制，列舉如下1、主機(jī)控制路數(shù)有一定范圍可以改變，分機(jī)路數(shù)統(tǒng)一不變。根據(jù)一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)大小改變主機(jī)控制路數(shù)，即可適應(yīng)要求。分機(jī)之間可以互換，主機(jī)與分機(jī)不可互換。
2、主機(jī)和分機(jī)的控制路數(shù)都有一定范圍可以改變，根據(jù)實(shí)際需要作出調(diào)整，主機(jī)、分機(jī)之間都不可互換。
其他技術(shù)原理與第一種實(shí)施方案相同。第三種實(shí)施方案(用于低成本系統(tǒng))與第一種實(shí)施方案不同，本實(shí)施方案不采用單片計(jì)算機(jī)，每臺(tái)單元掃描控制器由電源、程序存儲(chǔ)器、用于產(chǎn)生地址的地址計(jì)數(shù)器(合稱為EPROM系統(tǒng))以及多功能指撥開關(guān)、輸出接口和功率控制電路組成，每臺(tái)單元掃描控制器可控制若干路負(fù)載(例如8路、16路等)，在一個(gè)控制系統(tǒng)中使用若干臺(tái)單元掃描控制器，其中一臺(tái)為主機(jī)，其余的為分機(jī)。每臺(tái)單元掃描控制器采用相同頻率的晶體振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)，或采用交流電源的過零脈沖信號(hào)作為同步信號(hào)。在接通電源時(shí)，由復(fù)位電路對(duì)地址計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位，同步信號(hào)經(jīng)分頻后向地址計(jì)數(shù)器提供脈沖，分頻系數(shù)由一個(gè)指撥開關(guān)來調(diào)整。地址計(jì)數(shù)器的輸出線與程序存儲(chǔ)器的部分地址線相連，當(dāng)?shù)刂酚?jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)，程序存儲(chǔ)器相應(yīng)地址的數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)輸出接口驅(qū)動(dòng)功率控制線路，對(duì)外接負(fù)載進(jìn)行控制，程序存儲(chǔ)器的其他地址線與多功能指撥開關(guān)相連，當(dāng)多功能指撥開關(guān)撥于不同位置時(shí)，讀取程序存儲(chǔ)器不同部分的內(nèi)容，從而可以使用相同的程序存儲(chǔ)器按多功能指撥開關(guān)的編碼控制相應(yīng)的負(fù)載。與第一種實(shí)施方案相同，多功能指撥開關(guān)可以選擇臺(tái)數(shù)、臺(tái)號(hào)、花樣。因程序運(yùn)行有周期性重復(fù)的特點(diǎn)，如果一個(gè)周期中分機(jī)所控制的負(fù)載有全部關(guān)斷的時(shí)刻，則可利用主機(jī)在此刻對(duì)分機(jī)進(jìn)行一次關(guān)、開電源的操作，以消除晶體頻率漂移或過零信號(hào)受到干擾所產(chǎn)生的誤差；如果一個(gè)周期中沒有一個(gè)時(shí)刻可以安排分機(jī)統(tǒng)一關(guān)斷電源，則由主機(jī)在每個(gè)周期開始前給所有分機(jī)發(fā)出一個(gè)統(tǒng)一信號(hào)，分機(jī)接到信號(hào)后使地址計(jì)數(shù)器復(fù)位，從而使每臺(tái)機(jī)的程序從指定的位置重復(fù)執(zhí)行，以消除誤差。
本單元掃描控制器的主要優(yōu)點(diǎn)是采用主機(jī)定期對(duì)分機(jī)進(jìn)行關(guān)機(jī)、開機(jī)的操作或由主機(jī)定期向分機(jī)發(fā)出復(fù)位信號(hào)，從而保障同步的可靠進(jìn)行，因霓虹燈掃描的重復(fù)周期一般不超過10分鐘，晶體頻率偏差可控制在±50ppm以內(nèi)，使用6MHz的晶體在10分鐘內(nèi)產(chǎn)生的誤差不會(huì)超過±0.03秒，小于人眼視覺暫留的分辨時(shí)間，只要每個(gè)周期進(jìn)行一次關(guān)機(jī)、開機(jī)操作或復(fù)位操作，就可以保證系統(tǒng)長期同步運(yùn)行。
本單元掃描控制器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是采用高頻晶體振蕩信號(hào)作為同步運(yùn)行的基礎(chǔ)。因在霓虹燈牌的現(xiàn)場(chǎng)存在由霓虹燈電子變壓器產(chǎn)生的50KHz左右的干擾信號(hào)以及其他諧波干擾，如果采用100Hz的過零信號(hào)作為同步運(yùn)行的基礎(chǔ)，在兩個(gè)有效脈沖之間會(huì)有大量高頻脈沖干擾的可能，但如果用6MHz的高頻信號(hào)作為同步運(yùn)行的基礎(chǔ)，因它比50KHz的干擾源頻率高，所以這種干擾機(jī)會(huì)就大大減小，此優(yōu)點(diǎn)只限第一、第二種實(shí)施方案和第三種實(shí)施方案中使用晶體振蕩器的情形，第三種實(shí)施方案中的另一情形雖沒有此優(yōu)點(diǎn)，但因有定時(shí)關(guān)、開機(jī)或復(fù)位這一優(yōu)點(diǎn)，仍不失為一種明顯的進(jìn)步。
本單元掃描控制器第一種實(shí)施方案的最顯著優(yōu)點(diǎn)是統(tǒng)一性和互換性，因分機(jī)完全相同，包括程序存儲(chǔ)器都完全相同，有利于大量生產(chǎn)和提高產(chǎn)品質(zhì)量，也有利于使用者預(yù)先購買和隨時(shí)更換。
原來需專業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的現(xiàn)象變?yōu)橹恍杵胀姽び脗溆脵C(jī)快速更換，明顯提高工作效率，降低經(jīng)營成本。況且，各單元掃描控制器因互相獨(dú)立，所以一臺(tái)損壞不會(huì)對(duì)其他機(jī)產(chǎn)生影響，即不會(huì)造成故障擴(kuò)大，提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性。
本產(chǎn)品的原理框圖如

圖1所示。
主機(jī)由220V電源直接供電。單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按多功能指撥開關(guān)設(shè)置的編碼通過輸出接口控制相應(yīng)的負(fù)載，同時(shí)通過電源開關(guān)控制分機(jī)的電源。
分機(jī)由主機(jī)提供電源，也根據(jù)其多功能指撥開關(guān)設(shè)置的編碼通過輸出接口控制相應(yīng)的負(fù)載。一個(gè)統(tǒng)一的外接開關(guān)可以使主機(jī)、分機(jī)同時(shí)進(jìn)入常亮、停止掃描等狀態(tài)。
本產(chǎn)品的一個(gè)實(shí)施例的電路原理圖如圖2所示。
變壓器TR1、整流橋B1、電解電容E1和三端穩(wěn)壓器U06組成電源電路，供給各集成電路電源。變壓器TR2、整流橋B2、電解電容E2為觸發(fā)電路提供電源，單片機(jī)U01、輸入輸出接口U02、鎖存器U03、程序存儲(chǔ)器U04、石英晶體X1、電容C1、C2組成單片機(jī)系統(tǒng)，電阻R3和電容E3組成單片機(jī)U01的復(fù)位電路，電阻R4和電容E4組成輸入輸出接口U02的復(fù)位電路。電阻排U05，指撥開關(guān)S1至S20組成的編碼開關(guān)用于指定單元掃描控制器的臺(tái)數(shù)、臺(tái)號(hào)、花樣和速度等，三極管N1-N12、發(fā)光管L1-L12、可控硅T1-T12組成功率輸出電路用于控制外界負(fù)載，三極管N13、發(fā)光管L13、可控硅T13組成的電源控制電路用于主機(jī)對(duì)分機(jī)電源的控制。
本產(chǎn)品的另一個(gè)實(shí)施例的電路原理圖如圖3所示。
橋式整流器B1、電解電容E2、三端穩(wěn)壓器V1組成的電源給電路提供5V的直流電，橋式整流器B2、電解電容E1為觸發(fā)電路提供電源。電阻R20、電容E3組成計(jì)數(shù)器IC3、IC2的復(fù)位電路。電阻R21、R22將經(jīng)整流橋B1整流成脈動(dòng)直流電的電壓進(jìn)行分壓，經(jīng)電容C2濾除高頻信號(hào)后輸入到運(yùn)放IC5的同相端，與由電阻R23、R24提供的參考電壓進(jìn)行比較，再經(jīng)電阻R25、R26、電容C1組成的移相網(wǎng)絡(luò)移相，與參考電壓比較后輸出過零負(fù)脈沖信號(hào)，經(jīng)電阻R30、電容C3濾波送計(jì)數(shù)器IC4進(jìn)行分頻，SW1用于選擇分頻系數(shù)，分頻后的信號(hào)送計(jì)數(shù)器IC3、IC2組成的地址產(chǎn)生線路給程序存儲(chǔ)器IC1提供地址。
程序存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)信號(hào)D0-D7輸出至三極管N0，N1-N7進(jìn)行放大，其中N0經(jīng)光耦MOC0控制雙向可控硅T0用于主機(jī)對(duì)分機(jī)電源的控制，作為分機(jī)時(shí)可用于普通負(fù)載的控制，N1-N7直接控制雙向可控硅，T1-T7用于普通負(fù)載的控制。
權(quán)利要求
1.一種用于順序控制的掃描控制器，每臺(tái)都可以獨(dú)立工作，輸出一定數(shù)量的開關(guān)信號(hào)，稱為單元掃描控制器，由若干個(gè)單元掃描控制器共同對(duì)一個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，其特征是整個(gè)系統(tǒng)中的一臺(tái)單元掃描控制器為主機(jī)，其余的為分機(jī)，主機(jī)和分機(jī)采用同步運(yùn)行方式，并且由主機(jī)定期向所有分機(jī)同時(shí)提供某種信號(hào)以消除各單元掃描控制器之間的微小時(shí)間誤差，防止誤差積累，從而保證整個(gè)系統(tǒng)長期可靠同步運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元掃描控制器，其特征是每臺(tái)單元掃描控制器由其中的若干個(gè)雙向可控硅對(duì)外界負(fù)載進(jìn)行通斷的順序控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元掃描控制器，其特征是每臺(tái)單元掃描控制器由其中的輸出接口電路(例如光電耦合器或集電極開路輸出電路)向外界提供開關(guān)信號(hào)，以適應(yīng)直流負(fù)載或需另加驅(qū)動(dòng)電路的場(chǎng)合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元掃描控制器，其特征是每臺(tái)單元掃描控制器使用相同頻率的石英晶體配合單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行同步運(yùn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元掃描控制器，其特征是每臺(tái)單元掃描控制器使用相同頻率的石英晶體，配以可選擇分頻系數(shù)的分頻器產(chǎn)生低頻同步信號(hào)，用于EPROM系統(tǒng)的同步運(yùn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元掃描控制器，其特征是各單元掃描控制器采用單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或EPROM系統(tǒng)，由主機(jī)定期地關(guān)斷并隨即接通所有分機(jī)的電源，使所有分機(jī)同時(shí)重新啟動(dòng)，以消除一段時(shí)間內(nèi)分機(jī)之間及主機(jī)與分機(jī)之間所產(chǎn)生的時(shí)間誤差，保證可靠同步運(yùn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元掃描控制器，其特征是各單元掃描控制器采用單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主機(jī)定期地向所有分機(jī)同時(shí)提供一個(gè)信號(hào)，分機(jī)收到信號(hào)后隨即進(jìn)行某種操作，使程序跳轉(zhuǎn)至預(yù)定的位置執(zhí)行，以消除分機(jī)之間及主機(jī)與分機(jī)之間所產(chǎn)生的時(shí)間誤差，保證可靠同步運(yùn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元掃描控制器，其特征是各單元掃描控制器采用EPROM系統(tǒng)，主機(jī)定期地向所有分機(jī)同時(shí)提供一個(gè)信號(hào)，分機(jī)收到信號(hào)后，對(duì)機(jī)內(nèi)用于產(chǎn)生地址的計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位操作，使所有單元掃描控制器的程序從預(yù)定位置重新執(zhí)行，從而消除各單元掃描控制器之間的時(shí)間誤差，保證可靠同步運(yùn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元掃描控制器，其特征是對(duì)每個(gè)單元掃描控制器設(shè)置一個(gè)代碼，用指撥開關(guān)可以改變代碼的設(shè)置，一個(gè)系統(tǒng)中的所有分機(jī)除指撥開關(guān)所設(shè)置的代碼不同以外，沒有任何區(qū)別，使用1臺(tái)備用的分機(jī)可以更換系統(tǒng)中的任一臺(tái)分機(jī)。主機(jī)與分機(jī)可以完全相同，通過不同的接線方式加以區(qū)別；主機(jī)與分機(jī)也可以有所不同，這時(shí)主機(jī)與分機(jī)不可互換。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元掃描控制器，其特征是，在一個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)總的開關(guān)，通過撥動(dòng)這個(gè)開關(guān)，可以同時(shí)向每臺(tái)單元掃描控制器提供一個(gè)信號(hào)，這種信號(hào)可以是一個(gè)開關(guān)信號(hào)，也可以是一個(gè)電壓信號(hào)，經(jīng)整流降壓后通過光耦轉(zhuǎn)換或開關(guān)信號(hào)，當(dāng)單元掃描控制器收到此開關(guān)信號(hào)后，即進(jìn)行某種操作，使所有單元掃描控制器同時(shí)進(jìn)入一種指定的狀態(tài)(如常亮或停止掃描)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種單元掃描控制器,主要用于霓虹燈、彩燈和彩虹管的掃描控制。單元掃描控制器有主機(jī)和分機(jī),每個(gè)控制系統(tǒng)使用1臺(tái)主機(jī)和若干臺(tái)分機(jī),通過主機(jī)向分機(jī)定期提供信號(hào)使控制系統(tǒng)能夠長期可靠地同步運(yùn)行,只須撥動(dòng)幾個(gè)指撥開關(guān),可以用1臺(tái)備用機(jī)更換控制系統(tǒng)上的任一臺(tái)單元掃描控制器。
文檔編號(hào)H04N1/047GK1209013SQ9810134
公開日1999年2月24日 申請(qǐng)日期1998年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月10日
發(fā)明者焦冶宏 申請(qǐng)人:焦冶宏