数字电子控制单元 本发明涉及一种用于控制例如洗衣机，电冰箱，洗碗机，电子炉等类似的家用及商用器具功能的具有基于实时时钟控制，遥控和联网能力的数字电子控制单元。
技术背景
许多用于工业或商业应用中的现代控制系统具有以下特性：
1〕基于实时时钟(日期)的控制动作。
2〕将各种装置联网以便于共享资源或数据，并从而能够通过网络远程使用一装置。
3〕使用手持远程控制装置来实施远程控制。
在控制系统中计算机的利用进一步增大了对这种交互通讯的需求。同时，互联网的快速发展以及其快速扩展进入到办公室和家庭中，从而向在不远将来成为“网络社会”的发展也会产生将各个部分联网起来的需求。上述发展导致了以下需求：即使家庭中的普通设备也要具有通讯能力。因此希望家用器具也要具备这种性能。
在大部分具有这种性能的设备设计中都采用了微机或微控制器，并将其作为控制的关键部件。尽管这种方法也很好，但这种方法在许多应用中还不是成本效益比最低或最有效的。特别是，对成本敏感的、应用广泛的家电当使用微控制器时需要例如AC电源开关装置等具体的接口电路，这样还需要其他硬件。而所需的其他硬件将会很容易十分明显地增加器具控制部分的成本和体积。具体定制硬件可以提供较好的解决方法，但是现有的这种定制硬件的设计对于某个具体器具来说都非常专业。因此各种器具产品需要有其自己的定制硬件的专用设计。
最希望的解决方案是提供一种适合于整个家电领域，可以为各种具体产品所采用的专用设计的硬件。这种设计将使基于微处理器的设计具有更大地灵活性，还可满足低成本小体积的要求。
本发明的目的是提供一种用于家用和商用器具的灵活的数字电子控制单元，这种控制单元具有实时控制、遥控和联网的特性。
为了达到所述目的，本发明所提供的数字电子控制单元具有以下特征：
多个传感器驱动电路，其中每个电路驱动一个外部传感元件，所述传感元件可将所检测到的参数转换成电子信号，
一个模拟多路转接器，该转接器用于接收来自各个外部传感元件的信号，并有选择地将各个信号传输到其相应的输出端，
一个与所述模拟多路转接器的输出端相连接的模数转换器，该模数转换器将多路转接器的输出信号转换成数字形式，
一个与所述模数转换器的输出端相连接的线性灵敏度及偏移校正电路，该电路根据存储在非易失性存储器中的传感器校正数据对从模数转换器所接收到的数字信号进行校正，
一个中央控制单元，用于接收来自所述线性偏移及灵敏度校正电路的经校正的输出信号，并产生器具工作所需的控制信号，还可根据非易失性存储器所提供的控制数据产生用于控制所述模拟多路转接器的选择信号，
一个与所述中央控制单元的输出相连接以消除其中的伪输出信号的数字噪声滤波器，
一个与所述数字噪声滤波器的输出相连接的数字分路器，该分路器受所述中央控制单元的控制，以选择出来自所述数字噪声滤波器的输入将要连接到的输出通道，
多个控制锁存器，每个锁存器与所述数字分路器的输出相连接，用于存储从分路器所接收到的数字数据并激励为了校正所检测到的参数所需的器具的相应部分，
一个非易失性存储器，该存储器用于存储用于使所述中央控制单元、线性灵敏度及偏移校正电路、输出驱动及保护电路工作所需的数据和控制参数，
一个用于提供数字电子控制单元中所需电路工作所必需的定时信号的时钟振荡器，
所述中央控制单元的输入端还与至少一个下述的器件相连接：
一个提供日期数据的实时时钟，
一个可使器具接收用户输入且可对来自一遥控装置的用户输入信号产生响应的遥控接口单元，
一个可实现数字控制单元和其他设备之间的双向数据交换的网络接口单元。
所述遥控接口单元是一个红外或超声或射频遥控接口单元。
所述网络接口单元可用于以传输控制协议/网间协议(TCP/IP)为基础的例如互联网连接等网络。
所述网络接口单元可用于以控制器区域网络(CAN)为基础的网络中。
所述传感元件是线性或非线性传感器。
所述中央控制单元和所述线性偏移及灵敏度校正电路是数字逻辑电路。
各个所述控制锁存器的输出与一个输出驱动及保护电路相连接，以驱动一个开关装置从而激励校正检测到的参数所需的器具相应部分。
为了提供用户确定的输入以及选择确定所希望得到的控制参数值，将多个用户输入装置通过所述模拟多路转接器、模数转换器、和线性偏移及灵敏度校正电路连接到所述中央控制单元上。
用户变量装置为电位计或开关。
一个显示驱动单元与所述中央控制单元的输出相连接，用于选择性地将检测到的参数或来自用户输入装置的用户数值显示在一个外部显示装置上。
一个音频驱动单元与所述中央控制单元的输出相连接，用于通过利用一个外部音频传感器而产生引起用户注意的音频信号。
用于为数字电子控制单元提供能量的电源中包含有一个低损耗电容式压降电路、一个电压钳位元件、一个整流及滤波电路，以形成所需的DC电压。
包含有实时时钟、遥控接口单元和网络接口单元但不包含电源、外部传感元件、用户变量装置和外部开关装置的整个数字电子控制电路构成一个特制的专用集成电路(ASIC)来提供一种微型且成本效益低的控制部件。为了提供更大的数据存储容量，所述ASIC中也不包含非易失性存储器，但其中包含有一个用于与外部非易失性存储器相连接的内存接口模块。
输出驱动及保护电路包含一个热保护电路、一个过电流保护电路、过电压保护电路和一个用于在初始开机过程可以有效降低负载启动电压的软启动电路。
时钟振荡器的频率范围为32KHZ-25MHz，最好为4MHz。
一个实施例中的网络接口单元用于与例如互联网等以TCP/IP为基础的网络相连接。
在另一个实施例中，网络接口单元设计用于与一个ControllerArea Network(CAN)系统相连接。
而在另一个实施例中，网络接口单元设计用于与电缆网络相连接。
我们的在审查中的第PCT/IN99/00029号PCT申请中也描述了一种数字电子控制单元。但本申请中所涉及到的具有联网、遥控和利用实时时钟而可以实现基于日期控制功能的设备在前述在审查中的申请中没有记载。
下面将参照相关附图对本发明进行详细描述：
附图1表示的是本发明中所述的包含实时时钟，远程控制接口和网络接口的数字电子控制单元，该控制单元中还利用了电位计来提供用户变量输入。
附图2表示的是利用开关来提供用户变量输入的本发明中所述的另一个实施例。
附图3所表示的实施例中，包含有实时时钟、遥控接口单元和网络接口单元但不包含电源、外部传感元件、用户变量器件和外部开关装置的整个数字电子控制电路构成一个专用集成电路(ASIC)。
附图4表示采用ASIC的另一个实施例，其中非易失性存储器也处在ASIC外部，以便于可以利用更大容量的非易失性存储器。
附图5表示输出驱动及保护电路的内部结构。
附图6表示用于为电子控制单元供电的无变压器式电源。
附图7表示应用在洗衣机中的电子控制单元。
附图8表示应用在冰箱中的电子控制单元。
在所示附图中，附图标记(1a-1d)表示的是外部传感元件。传感驱动电路(2a-2d)用于为传感器提供偏置信号。模拟多路转接器(3)根据来自中央控制单元(6)的选择数据从某个传感元件中选取信号，之后通过模数转换器(4)将所选信号转换成数字信号。输出的数字信号接着通过线性灵敏度及偏移校正电路(5)以对传感器线性、偏移和灵敏度进行调整，其中所述线性灵敏度及偏移校正电路所接收的数字形式的校正系数数据来自非易失性存储器(17)。经校正的数字输出信号被传送到中央控制单元(6)中存储起来。利用外部电位计(12a-12c)来接收用户输入，中央控制单元(6)再利用所接收到的用户输入及所存储的来自线性灵敏度及偏移校正电路(5)的数字数据来产生用于校正所检测到参数的控制信号。所产生的控制信号接着通过数字滤波器(7)以除去其中噪音，之后将该控制信号作为数字分路器(8)的输入信号，该分路器在中央控制单元(6)的控制下将控制信号按规定路线发送到某一个控制锁存器(9a-9f)中去。每个控制锁存器的输出将被连接到一个输出驱动及保护电路(10a-1Of)中。每个输出驱动及保护电路将会驱动一个外部开关装置(11a-11f)，以激励器具的相关部分去校正所检测到的参数。中央控制单元(6)还驱动一个显示驱动单元(13)，以便于将用户输入或检测到的参数显示在一个外部显示单元(14)上，中央控制单元还驱动一个用于通过一个外部音频转换器(16)来提供音频输出的音频驱动单元(15)。中央控制单元(6)接收来自实时时钟单元(C)的日期数据，其中所述实时时钟单元可使中央控制单元实施基于日期要求的控制动作。与所述中央控制单元(6)相连接的远程控制接口单元(R)还可使器具具备接收来自手持远程控制单元的远程用户输入数据的性能。网络接口单元(N)将所述中央控制单元(6)连接到其他类似的数字控制单元或例如计算机等的其他外部设备上，这样就可实现网络中不同设备之间的数据交换了。时钟电路(18)和非易失性存储器(17)被连接到所示电路中的不同节点上。
在附图2所示实施例中，用户变量输入来自外部开关(20a-20c)而不是来自电位计。
在附图3所表示的电子控制单元实施例中，包含有实时时钟，远程控制接口单元和网络接口单元，而没有包含以专用集成电路(ASIC)(21)形式出现的可提供既微型成本效益又合适的外部模块(1a-1d),(11a-11f),(12a-12c),(14),(16),(19)，和(20a-20c)。
附图4表示的是另一个利用了ASIC(22)的实施例，其中非易失性存储器处在ASIC的外部，以便于提供更大的存储容量。在ASIC中还提供有一个用于连接非易失性存储器(24)的非易失性存储器接口模块(23)。
附图5表示的是各个输出驱动及保护电路的内部结构。各个输出驱动及保护电路内的过流保护(25)，过热保护(26)及过压保护(27)电路对各个外部开关装置(11a-11f)输出端的电子状态进行监测和限制，并在发生过载现象时可切断对开关装置的驱动。另外采用软启动驱动电路(28)就可提供一种梯度启动驱动信号，以便于使施加在外部开关装置(11a-11f)上的应力及负载(器具)最小化。
附图6中表示的是用来为数字电子控制单元提供能量的2至8伏无变压器式电源(29)。一个电容式压降电路(30)和一个电压钳位稳压二极管(31)可以将输入的高电压A.C.降低到一个较低数值。降低后的a.c.电压接着经过二极管(32)进行整流和滤波，接着又经电容(33)滤波而形成供给电路能量的低电压d.c.电源。
附图7表示的是一种应用在洗衣机(34)中的电子控制单元。设置在洗衣桶内的水位传感元件(35)检测桶中的水位，设置在洗衣桶内的温度传感元件(36)检测水的温度。设置在洗衣剂供给盒中的洗衣剂数值传感元件(37)检测洗衣剂供给量。电子控制单元(45)根据所接收到的来自各种检测元件以及来自用户设置键(44)的信号对进水阀(38)，加热线圈(39)，洗衣剂填加阀(40)，振荡电机(41)，反向电机开关(42)和排水阀(43)实施控制。状态及用户设置都可显示在机器的用户接口板(46)上，当需要时单元(47)还可发出报警信号。也可使用手持摇控单元(RC)来实现用户设置以及远程接收状态信息。设在洗衣机前板上的实时时钟可以显示日期信息，还可被用来设置例如在所设时间打开或关闭洗衣机等等控制操作。网络(NW)可将洗衣机与家庭中的其他器具及家用计算机(图中未示出)连接起来，这样便可实现来自家庭内的计算机控制操作。
附图8表示的是应用在冰箱(48)中的电子控制单元。设置在冰箱隔间内的温度传感元件(49)检测冷却螺管附近的温度，另一个设置在主隔间内的温度传感元件(51)检测那个隔间内的温度，而第三个温度传感元件(52)检测压缩腔内的温度。设置在门框上的门开关(53)检测冰箱门的开关状态。数字电子控制单元(54)接收来自各个检测元件的信号，并根据所接收到的来自各个检测元件和开关的信号对压缩机单元(55)，循环风扇(56)，冰箱灯(57)和开门报警器(58)实施操作。另外，设在前面板(FP)上的实时时钟(RCL)显示器可以显示日期信息，还可以以预定时间实施控制操作。设置在数字电子控制单元(NET)中的网络接口还可以将冰箱连接到家庭网络(NET)中去，所述家庭网络将各种器具和一个用于实现监测和控制的中央家庭计算机(图中未示出)连接了起来。
工作过程
传感元件(1a-1d)(可以为线性或非线性传感器)受传感驱动电路(2a-2d)的驱动且能产生相应于检测参数的模拟电压信号。该模拟电压信号作为模拟多路转接器(3)的输入。模拟多路转接器(3)在来自中央控制单元(6)的通道选择信号的控制下将来自某个传感元件的信号输出给模数转换器(4)。模数转换器(4)产生的数字输出信号等效于作为其输入的模拟电压信号。线性灵敏度及偏移校正电路(5)接收与来自所选择传感元件的信号相对应的数字输出信号，并根据在产生数字电子控制单元时存储在非易失性存储器(17)内的数据对传感元件输出中的线性偏移和灵敏度偏差进行校正。这样就形成了一个经校正的数字检测参数值。中央控制单元和线性灵敏度及偏移校正电路都是数字逻辑电路。
经检测的参数值存储在接收来自各个传感元件数值的中央控制单元(6)中。另外，中央控制单元(6)还接收来自电位计(12a-12c)或开关(20a-20c)的用户操作输入信号。中央控制单元(6)按照由非易失性存储器(17)所提供的控制数字对输入值和存储参数值进行处理。经中央控制单元(6)处理的输出信号均为数字值形式，该数字信号与确定输出路径的选择信号一起作为分路器的输入信号。中央控制单元的评估程序针对分路器的每个输出以某种重复方式进行重复。
另外，中央控制单元(6)还可按照非易失性存储器(17)所提供的控制数据输出用于驱动显示驱动单元(13)和音频驱动单元(15)的数字信号。
分路器的输出信号存储在根据中央控制单元(6)所产生的选择控制信号而确定的某个控制锁存器(9a-9f)中，分路器的输出信号也用于允许/禁止相应的输出驱动及保护电路(10a-10f)工作。当各个输出驱动及保护电路(10a-10f)受到与其相应的控制锁存器(9a-9f)的启动时，就会产生驱动用于激励器具的相关部分以校正所检测到参数的外部开关装置(11a-11f)所需要的信号。输出驱动及保护电路(10a-10f)还对负载状态进行连续检测，且当发生过载现象时就会去掉对外部开关装置(11a-11f)所施加的驱动。
实时时钟单元(C)为中央控制单元(6)提供用于实现基于日期值的控制动作的日期输入信号。与所述中央控制单元(6)相连接的遥控接口单元(R)以及可以为红外、超声或射频遥控收发器等的手持遥控装置的应用使得用户可以从远处，而不是必须从数字控制单元的前面板处输入数据。与所述中央控制单元(6)相连接的网络接口单元(N)便于实现该数字控制单元与例如其他类似数字控制单元或计算机之间的连接和信息交换。
基于32KHz-25MHz频率石英晶振的时钟电路(16)可产生所有的各个电路模块运作所需要的时间信号。电源(18)可以为电子控制单元中的各个电路块提供所需要的电压及电流。
在审查中的第()号PCT申请中也描述了一种数字电子控制单元。但本申请中所涉及到的具有联网、遥控和利用实时时钟而可以实现基于日期控制功能的设备在前述在审查中的申请中没有记载。