CN1143194C - 用于家用和商业电器的数字电子控制单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于操纵家用和商业电器的数字电子控制单元，包括多个线性和非线性传感器(1a-1d)，模拟多路复用器(3)，模拟数字变换器(4)，线性度偏移和灵敏度校正电路(5)，中央控制单元(6)，数字噪声滤波器(7)，数字多路分解器(8)、控制锁存器(9a-9f)，和非易失性存储器(17)。以专用集成电路(ASIC)形式实施的装置导致小型化的和成本经济的控制元件。
Description
发明领域
本发明涉及用于控制家用和商业电器，诸如洗衣机、电冰箱、洗碗机、电烤炉等，的数字电子控制单元。
背景技术
许多现代电器引用控制元件，在它们的控制作用的特性和被控制的参量上是共同的。例如，温度控制是几种不同的电器的共同的要求，诸如，电冰箱、洗衣机、洗碗机、电烤炉等。类似地，小功率交流电动机的通断控制，除了许多其它电器以外，对于上面提到的所有电器常常也是通用的。基于定时器的控制是许多电器中的再一个共同的要求。这些要求也扩展到几种不同的商业电器。
当前在每个这些电器中采用的控制机制常常互相很不相同。此外，在每个电器中通常采用几种不同的控制机制，控制机制的种类数常常是和对于每个控制参量一个分开的控制装置一样多，每个控制装置在最后的电路中合在一起，以协调的方式执行想要的总的控制功能。这种实施的方式，当与集成的控制系统的使用相结合的能力相比较时，是不经济的和昂贵的，在集成的控制系统中，现代电子技术提供的优点被利用到最充分的程度来提供集成的、小型化装置，它是成本经济的和运行上有效的实施和能量消耗。
电器中用于控制的一些共同参量是：
(1)温度
(2)液面高度
(3)局部马力交流或直流电动机的通断控制
(4)时序
(5)事件-诸如开关闭合/打开。
另外，一些共同的要求是：
(1)音频输出(例如，当需要衰减时提醒用户)
(2)由用户进行的、控制参量的按钮/族转调节
(3)由可视装置(指示器或显示器)给出的、用户选择/事件/参量值的显示。
单片芯片形式的、各种控制功能的装置导致灵活的“电子控制元件”，提供装置的低成本，小体积、易于实施和高可靠度的最大优点。今天没有已知的等价的实施方案可供使用。
用于某些控制参量(诸如温度)的、基于微处理器的实施方案是已知的。这些接近于实现某些优点，但没有达到某些共同的要求的最佳化实施方案，诸如双向三端点火控制，交流电动机保护控制和到传感器的接口。这些要求通常需要引用附加的外部电路和接口，减弱实施方案的有效性。
发明内容
本发明的目的是提供数字电子控制电路，它提供在打算用于家用和商业应用的电器中使用的一种有效的、小型化的、可靠的、和成本经济的控制机制。
为了达到所述的目的，本发明提供数字电子控制单元，包括：
-多个传感器驱动电路，每个电路驱动外部传感元件，所述传感元件把传感的参量变换成电信号，
-模拟多路复用器，接收来自外部传感元件的信号和选择地把其中一个信号路由到它的输出端，
-模拟数字变换器，被连接的所述模拟多路复用器的输出端，它把多路复用器的输出变换成数字形式，
-线性度、灵敏度和偏移校正电路，被连接到所述模拟数字变换器的输出端，用于校正从它接收的数字值，使用被存储在非易失性存储器中的传感器校正数据，
-中央控制单元，从线性度、灵敏度和偏移校正电路接收校正的输出，以及通过使用由非易失性存储器提供的控制数据，产生对于操作电器所必须的控制信号和用于控制所述模拟多路复用器的选择信号，
-数字噪声滤波器，被连接到所述中央控制单元的输出端，消除杂散输出，
-数字多路分解器，被连接到所述数字噪声滤波器的输出端和由所述中央控制单元控制，用于选择由来自所述数字噪声滤波器的输入所连接到的输出端，
-多个控制锁存器，每个被连接到所述数字多路分解器的一个输出端，用于存储从它接收的数字数据和激活电器所必需的部分，以便校正传感的参量，
-非易失性存储器，存储对于操作所述中央控制单元、线性度、灵敏度和偏移校正电路、输出驱动和保护电路所需要的数据和控制参量，
-时钟振荡器，提供对于运行数字电子控制单元的需要的电路所必须的时序信号。
所述传感元件是线性或非线性换能器。
每个所述控制锁存器的输出被连接到输出驱动和保护电路来驱动开关装置，激活电器的必须的部分，以便校正传感的参量。
为提供用户定义的输入和用于定义控制参量的所期望的值，多个用户输入装置经由所述模拟多路复用器模数转换器和线性度偏移和灵敏度校正电路连接到所述中央控制单元。
用户可改变的装置是电位计或开关。
所述的中央控制单元包括用于在电器中除霜的电路。
所述的中央控制单元还包括用于当电器要求时启动延迟操作的电路。
显示驱动单元被连接到所述中央控制单元的输出，用于在外部显示装置上根据用户输入装置选择地显示传感的参量或用户规定的数值。
音频确定装置被连接到所述中央控制单元的输出，用于通过使用外部音频换能器产生音频信号，用于提醒用户注意。
用于给数字电子控制单元供电的电源包含低损耗容性电压降网络，后面有电压箝位装置，整流器和滤波网络，以便提供直流电压。
整个数字电子控制单元，除了电源、传感元件、用户可变装置和外部开关装置以外，都是用定做的专用集成电路(ASIC)实施的，以便提供小型化的和成本经济的控制元件。
ASIC也不包括用来提供较大容量的数据贮存的非易失性存储器，但包括用于连接到外部非易失性存储器的存储器接口块。
输出驱动和保护电路包括热保护电路，过流保护电路，过压保护电路和软启动电路，用于在接通的初始时间间隔期间，提供有效的减小的电压到负载。
中央控制单元和线性度、偏移和灵敏度校正电路是数字逻辑电路。
时钟振荡器的频率在32kHz-25MHz的范围内，优选地是4MHz。
现在将参照附图描述本发明。
附图说明
图1显示按照本发明的、使用用于提供用户可变的输入的电位计的、电子控制单元。
图2显示使用用于提供用户可变的输入的开关的、单元的另一个实施例。
图3显示一个实施例，其中整个电子控制电路，除了电源、外部传感元件、用户可变装置和外部开关装置以外，都用专用集成电路(ASIC)实施。
图4显示以ASIC形式的另一个实施例，其中非易失性存储器也是在ASIC外部的。这使得易于使用较大容量的非易失性存储器。
图5显示输出驱动和保护电路的内部结构。
图6显示无变压器电源，用来为电子控制单元提供电源。
图7显示洗衣机中的电子控制单元的应用。
图8显示电冰箱中的电子控制单元的应用。
具体实施方式
参照附图，项目(1a-1d)显示外部传感元件。传感器驱动电路(2a-2d)为传感器提供偏置信号。模拟多路复用器(3)根据来自中央控制单元(6)的选择数据选择来自一个传感元件的信号，它然后由模拟数字变换器(4)变换成数字形式。这个数字输出由从非易失性存储器(17)接收数字形式的校正因子数据的线性度、灵敏度和偏移校正电路(5)对于线性度、偏移和灵敏度进行校正。整个校正的数字输出被提供给存储该数据的中央控制单元(6)。用户输入是借助于外部电位计(12a-12c)接收的，以及连同从线性度、灵敏度和偏移校正电路(5)接收的、存储的数字数据一起被中央控制单元(6)使用，以便产生用于校正传感的参量的控制信号。这个控制信号被传送到数字滤波器(7)，去除噪声，然后被加到数字多路分解器(8)的输入端，它在中央控制单元(6)的控制下把信号路由到一个控制锁存器(9a-9f)。每个控制锁存器的输出被连接到输出驱动和保护电路(10a-10f)。每个输出驱动和保护电路驱动外部开关装置(11a-11f)，激活电气器具的相关的部分，以便校正传感的参量。所述中央控制单元(6)包括用于除霜操作(未示)和当电器要求时用于启动延迟操作(未示)的电路。中央控制单元(6)驱动显示驱动单元(13)，用于在外部显示单元(14)上显示用户输入或传感的参量，也驱动音频驱动单元(15)，用于通过外部音频换能器(16)提供音频输出。时钟电路(18)和非易失性存储器(17)被连接到电路中所指示的各个点。
图2上，用户可变输入是从外部开关(20a-20c)发起的，而不是电位计。
图3显示了不包括外部块(1a-1d)，(11a-11f)，(12a-12c)，(14)，(16)，(19)和(20a-20c)的电子控制单元的实施方案，是以专用集成电路(ASIC)(22)的形式，以便提供非常小型化和成本经济的解决方案。
图4显示了使用ASIC(22)的另一个实施例，其中非易失性存储器是在ASIC外部，以便提供较大的贮存容量。非易失性存储器接口块(23)被提供在ASIC中，用来连接到外部非易失性存储器(24)。
图5显示每个输出驱动和保护电路的内部结构。在每个输出驱动和保护电路内的过流保护(25)，过热保护(26)，和过压保护(27)电路监视在每个外部开关装置(11a-11f)的输出端的电条件，以及在过载条件下限制或关断驱动。此外，软启动驱动电路(28)提供逐渐启动驱动信号，以便使得外部开关装置(11a-11f)以及负载(电器)上的过冲最小化。
图6显示2到8伏的无变压器电源(29)。用来为数字电子控制单元提供电源。容性电压降网络(30)，连同电压箝位齐纳二极管(31)把输入高压交流电压减小到低的数值。这个低数值的交流电压然后被二极管(32)整流和滤波，然后被电容(33)滤波，以便产生低压直流电源，馈电给电路。
图7显示洗衣机(35)中的电子控制单元的应用。被放置在洗衣缸内的水的水位传感元件(35)传感缸中的水的液面高度，在洗衣缸内的温度传感元件(36)传感水的温度，而被放置在洗净剂供应槽内的洗净剂水位传感元件(37)传感洗净剂的液面高度。加水阀门(38)，加热线圈(39)，加洗净剂阀门(40)，搅拌电动机(41)，电机反转开关(42)，和放水阀门(43)由电子控制单元(45)根据从各个传感元件接收的信号被控制。状态和用户设置被显示在机器-用户接口板(46)，以及当需要时，在音频单元(47)上发出报警。
图8显示电冰箱(48)中的电子控制单元的应用。被放置在冷冻室内的温度传感元件(49)传感在冷却线圈(50)附近的温度，被放置在主室内的、另一个温度传感元件(51)传感在该室内的温度，而第三个温度传感元件(52)传感压缩机外壳的温度。位于门框上的门开关(53)传感冰箱门的开启-闭合条件。数字电子控制单元(54)接收来自每个这些传感元件的信号和根据从每个传感元件和开关接收的信号，操作压缩机单元(55)，循环风扇(56)，冰箱灯(57)，和门开启报警(58)。
工作：
传感元件(1a-1d)(它可以是线性或非线性换能器)由传感器驱动电路(2a-2d)驱动，和根据传感的参量产生模拟电压信号。这些模拟低压信号被加到模拟多路复用器(3)的输入端。模拟多路复周器(3)在从中央控制单元(6)接收的信道选择信号的控制下，输出来自一个传感元件的信号到模拟数字变换器(4)。模拟数字变换器(4)产生数字输出，它是被提供在它的输入端上的模拟电压的等价物。这个相应于从选择的传感元件接收的信号的数字输出被线性度、灵敏度和偏移校正电路(5)接收，和通过使用被存储在非易失性存储器(17)中的数据而被线性度、灵敏度和偏移校正电路修正，以便校正在传感元件输出中的非线性、偏移和灵敏度偏差。这产生校正的、数字的、传感参量值。中央控制单元和线性度、灵敏度和偏移校正电路是数字逻辑电路。
校正的传感参量值被中央控制单元(6)存储，它接收对于每个传感元件的这些值。此外，中央控制单元(6)也接收来自电位计(12a-12c)或开关(20a-20c)的用户提供的输入。这些输入的数值和被存储的参量值由中央控制单元(6)根据由非易失性存储器(17)提供的控制数据进行估值。估值的结果是数字形式，它由中央控制单元(6)连同用来确定该结果被路由到的输出端的选择信号一起被输出到多路分解器(7)的输入端。估值序列以重复方式对于多路分解器的每个输出端被重复进行。
中央控制单元(6)还包括用于除霜操作和若电器要求时启动延迟操作的电路。
另外，中央控制单元(6)也输出数字信号，用于根据由非易失性存储器(17)提供的控制数据来驱动显示驱动单元(13)和音频驱动单元(15)。
来自多路分解器的输出根据由中央控制单元(6)产生的选择控制信号，被存储在控制锁存器(9a-9f)中的一个锁存器，以及被使用来使能/禁止相应的输出驱动和保护电路(10a-10f)。每个输出驱动和保护电路(10a-10f)当由它的相应的控制锁存器(9a-9f)被使能时，产生对驱动外部开关装置(11a-11f)所必须的信号，以便激活电气器具的相关的部分，校正传感的参量。输出驱动和保护电路(10a-10f)也连续地监视负载条件，以及如果遇到过载条件，禁止对于外部开关装置(11a-11f)的驱动。
基于石英晶体振荡器的、在32kHz-25MHz的频率范围内的时钟电路(16)产生对于运行每个电路块所必须的全部时序信号。而电源(18)提供必要的电压和电流给电子控制单元的每个电路块。
Claims (16)
1.数字电子控制单元，其特征在于：
-多个传感器驱动电路，每个电路驱动外部传感元件，所述传感元件把传感的参量变换成电信号，
-模拟多路复用器，接收来自外部传感元件的信号和选择地把其中一个信号路由到它的输出端，
-模拟数字变换器，被连接的所述模拟多路复用器的输出端，它把多路复用器的输出变换成数字形式，
-线性度、灵敏度和偏移校正电路，被连接到所述模拟数字变换器的输出端，用于校正从它接收的数字值，使用被存储在非易失性存储器中的传感器校正数据，
-中央控制单元，从线性度、灵敏度和偏差校正电路接收校正的输出，以及通过使用由非易失性存储器提供的控制数据，产生对于操作电器所必须的控制信号和用于控制所述模拟多路复用器的选择信号，
-数字噪声滤波器，被连接到所述中央控制单元的输出端，消除杂散输出，
-数字多路分解器，被连接到所述数字噪声滤波器的输出端和由所述中央控制单元控制，用于选择由来自所述数字噪声滤波器的输入所连接到的输出端，
-多个控制锁存器，每个被连接到所述数字多路分解器的一个输出端，用于存储从它接收的数字数据和激活电器的必须的部分，以便校正传感的参量，
-非易失性存储器，存储对于操作所述中央控制单元、线性度、灵敏度和偏差校正电路、输出驱动和保护电路所需要的数据和控制参量，
-时钟振荡器，提供对于运行数字电子控制单元的需要的电路所必须的时序信号。
2.如权利要求1要求的数字电子控制单元，其特征在于，所述传感元件是线性或非线性换能器。
3.如权利要求1要求的数字电子控制单元，其特征在于，所述中央控制单元和所述线性度偏移和灵敏度校正电路是数字逻辑电路。
4.如权利要求1要求的数字电子控制单元，其特征在于，所述中央控制单元包括在制冷电器中的除霜操作电路。
5.如权利要求1要求的数字电子控制单元，其特征在于，所述中央控制单元包括在使用单相交流电机的电器中的启动延迟电路。
6.如权利要求1要求的数字电子控制单元，其特征在于，每个所述控制锁存器的输出被连接到输出驱动和保护电路来驱动开关装置，激活电器的必须的部分，以便校正传感的参量。
7.如权利要求1要求的数字电子控制单元，其特征在于，为了提供用于规定想要的控制参量的数值，多个用户输入装置通过多路复用器，模拟数字变换器以及线性度偏移与灵敏度校正电路，被连接到所述中央控制单元。
8.如权利要求1要求的数字电子控制单元，其特征在于，用户可变装置是电位计或开关。
9.如权利要求1要求的数字电子控制单元，其特征在于，显示驱动单元被连接到所述中央控制单元的输出，用于在外部显示装置上根据用户输入装置选择地显示传感的参量或用户规定的数值。
10.如权利要求1要求的数字电子控制单元，其特征在于，音频确定装置被连接到所述中央控制单元的输出，用于通过使用外部音频换能器产生音频信号，以便提醒用户注意。
11.如权利要求1要求的数字电子控制单元，其特征在于，用于给数字电子控制单元供电的电源包含容性电压降网络，后面有电压箝位装置，整流器和滤波网络，以便提供直流电压。
12.如权利要求1要求的数字电子控制单元，其特征在于，整个数字电子控制单元，除了电源、传感元件和外部开关装置以外，都是用定做的专用集成电路(ASIC)实施的，以便提供小型化的和成本经济的控制元件。
13.如权利要求12要求的数字电子控制单元，其特征在于，ASIC也不包括用来提供较大容量的数据贮存的非易失性存储器，但包括用于连接到外部非易失性存储器的存储器接口块。
14.如权利要求1要求的数字电子控制单元，其特征在于，输出驱动和保护电路包括热保护电路，过流保护电路，过压保护电路和软启动电路，用于在接通的初始时间间隔期间，提供加到负载的有效地减小的电压启动。
15.如权利要求1要求的数字电子控制单元，其特征在于，时钟振荡器的频率在32kHz-25MHz的范围内。
16.如权利要求15要求的数字电子控制单元，其特征在于，时钟振荡器的频率是4MHz。
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