[发明专利]可配置的电子控制器

说明书

本发明涉及到用于在各种各样的应用中执行控制功能的可配置的电子控制装置。其应用范围从控制家用电器到实现商业、工业和汽车领域中的控制功能。应用在家用电器领域的一些例子有电冰箱和洗衣机、住宅和商业环境中的HVAC(加热、通风和空调)和安全控制、以及汽车领域中乘客车厢的环境控制。控制器可以按照各种方式来配置，以低廉的成本为应用提供灵活和优化的控制。

控制系统被用来以所需要的方式调节一个装置或系统的操作。在大多数情况下，它的作用包括控制诸如温度、压力、水平、流量、位置、速度等等的一或多个物理参数。为了执行这样一种功能，控制系统往往需要检测和测量物理参数值，将测量值与需要的值相比较，然后操作一或多个驱动装置(例如电动机，阀门，加热器)，将这些参数值自动调节到理想的水平。根据具体涉及到的物理参数，采用各种变换器/传感器将物理参数值转换成适合由控制系统处理的信号。在电气/电子控制系统中是转换成适当的电气参数，例如电压、电流、电阻，而在电-气动或机械系统中的转换往往是适当的机械特性、例如是压力，位移。为具体用途选择的变换器/传感器取决于需要测量的物理参数和需要转换成的信号类型。

在绝大多数应用中，电子控制具有超越其他类型控制的内在优点。因此，电子控制的越来越多的应用中取代了机电和电-气动控制。因此，本文的分析将仅限于电子控制器，而所有下文中提到的控制器和控制系统都是指电子控制器和控制系统。

各种变换器/传感器具有不同的接口要求，并且产生具有不同特性的输出信号。控制系统必须提供每一种变换器所需的必要接口条件以及对从变换器接收的信号的处理能力。这样就要求控制系统为不同类型的变换器/传感器提供不同的接口信号。

与此类似，为了对具有不同驱动要求的被测物理参数进行校正或是控制，控制系统需要驱动各种输出装置。例如，DC(直流)电动机和AC(交流)电动机具有不同的驱动要求。在采用AC负载的一些应用中需要简单的ON-OFF(通-断)控制，而其他设备可能需要相位角控制或者是积分-循环控制或积分半循环控制。同样，在控制DC负载时可以采用简单的ON-OFF控制，而其他设备可能需要脉宽调制输出。同样，不同类型的电源开关对操作有不同的要求。三端双向可控硅开关触发要求和开关继电器或接触器的要求是完全不同的。为了实现兼容，每一种情况都需要改变控制器的电子电路。

用户接口也存在各种各样的形式，对电子控制系统各自需要不同的接口。例如电位器这样的模拟装置接口不同于键盘一类数字装置的接口。同样，遥控装置需要的特殊接口也是随着所采用的遥控种类诸如射频、红外线、超声波等等而改变的。显示装置也有许多种类，例如LED、LCD、真空-荧光器件，它们各自需要不同的接口信号。

当今使用的许多电子控制系统是以微处理器/微控制器为基础的，使用软件/硬件来限定系统的操作。然而，上文所述的各种选择不能通过软件的改变来实现。因此，在现行的设计中是通过修改结构来满足要求，并且提供各种需要的电路。这就意味着为一种传感器/变换器设计和制作的控制系统不经过明显的硬件改动就不能用于其他的变换器/传感器。每一种接口对电子电路的要求是不同的。这样就需要有对每一种接口的特制的电路。这种需求是通过两种现有的设计方案实现的。比较廉价的设计是用于特定的一组接口的“硬接线方式”。每一种接口组合采用不同的“硬接线方式”方案。这样会导致许多仅仅是接口规则不同的“模型”或变化。另一方面，较昂贵的控制器是按照一种模块方式来设计的，其中将输入和输出接口设计成独立的模块。可用的模块有许多不同的种类，分别用于各种接口选择。按照需要去安装接口模块就可以配置成用于各种接口选择的控制器。这种配置还可以根据需要而改变。然而，模块结构仍然需要实际地改变模块才能从一种接口选择变换成另一种接口。这种方法往往成本很高，因而仅仅适用于比较昂贵的产品。