智能式多串口交換機的製作方法
2024-02-13 18:14:15
專利名稱：智能式多串口交換機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及工業控制網絡領域，特別涉及一種智能式多串口交換機。
背景技術：
隨著計算機網絡發展，網際網路的興起，越來越多的智能儀器接入網絡已成為一種趨勢。接入乙太網後可以實現數據的共享與遠程管理。但目前大多智能儀器使用的是異步串行通信接口無網絡接口，所以迫切需要一種能將異步串行通信協議轉換為乙太網TCP/IP協議的協議轉換器。在集散式計算機測控領域中，多臺智能儀器要與上位機(即主機)進行聯網通訊，傳統的解決方法是在計算機中加入多串口卡，但在實際的使用過程中多串口卡成本高、使用不方便、維護成本也高，且串行通信在可靠性、傳輸距離方面還是有很大的局限性。若要實現數目眾多的智能儀器與遠端主機之間的通信甚至與多個主機進行通信，多串口卡將不能勝任，並且基於RS-232C或RS-485總線方式的控制網絡會變得非常複雜。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種智能式多串口交換機，可實現現有32臺串行通訊儀器與乙太網之間數據交互，成本低，使用方便。為了達到上述的目的，本實用新型提供一種智能式多串口交換機，包括底板，設置在所述底板上的串行通訊模塊、光耦隔離模塊、串口擴展模塊和乙太網卡模塊，以及核心板；所述串口擴展模塊與所述核心板連接；所述串行通訊模塊通過所述光耦隔離模塊與所述串口擴展模塊連接；所述乙太網卡模塊與所述核心板連接。上述智能式多串口交換機，其中，所述串行通訊模塊為32路RS-422差動電流驅動的串行通訊接口，包括RS-422總線驅動器AM26LS31和RJ-45插口 ；所述RJ-45插口與外部串行通訊儀器連接，所述RS-422總線驅動器AM26LS31實現TTL/C0MS電平的異步通信邏輯與RS-422電平的轉換及驅動。上述智能式多串口交換機，其中，所述串口擴展模塊由8片16C554A晶片組成。上述智能式多串口交換機，其中，所述核心板包括處理器、內存和快閃記憶體；所述內存和快閃記憶體均與所述處理器連接；所述處理器分別連接所述乙太網卡模塊和串口擴展模塊。上述智能式多串口交換機，其中，所述處理器51採用以ARM920T為內核的S3C2440A微處理器，且運行Linux作業系統。上述智能式多串口交換機，其中，所述乙太網卡模塊包括網卡控制器接口晶片DM9000AEP和帶隔離變壓器的HR911105A網口座；所述帶隔離變壓器的HR911105A網口座通過乙太網與外部主機連接；所述網卡控制器接口晶片控制所述帶隔離變壓器的HR911105A網口座與外部主機之間的數據傳輸。 上述智能式多串口交換機，其中，所述智能式多串口交換機還包括USB與JIAG調試模塊，所述USB與JIAG調試模塊與所述核心板連接。[0012]上述智能式多串口交換機，其中，所述智能式多串口交換機還包括串口列印控制臺模塊，所述串口列印控制臺模塊與所述核心板連接。上述智能式多串口交換機，其中，所述智能式多串口交換機還包括啟動模式選擇模塊，所述啟動模式選擇模塊與所述核心板連接。使用本實用新型智能式多串口交換機，無需對傳統串行智能儀器進行更換或者升級，就能將多臺(例如32臺)串行智能儀器接入乙太網，通過乙太網進行數據的遠程傳輸與處理，經濟、快捷。
本實用新型的智能式多串口交換機由以下的實施例及附圖給出。圖1是本實用新型實施例的智能式多串口交換機的示意圖。
具體實施方式
以下將結合圖1對本實用新型的智能式多串口交換機作進一步的詳細描述。參見圖1，本實施例的智能式多串口交換機包括底板I，設置在所述底板I上的串行通訊模塊2、光耦隔離模塊3、串口擴展模塊4、核心板5、USB與JIAG調試模塊6、電源模塊7、啟動模式選擇模塊8、乙太網卡模塊9和串口列印控制臺模塊10 ；所述串口擴展模塊4與所述核心板5連接，用於擴展所述核心板5的串行通信接Π ；所述串行通訊模塊2通過所述光耦隔離模塊3與所述串口擴展模塊4連接，所述串行通訊模塊2用於與外部串行通訊儀器連接，所述光耦隔離模塊3用於通訊的隔離；[0021 ] 所述USB與JIAG調試模塊6、啟動模式選擇模塊8、乙太網卡模塊9和串口列印控制臺模塊10均與所述核心板5連接；往所述核心板5內植入程序通過所述USB與JIAG調試模塊6 ;所述乙太網卡模塊9可通過乙太網與外部主機連接；所述串口列印控制臺模塊10與外部上位機連接，可向外部上位機輸出所述智能式多串口交換機各個模塊運行狀態；所述電源模塊7分別連接所述串行通訊模塊2、光耦隔離模塊3、串口擴展模塊4、核心板5、USB與JIAG調試模塊6、啟動模式選擇模塊8、乙太網卡模塊9和串口列印控制臺模塊10，用於給所述智能式多串口交換機的各個模塊供電。本實施例中，所述串行通訊模塊2為32路RS-422差動電流驅動的串行通訊接口，包括RS-422總線驅動器AM26LS31和RJ-45插口 ；所述RJ-45插口用於與外部串行通訊儀器連接，所述RS-422總線驅動器AM26LS31用於實現TTL/C0MS電平的異步通信邏輯與RS-422電平的轉換及驅動。本實施例中，所述光耦隔離模塊3採用HCPL-2300晶片。本實施例中，所述串口擴展模塊4由8片16C554A晶片組成。繼續參見圖1，所述核心板5包括處理器51、內存52和快閃記憶體53 ;所述內存52和快閃記憶體53均與所述處理器51連接；所述處理器51分別連接所述串口擴展模塊4、USB與JIAG調試模塊6、啟動模式選擇模塊8、乙太網卡模塊9和串口列印控制臺模塊10。本實施例中，所述處理器51採用以ARM920T為內核的S3C2440A微處理器，且運行Linux作業系統；所述內存52採用HY57V561620FTP-H晶片；所述快閃記憶體53採用K9F2G08晶片。[0027]本實施例中，所述乙太網卡模塊9包括網卡控制器接口晶片(DM9000AEP)和帶隔離變壓器的HR911105A網口座；所述帶隔離變壓器的HR911105A網口座可通過乙太網與外部主機連接；所述DM9000AEP用於控制所述帶隔離變壓器的HR911105A網口座與外部主機之間的數據傳輸。所述核心板5、串行通訊模塊2、串口擴展模塊4和光耦隔離模塊3形成串口數據處理及協議轉換功能模塊，完成從外部串行通訊儀器接收數據，向外部串行通訊儀器發送數據，數據處理及轉換工作。所述核心板5和乙太網卡模塊9形成網絡TCP/IP協議轉換功能模塊，該部分主要處理來自網口的數據，由網卡控制器接口晶片進行數據的接收並傳輸給微處理器，微處理器通過移植在它上面的Iinux作業系統完成TCP/IP五層協議的解析與打包工作。數據從串口發往網口時，處理器51將乙太網發送緩衝區(內存)中的串行通信數據包進行封裝並傳輸給IP層；當數據由網口發往串口時，處理器51接收乙太網的數據並開始解析協議、解包等工作，最後分離出應用層數據，然後將應用層數據交付給串口數據處理及協議轉換功能模塊，這樣就實現了數據從網口到串口，再從串口到網口的雙向傳輸。本實用新型軟體的實現為:通過socket編程使得外部主機與所述智能式多串口交換機能夠進行網絡通信，完成乙太網報文和串口數據格式的轉換，成為乙太網與串行通訊儀器之間交互的橋梁。所述智能式多串口交換機主要完成的任務:從串口讀取數據，通過TCP/IP協議，將串口數據幀轉換為網絡套接字(socket)形式發出；同樣也可以接收來自網絡客戶端(外部主機)的數據，通過轉換網關將網絡套接字變為串口數據幀向串口發送。所述智能式串口交換機啟動Linux作業系統並將自動運行根文件系統裡的程序，為每一個串口打開兩路線程函數，這樣，32個串口同時運行時就打開了 64路線程函數，並且在網絡連接正常及客戶端沒有斷開連接時，64路線程函數將不會結束。本實用新型開發了一種基於ARM9和Linux作業系統的嵌入式智能式多串口交換機，該智能式多串口交換機能同時將32臺串行智能儀器接入乙太網，並能準確的將接收到的乙太網數據包進行解包、分析，智能的辨識出數據該發往哪個串行智能儀器，同時也能將串行智能儀器發來的數據進行打包，轉換成乙太網數據包從乙太網口發送出去。採用以ARM920T為內核的S3C2440A微處理器運行Linux作業系統使用IOOMBase-T網絡在串行設備與遠端主機之間有效的進行傳輸數據，採用了分層的設計思想。在硬體電路的設計上採用嵌入式系統中較常用的DM9000AEP乙太網控制器晶片作為系統的網卡晶片，利用8片TI公司的16C554A晶片擴展了 32路串行通信口，另外考慮到串行通訊速率與乙太網通訊速率不匹配的情況，系統還擴展了 256M的SDRAM作為數據傳輸的緩存。在軟體上採用了當下較新的Linux內核進行了系統的移植、裁剪，針對於智能式串口專用交換機編寫了 16C554A的驅動與DM9000AEP的網卡晶片驅動，成功完成了嵌入式系統的構建。為了實現32路串行口數據與乙太網數據的互相傳輸，並且能夠讓用戶感覺到通過網絡就可以直接控制32路串行設備中的任何一臺設備。本設計利用Linux強大的網絡支持功能，結合Linux多線程技術與socket網絡套接字編程方法，為每一個串口打開兩路線程函數，一路是串行設備數據發往乙太網口，另一路是乙太網口數據發往指定的串行設備。這樣系統有32個串口同時運行時就打開了 64路線程函數，由於為每一個串口的上行，下行數據的傳輸都各自開了兩路獨立的線程函數，所以用戶可以在遠程獨立的操作本地的每個串□。 本實用新型的智能式多串口交換機能夠為串行設備增加聯網功能，具有極高的實用價值，應用前景非常廣闊，可應用於工業自動化、環境實時監控、智能公路管理、POS消費系統、樓宇自控系統、智能家居系統、遠程數據採集與控制等領域。
權利要求1.一種智能式多串口交換機，其特徵在於，包括底板，設置在所述底板上的串行通訊模塊、光耦隔離模塊、串口擴展模塊和乙太網卡模塊，以及核心板； 所述串口擴展模塊與所述核心板連接； 所述串行通訊模塊通過所述光耦隔離模塊與所述串口擴展模塊連接； 所述乙太網卡模塊與所述核心板連接。
2.如權利要求1所述的智能式多串口交換機，其特徵在於，所述串行通訊模塊為32路RS-422差動電流驅動的串行通訊接口，包括RS-422總線驅動器AM26LS31和RJ-45插口；所述RJ-45插口與外部串行通訊儀器連接，所述RS-422總線驅動器AM26LS31實現TTL/COMS電平的異步通信邏輯與RS-422電平的轉換及驅動。
3.如權利要求1所述的智能式多串口交換機，其特徵在於，所述串口擴展模塊由8片16C554A晶片組成。
4.如權利要求1所述的智能式多串口交換機，其特徵在於，所述核心板包括處理器、內存和快閃記憶體；所述內存和快閃記憶體均與所述處理器連接；所述處理器分別連接所述乙太網卡模塊和串口擴展模塊。
5.如權利要求4所述的智能式多串口交換機，其特徵在於，所述處理器(51)採用以ARM920T為內核的S3C2440A微處理器，且運行Linux作業系統。
6.如權利要求1所述的智能式多串口交換機，其特徵在於，所述乙太網卡模塊包括網卡控制器接口晶片DM9000AEP和帶隔離變壓器的HR911105A網口座；所述帶隔離變壓器的HR911105A網口座通過乙太網與外部主機連接；所述網卡控制器接口晶片DM9000AEP控制所述帶隔離變壓器的HR911105A網口座與外部主機之間的數據傳輸。
7.如權利要求1所述的智能式多串口交換機，其特徵在於，所述智能式多串口交換機還包括USB與JIAG調試模塊，所述USB與JIAG調試模塊與所述核心板連接。
8.如權利要求1所述的智能式多串口交換機，其特徵在於，所述智能式多串口交換機還包括串口列印控制臺模塊，所述串口列印控制臺模塊與所述核心板連接。
9.如權利要求1所述的智能式多串口交換機，其特徵在於，所述智能式多串口交換機還包括啟動模式選擇模塊，所述啟動模式選擇模塊與所述核心板連接。
專利摘要本實用新型的智能式多串口交換機包括底板，設置在所述底板上的串行通訊模塊、光耦隔離模塊、串口擴展模塊和乙太網卡模塊，以及核心板；所述串口擴展模塊與所述核心板連接；所述串行通訊模塊通過所述光耦隔離模塊與所述串口擴展模塊連接；所述乙太網卡模塊與所述核心板連接。本實用新型的智能式多串口交換機可實現現有串行通訊儀器與乙太網之間數據交互，成本低，使用方便。
文檔編號H04L29/06GK202918326SQ20122058129
公開日2013年5月1日 申請日期2012年11月7日 優先權日2012年11月7日
發明者王海勇 申請人:上海航天設備製造總廠