專利名稱：智能式多串口交換機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別涉及一種智能式多串口交換機。
背景技術(shù)：
隨著計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的興起，越來越多的智能儀器接入網(wǎng)絡(luò)已成為一種趨勢。接入以太網(wǎng)后可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與遠(yuǎn)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(wǎng)絡(luò)接口，所以迫切需要一種能將異步串行通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議的協(xié)議轉(zhuǎn)換器。在集散式計算機測控領(lǐng)域中，多臺智能儀器要與上位機(即主機)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通訊，傳統(tǒng)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(xiàn)數(shù)目眾多的智能儀器與遠(yuǎn)端主機之間的通信甚至與多個主機進(jìn)行通信，多串口卡將不能勝任，并且基于RS-232C或RS-485總線方式的控制網(wǎng)絡(luò)會變得非常復(fù)雜。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種智能式多串口交換機，可實現(xiàn)現(xiàn)有32臺串行通訊儀器與以太網(wǎng)之間數(shù)據(jù)交互，成本低，使用方便。為了達(dá)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(shè)置在所述底板上的串行通訊模塊、光耦隔離模塊、串口擴展模塊和以太網(wǎng)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；所述以太網(wǎng)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(qū)動的串行通訊接口，包括RS-422總線驅(qū)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(qū)動器AM26LS31實現(xiàn)TTL/C0MS電平的異步通信邏輯與RS-422電平的轉(zhuǎn)換及驅(qū)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芯片組成。上述智能式多串口交換機，其中，所述核心板包括處理器、內(nèi)存和閃存；所述內(nèi)存和閃存均與所述處理器連接；所述處理器分別連接所述以太網(wǎng)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采用以ARM920T為內(nèi)核的S3C2440A微處理器，且運行Linux操作系統(tǒng)。上述智能式多串口交換機，其中，所述以太網(wǎng)卡模塊包括網(wǎng)卡控制器接口芯片DM9000AEP和帶隔離變壓器的HR911105A網(wǎng)口座；所述帶隔離變壓器的HR911105A網(wǎng)口座通過以太網(wǎng)與外部主機連接；所述網(wǎng)卡控制器接口芯片控制所述帶隔離變壓器的HR911105A網(wǎng)口座與外部主機之間的數(shù)據(jù)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(diào)試模塊，所述USB與JIAG調(diào)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打印控制臺模塊，所述串口打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(tǒng)串行智能儀器進(jìn)行更換或者升級，就能將多臺(例如32臺)串行智能儀器接入以太網(wǎng)，通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸與處理，經(jīng)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(jié)合圖1對本實用新型的智能式多串口交換機作進(jìn)一步的詳細(xì)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(shè)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(diào)試模塊6、電源模塊7、啟動模式選擇模塊8、以太網(wǎng)卡模塊9和串口打印控制臺模塊10 ；所述串口擴展模塊4與所述核心板5連接，用于擴展所述核心板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用于與外部串行通訊儀器連接，所述光耦隔離模塊3用于通訊的隔離；[0021 ] 所述USB與JIAG調(diào)試模塊6、啟動模式選擇模塊8、以太網(wǎng)卡模塊9和串口打印控制臺模塊10均與所述核心板5連接；往所述核心板5內(nèi)植入程序通過所述USB與JIAG調(diào)試模塊6 ;所述以太網(wǎng)卡模塊9可通過以太網(wǎng)與外部主機連接；所述串口打印控制臺模塊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(tài)；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(diào)試模塊6、啟動模式選擇模塊8、以太網(wǎng)卡模塊9和串口打印控制臺模塊10，用于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(qū)動的串行通訊接口，包括RS-422總線驅(qū)動器AM26LS31和RJ-45插口 ；所述RJ-45插口用于與外部串行通訊儀器連接，所述RS-422總線驅(qū)動器AM26LS31用于實現(xiàn)TTL/C0MS電平的異步通信邏輯與RS-422電平的轉(zhuǎn)換及驅(qū)動。本實施例中，所述光耦隔離模塊3采用HCPL-2300芯片。本實施例中，所述串口擴展模塊4由8片16C554A芯片組成。繼續(xù)參見圖1，所述核心板5包括處理器51、內(nèi)存52和閃存53 ;所述內(nèi)存52和閃存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(diào)試模塊6、啟動模式選擇模塊8、以太網(wǎng)卡模塊9和串口打印控制臺模塊10。本實施例中，所述處理器51采用以ARM920T為內(nèi)核的S3C2440A微處理器，且運行Linux操作系統(tǒng)；所述內(nèi)存52采用HY57V561620FTP-H芯片；所述閃存53采用K9F2G08芯片。[0027]本實施例中，所述以太網(wǎng)卡模塊9包括網(wǎng)卡控制器接口芯片(DM9000AEP)和帶隔離變壓器的HR911105A網(wǎng)口座；所述帶隔離變壓器的HR911105A網(wǎng)口座可通過以太網(wǎng)與外部主機連接；所述DM9000AEP用于控制所述帶隔離變壓器的HR911105A網(wǎng)口座與外部主機之間的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理及協(xié)議轉(zhuǎn)換功能模塊，完成從外部串行通訊儀器接收數(shù)據(jù)，向外部串行通訊儀器發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)換工作。所述核心板5和以太網(wǎng)卡模塊9形成網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換功能模塊，該部分主要處理來自網(wǎng)口的數(shù)據(jù)，由網(wǎng)卡控制器接口芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收并傳輸給微處理器，微處理器通過移植在它上面的Iinux操作系統(tǒng)完成TCP/IP五層協(xié)議的解析與打包工作。數(shù)據(jù)從串口發(fā)往網(wǎng)口時，處理器51將以太網(wǎng)發(fā)送緩沖區(qū)(內(nèi)存)中的串行通信數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝并傳輸給IP層；當(dāng)數(shù)據(jù)由網(wǎng)口發(fā)往串口時，處理器51接收以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)并開始解析協(xié)議、解包等工作，最后分離出應(yīng)用層數(shù)據(jù)，然后將應(yīng)用層數(shù)據(jù)交付給串口數(shù)據(jù)處理及協(xié)議轉(zhuǎn)換功能模塊，這樣就實現(xiàn)了數(shù)據(jù)從網(wǎng)口到串口，再從串口到網(wǎng)口的雙向傳輸。本實用新型軟件的實現(xiàn)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(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，完成以太網(wǎng)報文和串口數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，成為以太網(wǎng)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(wù):從串口讀取數(shù)據(jù)，通過TCP/IP協(xié)議，將串口數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)套接字(socket)形式發(fā)出；同樣也可以接收來自網(wǎng)絡(luò)客戶端(外部主機)的數(shù)據(jù)，通過轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)將網(wǎng)絡(luò)套接字變?yōu)榇跀?shù)據(jù)幀向串口發(fā)送。所述智能式串口交換機啟動Linux操作系統(tǒng)并將自動運行根文件系統(tǒng)里的程序，為每一個串口打開兩路線程函數(shù)，這樣，32個串口同時運行時就打開了 64路線程函數(shù)，并且在網(wǎng)絡(luò)連接正常及客戶端沒有斷開連接時，64路線程函數(shù)將不會結(jié)束。本實用新型開發(fā)了一種基于ARM9和Linux操作系統(tǒng)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以太網(wǎng)，并能準(zhǔn)確的將接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解包、分析，智能的辨識出數(shù)據(jù)該發(fā)往哪個串行智能儀器，同時也能將串行智能儀器發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包從以太網(wǎng)口發(fā)送出去。采用以ARM920T為內(nèi)核的S3C2440A微處理器運行Linux操作系統(tǒng)使用IOOMBase-T網(wǎng)絡(luò)在串行設(shè)備與遠(yuǎn)端主機之間有效的進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，采用了分層的設(shè)計思想。在硬件電路的設(shè)計上采用嵌入式系統(tǒng)中較常用的DM9000AEP以太網(wǎng)控制器芯片作為系統(tǒng)的網(wǎng)卡芯片，利用8片TI公司的16C554A芯片擴展了 32路串行通信口，另外考慮到串行通訊速率與以太網(wǎng)通訊速率不匹配的情況，系統(tǒng)還擴展了 256M的SDRAM作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)木彺?。在軟件上采用了?dāng)下較新的Linux內(nèi)核進(jìn)行了系統(tǒng)的移植、裁剪，針對于智能式串口專用交換機編寫了 16C554A的驅(qū)動與DM9000AEP的網(wǎng)卡芯片驅(qū)動，成功完成了嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)建。為了實現(xiàn)32路串行口數(shù)據(jù)與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的互相傳輸，并且能夠讓用戶感覺到通過網(wǎng)絡(luò)就可以直接控制32路串行設(shè)備中的任何一臺設(shè)備。本設(shè)計利用Linux強大的網(wǎng)絡(luò)支持功能，結(jié)合Linux多線程技術(shù)與socket網(wǎng)絡(luò)套接字編程方法，為每一個串口打開兩路線程函數(shù)，一路是串行設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)往以太網(wǎng)口，另一路是以太網(wǎng)口數(shù)據(jù)發(fā)往指定的串行設(shè)備。這樣系統(tǒng)有32個串口同時運行時就打開了 64路線程函數(shù)，由于為每一個串口的上行，下行數(shù)據(jù)的傳輸都各自開了兩路獨立的線程函數(shù)，所以用戶可以在遠(yuǎn)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(shè)備增加聯(lián)網(wǎng)功能，具有極高的實用價值，應(yīng)用前景非常廣闊，可應(yīng)用于工業(yè)自動化、環(huán)境實時監(jiān)控、智能公路管理、POS消費系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制等領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種智能式多串口交換機，其特征在于，包括底板，設(shè)置在所述底板上的串行通訊模塊、光耦隔離模塊、串口擴展模塊和以太網(wǎng)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； 所述以太網(wǎng)卡模塊與所述核心板連接。
2.如權(quán)利要求1所述的智能式多串口交換機，其特征在于，所述串行通訊模塊為32路RS-422差動電流驅(qū)動的串行通訊接口，包括RS-422總線驅(qū)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(qū)動器AM26LS31實現(xiàn)TTL/COMS電平的異步通信邏輯與RS-422電平的轉(zhuǎn)換及驅(qū)動。
3.如權(quán)利要求1所述的智能式多串口交換機，其特征在于，所述串口擴展模塊由8片16C554A芯片組成。
4.如權(quán)利要求1所述的智能式多串口交換機，其特征在于，所述核心板包括處理器、內(nèi)存和閃存；所述內(nèi)存和閃存均與所述處理器連接；所述處理器分別連接所述以太網(wǎng)卡模塊和串口擴展模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的智能式多串口交換機，其特征在于，所述處理器(51)采用以ARM920T為內(nèi)核的S3C2440A微處理器，且運行Linux操作系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求1所述的智能式多串口交換機，其特征在于，所述以太網(wǎng)卡模塊包括網(wǎng)卡控制器接口芯片DM9000AEP和帶隔離變壓器的HR911105A網(wǎng)口座；所述帶隔離變壓器的HR911105A網(wǎng)口座通過以太網(wǎng)與外部主機連接；所述網(wǎng)卡控制器接口芯片DM9000AEP控制所述帶隔離變壓器的HR911105A網(wǎng)口座與外部主機之間的數(shù)據(jù)傳輸。
7.如權(quán)利要求1所述的智能式多串口交換機，其特征在于，所述智能式多串口交換機還包括USB與JIAG調(diào)試模塊，所述USB與JIAG調(diào)試模塊與所述核心板連接。
8.如權(quán)利要求1所述的智能式多串口交換機，其特征在于，所述智能式多串口交換機還包括串口打印控制臺模塊，所述串口打印控制臺模塊與所述核心板連接。
9.如權(quán)利要求1所述的智能式多串口交換機，其特征在于，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(shè)置在所述底板上的串行通訊模塊、光耦隔離模塊、串口擴展模塊和以太網(wǎng)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；所述以太網(wǎng)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(xiàn)現(xiàn)有串行通訊儀器與以太網(wǎng)之間數(shù)據(jù)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(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者王海勇 申請人:上海航天設(shè)備制造總廠