CN102096620A - 一种串口连接状态检测方法、装置及通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种串口连接状态检测方法、装置及通信系统，其中，所述串口连接状态检测方法包括：检测对端串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号；如果是，则输出连接状态有效信号；如果否，则输出连接状态无效信号。通过本发明实施例，可以检测串口连接状态。

Description

一种串口连接状态检测方法、装置及通信系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种串口连接状态检测及应用方法。

背景技术

RS232(Recommended Standard 232，推荐标准232)是美国电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA)于1962年推出的一种串行通信标准，它定义了电气特性、数据格式、连接器规格等内容，主要包括：采用非平衡传输方式，有多个标准的速率可以选择，例如9600、19200、38400、115200等，最大传输距离为15米；采用面向字符的异步通信方式，每一个数据帧包括起始位、数据位、可选的奇偶校验位、停止位组成；采用负逻辑方式，即逻辑0的电平为5V到15V，逻辑1的电平为-5V到-15V；采用DB25和DB9两种连接器，其中，后者的体积较小，目前使用的非常普遍。

串口实现起来简单(不像网口那样需要复杂的协议栈和驱动程序)、且成本低廉，因此得到了广泛的应用：例如个人计算机(Personnal Computer，PC)上一般都提供了1到2个RS232串口，通过串口与外部设备进行通信，其串口的连接器采用DB9连接器。在通信设备嵌入式系统中，为了调试方便，多数也会提供一个RS232串口，连接器通常采用DB9或RJ45。

参见图1，为PC机/便携机通过串口与嵌入式系统相连的示意图。如图所示，双方通过RS232串口电缆相互连接，PC机/便携机可以通过串口向嵌入式系统下发操作命令，或者查询嵌入式系统状态信息。在系统开发调试阶段，可以利用串口功能来查询并显示或打印嵌入式系统的调试信息，从而可以更快更好地对调试的故障进行定位。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下缺点：

现有技术无法实现对串口连接状态的检测。

发明内容

本发明实施例提供一种串口连接状态检测方法、装置及通信系统，用于检测串口连接状态。

其中，

一种串口连接状态检测方法，包括：

检测对端串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号；

如果是，则输出连接状态有效信号；如果否，则输出连接状态无效信号。

一种串口连接状态检测设备，包括：

有效信号检测单元，用于检测对端串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号；

判断单元，用于当所述电平检测单元检测对端串口数据输出信号为串口正常连接时对应的有效信号时，输出连接状态有效信号；反之，输出连接状态无效信号。

一种通信系统，包括：

第一设备，第二设备，串口接口，RS232电平转换器，串口连接状态检测设备；

所述第一设备通过串口接口经所述RS232电平转换器后与所述第二设备相连；

所述串口连接状态检测设备检测所述第二设备的串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号；如果是，则向所述第一设备输出连接状态有效信号；如果否，则输出连接状态无效信号。

上述技术方案中具有如下的优点：

通过检测对端串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号，可以检测串口的连接状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例现有技术串口连接示意图；

图2为本发明实施例串口连接状态检测电路示意；

图3为本发明另一实施例串口连接状态检测电路示意图；

图4为本发明另一实施例串口连接状态检测电路示意图；

图5为本发明实施例一种串口连接状态检测装置示意图；

图6为本发明实施例一种通信系统示意图；

图7为本发明实施例一种通信系统通过查询串口连接状态进行打印信息重定向流程示意图；

图8为本发明实施例一种通信系统通过查询串口连接状态进行串口监控流程示意图；

图9为本发明实施例一种通信系统通过查询串口连接状态进行串口故障定位流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

实施例一

本发明实施例提供了一种串口连接状态检测及应用方法，包括如下步骤：

检测对端串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号；

如果是，则输出连接状态有效信号；如果否，则输出连接状态无效信号。

这里的对端可以为嵌入式系统相连的PC机或便携机等计算机设备，这些设备在与嵌入式系统相连时，还会通过RS232电平转换器进行电平转换；此时，可以检测对端输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号。一般RS232的电平范围为±5V～±15V；且在实际应用中会是两个绝对值相同的正负电平，如当串口正常连接时，对端串口输出信号为5V或-5V；当串口线被拔掉时，对端的串口输出信号浮空，并被RS232电平转换器内部的弱下拉电路置为0电平。因此，可以检测串口信号是否为有效电平(如+5V或-5V)来判断串口是否连接。

在对串口连接状态进行检测时，可以采用多种方法，包括：

将所述串口数据输出信号进行电平检测，根据所述串口数据输出信号的电平得到第一类电平和第二类电平，所述第一类电平用于表示连接时的有效电平(如表示+5V或-5V)，所述第二类电平表示未连接时的无效电平；

将所述第一类电平和所述第二类电平进行电平转换，得到用于表示串口是否连接的连接状态信号；由于在电平检测过程中，第一类电平得到的值可能并不统一，如针对+5V检测输出3.3V，针对-5V检测输出2V(但都属于高电平)，因此，可以通过电平转换将这些电平输出为统一的电平，如当是第一类电平时输出为0或3.3V；当是第二类电平时，输出3.3V或0V。

具体的，可以通过将所述串口数据输出信号分别与一个N沟道场效应管和一个P沟道场效应管进行相连，利用场效应管导通截止特性输出所述第一类电平和所述第二类电平；

可以通过将所述第一类电平和所述第二类电平与三极管相连，通过三极管导通截止特征输出所述连接状态信号。

实际应用中也可以采用其他具有类似功能的器件来完成相应电路的设计。

在另一实施例中，也可以通过先对串口数据输出信号进行AD采样，再对AD采后的结果进行逻辑判断来实现；

或者，先对所述串口数据输出信号进行非0电平检测或0电平检测，再进行逻辑判断来实现。

上述具体的串口检测电路可以通过分立元件来完成，如使用电容、电阻、场效应管、三极管等分立元器件；也可以通过相关集成芯片来完成；或者使用分立器件结合集成芯片的实现方法。

通过检测得到的串口连接状态，可以对利用得到的串口连接状态进行二次开发应用，包括当检测串口状态处于未连接时，将串口输出信号重定向到系统存储器；根据串口状态的改变来记录相关信息以及当串口处于连接时记录串口操作命令，可以实现对串口使用的监控；如果系统同时使用串口和网口进行控制操作时，当发现串口不响应时，可以通过网口查询串口连接状态，从而判断是否串口连接发生了故障或其他模块发生了故障。

本发明实施例通过检测对端串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号；从而判断串口是否连接，并根据得到的连接状态来进行串口二次开发应用，包括可以根据连接信息进行串口信息重定向打印，从而可以避免串口信息丢失的情况

实施例二

本发明实施例提供了一种串口连接状态检测方法，用于监控串口连接状态，参见图2，为本实施例对应的串口连接状态检测电路示意图。

如图2所示，PC机通过RS232电平转换器后与嵌入式系统进行连接；其中，RS232电平转换器用于将PC机串口输出的电平(一般采用负逻辑，电压±5V～±15V)转换成TTL电平；

信号Rx_232表示PC机的串口数据输出信号，经过RS232电平转换器后，输出Rx_TTL信号作为嵌入式系统的数据输入信号；

信号Tx_TTL表示嵌入式系统的串口数据输出信号，经过RS232电平转换器后，输出Tx_232信号作为PC机的数据输入信号。

可选地，在还可以加入防护电路来对RS232电平转换器进行保护，例如，使用瞬态电压抑制二极管(TVS，Transient Voltage Suppressor)来对RS232电平转换器进行保护，防止因瞬间电压过大而造成器件的损坏。

在RS232串口应用中，串口输出的电平范围为±5V～±15V，如果以±5V为例，在串口处于连接状态时，PC机串口数据输出信号Rx_232将会是+5V或-5V，或者在两者之间跳变(如从+5V迅速跳变到-5V)；而当串口处于未连接状态时，Rx_232信号浮空，且会被RS232电平转换器内部的弱下拉电路置为0电平。因此，只需检测Rx_232信号是否为有效信号(如±5V)或是否为0来判断串口是否处于连接状态。

本发明实施例中的串口连接状态检测电路主要由两部分构成，一部分是由场效应管T1、T2及其附属元件构成的电平检测电路，用于检测串口连接时的有效信号(如±5V)及无效(如0V)的电平；另一部分是由Q1及其附属器件构成的反向电路，用于对电平检测电路输出的信号进行电平转换，下面对其各部分的连接关系进行说明：

参见图2，T1为N沟道场效应管，其导通阈值电压Vgs(th)等于0.6V；T1栅极与PC机串口数据输出信号Rx_232相连；源极串联电阻R1后与3.3V电源相连；漏极与三极管Q1的基极相连；

T2为P沟道场效应管，其导通阈值电压Vgs(th)等于-2V；T2栅极也与Rx_232信号相连；源极电阻R4一端相连，R4另一端接地，同时，源极还与通过串联电阻R3后与3.3V电源相连；这里的R3、R4用于对3.3V电源进行分压，最终输出到T2源极的电压约3.3*(10/(10+20))＝1.1V；T2的漏极也与三极管Q1的基极相连；

三极管Q1的基极除了与场效应管T1、T2的漏极相连外，还分别与电阻R5、C1相连后接地；其中，R5用于在T1、T2输出浮空时，将Q1基极下拉到地，使得Q1可靠截止；C1用于对T1、T2输出端过来的电平进行滤波：因为Rx_232在+5V和-5V之间跳变过程中，T1、T2的输出会出现短时间浮空，C1可以让T1、T2的输出在这个期间保持高电平，这样Q1输出的检测结果可以保持有效，不至于出现毛刺；三极管Q1的发射极直接接地；Q1集电极开路输出的连接状态检测结果与嵌入式系统相连，同时集电极开路的上拉电阻R2与3.3V电源相连。

下面以串口正常工作时输出电平为±5V为例，来对本发明实施例串口连接状态检测电路的工作流程进行具体说明：

当串口处于连接状态时，PC机串口数据输出信号Rx_232为+5V或-5V；

当Rx_232输出电平大于3.9V(3.3V+0.6V)时，T1导通，此时输出为高电平(3.3V)；同时，由于T2的Vgs(th)条件未满足，所以T2截止，这样T1、T2输出合路后为3.3V；当T1输出为高电平时，Q1发射结导通，输出信号/Link_Serial为低电平，表示串口处于连接状态；

当Rx_232输出电平低于-0.9V(1.1V-2V)时，T2导通，输出高电平(1.1V)；同时，由于T1的Vgs(th)条件未满足，所以T1截止；这样T1、T2合路后输出为高电平(1.1V)，Q1发射结导通，输出信号/Link_Serial为低电平，表示串口处于连接状态；

由上可知，当T1、T2只要满足一个导通时，最后输出的连接状态信号/Link Serial都为0，表示处于连接有效状态。

当串口处于未连接状态时，Rx_232信号浮空，且被RS232电平转换器内部的弱下拉电阻置为0电平；

当Rx_232输出为0电平时，T1、T2均截止，输出浮空，Q1的基极被R5下拉到0电平，所以Q1发射结截止，连接状态信号/Link_Serial输出高电平，表示串口处于未连接状态。

本发明实施例通过检测PC机的串口数据输出信号是否为有效信号，来判断串口是否处于连接状态；同时，本发明实施例采用分立元件来实现，电路结构简单，且成本低廉。

实施例三

除了实施例二中采用的分立元件检测电路，也可以采用其他检测电路来实现对PC机串口数据输出信号Rx_232的检测。参见图3，本发明实施例提供了一种串口连接状态检测方法，用于检测串口连接状态。

本发明实施例中，采用AD采样结合逻辑判断来对串口连接状态进行检测；其中，AD采样的输入端为Rx_232信号，通过AD采样来得到Rx_232电平；AD采样可以通过专用的AD采样芯片，或者也可以使用带AD采样功能的处理器；

通过AD采样得到电平值后，再进行逻辑判断，例如当电平值为±5V时判断串口为连接状态；当电平值为0V时，判断串口为断开状态。逻辑判断可以通过相应的处理器或具有处理功能的硬件设备来实现。

本发明实施例通过先对Rx_232信号进行AD采样，再对AD采样后的值进行逻辑判断，根据逻辑判断后的结果得到串口是否连接正常，从而可以完成对串口连接状态的检测

实施例四

本发明实施例提供了一种更通用的串口连接状态检测方法，参见图4，先将PC端的串口数据输出信号Rx_232进行非0电平检测和0电平检测，再根据检测后的结果进行逻辑判断。其中，非0电平检测可以根据串口实际采用的电平(如±5V或±15V)来进行具体的电路设计，可以采用实施例二中的分立元件(如场效应场、三极管等元件)进行电路设计，也可以采用实施例三中的AD采样方法进行设计，或者也可以使用其他具有相应功能的芯片或检测电路来实现；同理，0电平检测也可以采用分立元件，或者AD采样，或者具有相应功能的芯片或检测电路来实现。

本发明实施例通过对Rx_232信号进行非0电平检测、0电平检测并结合逻辑判断来得到串口连接状态对应的电平，从而可以完成对串口的连接状态检测。

实施例五

参见图5，本发明实施例提供了一种串口连接状态检测设备50，包括：

有效信号检测单元51，用于检测对端串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号；

判断单元52，用于当所述电平检测单元检测对端串口数据输出信号为串口正常连接时对应的有效信号时，输出连接状态有效信号；反之，输出连接状态无效信号。

所述有效信号检测单元和所述判断单元的实现形式不限，可以参考上述实施例中的相关实现方法，当使用分立元件实现时，所述有效信号检测单元可以包括一个N沟道场效应管和一个P沟道场效应管，分别与所述串口数据输出信号相连，所述电平检测电路利用场效应管导通截止特性向所述判断单元输出所述第一类电平和所述第二类电平；所述第一类电平用于表示连接时的有效电平，所述第二类电平表示未连接时的无效电平；

所述判断单元包括一个三极管，用于接收所述判断单元输出信号，利用所述三极管导通截止特征对所述第一类电平和所述第二类电平进行电平转化，输出连接状态有效信号或连接状态无效信号。

本发明实施例通过检测对端串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号，可以判断串口是否处于正常连接，后续可以根据连接状态对串口进行二次开发应用。

实施例六

参见图6，本发明实施例提供了一种通信系统，包括：

第一设备61，第二设备62，串口接口63，RS232电平转换器64，串口连接状态检测设备65；

所述第一设备61通过串口接口经所述RS232电平转换器65后与所述第二设备62相连；

所述串口连接状态检测设备65检测所述第二设备的串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号；如果是，则向所述第一设备61输出连接状态有效信号；如果否，则输出连接状态无效信号。

其中，上述串口连接状态检测设备65可以采用实施例五中的设备，或者根据实施例五进行设计的其他检测设备。

通过检测串口是否连接，本发明实施例通信系统可以根据连接状态对串口进行二次开发应用，第一设备、第二设备可以为各种通信设备，如嵌入式系统设备、PC机、便携机等设备。以第一设备为嵌入式系统，第二设备为PC机为例，包括但不限于以下几种应用：

一、打印信息重定向

当嵌入式系统需要向PC机打印信息时，可以通过检测串口连接是否正常来对需要打印的信息进行重定向，参见图7包括如下步骤：

S501、检测串口连接状态是否正常；如果是，执行步骤S502；如果否，执行步骤S503；

串口连接状态的检测方法可以采用以上实施例所列举的方法，或者基于以上实施例得到的其他方法。

S502、将数据信息通过串口进行打印输出；

当串口连接状态正常时，将需要输出的信息(如调试信息)通过串口进行打印输出，例如，将信息打印到PC上的串口终端软件。

S503、将数据信息重定向到系统存储器。

当串口未连接时，将需要输出的数据信息重定向到系统存储器，如处理器的内存或Flash等外部存储器，这样可以避免因串口未连接而继续输出数据导致信息丢失的情况发生。

通过检测串口状态，当串口状态为未连接时，将需要打印的信息重定向到系统存储器，从而可以避免数据丢失的情况发生。

二、串口操作监控

参见图8，包括如下步骤：

S601、检测串口状态是否发生改变；如果是，执行步骤S602；

串口状态变化可以是从连接状态变为断开状态，或者从断开状态变为连接状态，检测的方法可以采用以上实施例所列举的方法，或者基于以上实施例得到的其他方法。

S602、记录发生变化时的信息；

例如，可以记录发生变化时的时间、日期等相关信息，以供用户进行查询；

S603、判断串口是否处于连接状态，如果是，执行步骤S603；

S604、记录串口操作命令；

通过记录串口操作命令，例如用户通过PC向嵌入式系统发送查询、调试命令；可以判断是否有人未经允许对嵌入式系统进行了操作，从而更方便地对系统进行监控。

通过利用串口连接状态变化及在连接时记录相关信息，可以方便用户对系统进行监控，增加了系统的安全性。

三、故障定位

参见图9，包括如下步骤：

S701、使用串口和网口两种方式对嵌入式系统进行控制操作；

例如，在系统调试阶段，一般都会使用串口控制台(如PC机上的串口终端软件)和网口方式进行操作；

S702、当串口不响应时，通过网口查询串口连接状态；

当串口不响应时，可能有几种情况，如串口线松动掉落，或者嵌入式系统某一部分出现了故障，无法返回响应消息；此时可以通过网口(如使用telnet命令)向嵌入式系统发送查询串口连接状态的命令；

S703、根据串口连接状态对故障进行定位；

嵌入式系统接收到查询串口连接状态的命令后对串口状态进行查询，查询方式可以采用以上几种实施例所列举的方式；当查询得到是未连接状态时，则说明串口连接出现了故障；如果查询得到是正常连接的状态，则说明嵌入式系统某一部分模块出现了故障。

本发明实施例通过结合网口查询功能，当串口不响应时，可以通过网口来查询串口是否正常连接，从而可以对串口故障进行初步定位。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种串口连接状态检测方法，其特征在于，包括：

检测对端串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号；

如果是，则输出连接状态有效信号；如果否，则输出连接状态无效信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述有效电平为±5V～±15V中的两个绝对值相同的正负电平。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

通过RS232电平转换电路与对端相连，所述对端为计算机或其他通信设备。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测对端串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号包括：

将所述串口数据输出信号进行电平检测，根据所述串口数据输出信号的电平得到第一类电平和第二类电平，所述第一类电平用于表示连接时的有效电平，所述第二类电平表示未连接时的无效电平；

将所述第一类电平和所述第二类电平进行电平转换，得到用于表示串口是否连接的连接状态信号。

5.如权利要求4所述方法，其特征在于，还包括：

通过将所述串口数据输出信号分别与一个N沟道场效应管和一个P沟道场效应管进行相连，利用场效应管导通截止特性输出所述第一类电平和所述第二类电平；

通过将所述第一类电平和所述第二类电平与三极管相连，通过三极管导通截止特征输出所述连接状态信号。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测对端串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号包括：

先对所述串口数据输出信号进行AD采样，再对AD采样后的结果进行逻辑判断；

或者，

先对所述串口数据输出信号进行非0电平检测或0电平检测，再进行逻辑判断。

7.一种串口连接状态检测设备，其特征在于，包括：

有效信号检测单元，用于检测对端串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号；

判断单元，用于当所述电平检测单元检测对端串口数据输出信号为串口正常连接时对应的有效信号时，输出连接状态有效信号；反之，输出连接状态无效信号。

8.如权利要求7所述的串口连接状态检测设备，其特征在于：

所述有效信号检测单元包括一个N沟道场效应管和一个P沟道场效应管，分别与所述串口数据输出信号相连，所述电平检测电路利用场效应管导通截止特性向所述判断单元输出所述第一类电平和所述第二类电平；所述第一类电平用于表示连接时的有效电平，所述第二类电平表示未连接时的无效电平；

所述判断单元包括一个三极管，用于接收所述判断单元输出信号，利用所述三极管导通截止特征对所述第一类电平和所述第二类电平进行电平转化，输出连接状态有效信号或连接状态无效信号。

9.一种通信系统，其特征在于，包括：

第一设备，第二设备，串口接口，RS232电平转换器，串口连接状态检测设备；

所述第一设备通过串口接口经所述RS232电平转换器后与所述第二设备相连；

所述串口连接状态检测设备检测所述第二设备的串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号；如果是，则向所述第一设备输出连接状态有效信号；如果否，则输出连接状态无效信号。

10.如权利要求9所述的通信系统，其特征在于，还包括：

所述串口连接状态检测设备检测对端串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号；

如果是，所述第一设备将数据信息通过串口进行打印输出；

如果否，所述第一设备将数据信息重定向到系统存储器。

或者，

所述串口连接状态检测设备通过检测对端串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号来检测串口状态是否发生改变；

如果是，所述第一设备记录发生变化时的信息；

所述第一设备通过所述串口连接状态检测设备判断串口是否处于连接状态；

如果是，所述第一设备记录串口操作命令；

或者，

当所述第二设备使用串口和网口两种方式对所述第一设备进行控制操作时；如果串口不响应，通过网口向所述第一设备发送查询命令，使得所述第一设备通过所述串口连接状态检测设备检测对端串口数据输出信号是否为串口正常连接时对应的有效信号来判断串口连接状态是否发生故障。

Images