CN102946338B - 12路异步串口数据通用型集中采集装置 - Google Patents

Abstract

12路异步串口数据通用型集中采集装置，涉及一种数据采集装置。提供一种12路异步串口数据通用型集中采集装置，不依赖外围设备内在数据编码与控制代码的准实时多异步串口数据通用型集中采集器和实现包括远程无线或有线的多数据源通用源数据包的集中传输的。设有12路单字节CAN协议-UART协议串行数据转换器、CANBus数据接收器/串-并转换器、双字节UART协议-CAN协议串行数据转换器、数据缓存器、数据包组装器、下行串行数据发送器、双并口RAM、远程数据包读出控制器、双并口RAM写入控制器、CAN收发器、RS232收发器和远程串行数据接收/发送模块。

Description

12路异步串口数据通用型集中采集装置

技术领域

本发明涉及一种数据采集装置，尤其是涉及一种在现场监测与控制领域中存在多个独立运行的、配备有异步串口的传感器或控制部件的多串口数据的准实时集中采集与通用的串口数据源处理的方案装置，一端能可靠地准实时采集12路异步串口数据的通用型集中采集装置并生成通用的串口源数据包，而在另一端的数据接收端能将接收的串口源数据包自动关联、分配与导引入与发送端串口号对应的异步串口通讯端口（COM口）的通用型多路异步串口数据集中传输处理系统。

背景技术

串口通讯端口（COM口）是实现独立外围设备与主计算机（或主控制器、主数据采集器）进行数据传输的一种通用标准异步接口，串口之间的传输协议标准是RS232（[2]ANSI/TIA/EIA-232-F,1997,TELECOMMUNICATIONS INDUSTRY ASSOCIATION 1997Standarts and Technology Department,2500 Wilson Boulevard Arlington,VA 22201.）、RS422与RS485，都可实现主机与外围设备的双向数据异步传输，在工业控制领域的独立控制模块与各种独立运作的传感器数据采集领域获得广泛的应用（注：为简便起见，以下用独立运作的外围设备取代独立运作的传感器和独立控制模块作为异步数据采集与控制对象）。

一台主计算机的一个COM口接口仅能与一个具备串口协议标准接口的外围设备相连接，这使得能直接接入主机的外围设备的数量受到限制，因为现代计算机主机（或主控制器）标配的COM口接口数通常不超过2个，甚至不给予配备，原因是较慢的串行数据传输速率使得通用的外围设备越来越少使用RS232标准接口的接入模式。但由于RS232接口具备的强抗干扰能力与转换成RS422与RS485接口形成的远距离的传输特性使得在长距离的工业控制场合中以及各种需长距离监测控制的场合，配备的独立运作的外围设备仍广泛采用标准的RS232接口经长度可达1km及以上的3芯电缆线与电脑主机相连接（背对背连接方式）。

提高串口设备接入数借以满足现场存在多个独立运作的外围设备的多串口应用场合的一种简单办法是采用装备有多串口卡的工业控制计算机，市售的工业控制计算机配备的PCI总线（Peripheral Component Interconnect)串口卡配置的串口数达到16路之多，计算机主机已经能满足绝大部分的多串口监测与控制的硬件需求。在1km的控制范围内，采用多条长的3芯电缆线将工业计算机主机串口与独立运作的多路外围设备串口一一相连接就可获得实际的应用。在更远距离的应用中，合适的数据输送连接应用方案是采用无线通讯的模式。但是，不经济的、一路异步串口配置一路无线数据传输系统的多路无线传输配备模式通常是不会采纳的，合理的配置方式是仅用一路无线数据传输系统来完成所有异步串口数据的数据传输。在这种情况下，实现多路串口现场采集数据的实时远程无线传输需要配备现场的数据集中式采集器对多路异步串口数据进行集中采集、数据包定位编码处理，形成的数据包经远程无线传输后还需在数据接收端进行准确地拆包处理（数据包定位），将多路的监控数据导引入相对应的计算机主机数据操作系统中。而为实现将计算机数据操作系统的控制指令传输至对应的外围设备的功能，除配备的无线数据传输系统必须是双向、双工外，数据集中式采集器仍需作为硬件接口“嵌入”计算机的异步串口与无线数据接收/发送模块之间，并且它们的硬件结构与现场的数据集中式采集器是“镜像”匹配的。在这种情况下，反向传输的控制指令是与正向传输的采集数据的相同传输模式送入被控制的外围设备中。

目前，能见到的少量的相关设备集中在专门或特殊的应用领域，由传感器制造商或控制模块制造商进行开发，采用的集中式采集技术是将多路的串行数据转换成具有特定代码识别标识的一组组串行数据格式（[3]Oxygen_Optode_4330.pdf,http://www.aadi.no/Default.htm.），再通过一个总的COM口进行远程的串行数据传输的非通用型结构。数据操作系统是自身开发的且有赖于与特定的串行数据格式相匹配。系统设备中数据包的定义和设备数据源代码是由厂家自行定义且一般是保密的，这主要是厂商为了销售更多自身生产的产品而捆绑销售的利益缘故，设备与控制软件的通用性仅针对自身的产品，对其他家生产的产品是不兼容的。兼容多家产品的混合应用设备一般需要预知外围设备内在数据源代码而另行专门开发研制。

另外，能见到的类似应用是由外围设备的应用单位自行研制开发的集成产品，包括专用的计算机集成软件和集成数据采集器。采用不同的传感器进行配置时，都需对集成软件和集成数据采集器进行重新开发或修正。一种互联网领域的TCP/IP（Transmission ControlProtocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网互联协议）转串口（COM口）的商业化模块产品（[6]http://www.szutek.com/newEbiz1/EbizPortalFG/portal/html/index.html.）可堆垒应用于接入多路的带COM口的任意外围设备，但其应用范围仅限于采用TCP/IP协议对数据源进行解析的用途，能真正满足通用性应用需求的、可接入任意外围设备应用的多路异步串口数据集中式采集装置尚未见过报道。

一台能独立运作的外围设备其本质而言就是一台小型或微型的仪器设备，独立性运作设备的推广应用要求生产厂家提供独立的计算机终端应用软件与操作说明，产品化的商品都予以了相应的配置与说明。

发明内容

本发明旨在提供一种12路异步串口数据通用型集中采集装置，本发明不依赖外围设备内在数据编码与控制代码的准实时多异步串口数据通用型集中采集器和实现包括远程无线或有线的多数据源通用源数据包的集中传输的。

本发明建立一种能任意接入具备异步串口的外围设备的通用型异步串口采集数据远程传输应用模型，在这种应用模型中，异步串口数据通用型集中采集装置是双边成套配置的，无论是现场装备的12路异步串口数据通用型集中采集装置还是连接计算机数据操作系统与无线数据接收/发送模块之间的异步串口数据通用型集中采集装置均可实现同步的异步串口采集数据和数据操作系统控制指令的双向数据传输。

本发明设有12路单字节CAN协议-UART协议串行数据转换器、CANBus数据接收器/串-并转换器、双字节UART协议-CAN协议串行数据转换器、数据缓存器、数据包组装器、下行串行数据发送器、双并口RAM、远程数据包读出控制器、双并口RAM写入控制器、CAN收发器、RS232收发器和远程串行数据接收/发送模块；

所述12路单字节CAN协议-UART协议串行数据转换器的CAN协议串行数据输出端经CANBus总线通过CAN收发器接CANBus数据接收器/串-并转换器的输入端，CANBus数据接收器/串-并转换器的并行数据输出端接数据缓存器的输入端，所述数据缓存器划分为12个数据存储片区，每个片区的缓存容量至少为16K字节，用于缓冲存储相对应的12路异步串口采集数据，数据缓存器的12个数据存储片区的数据输出端接数据包组装器的异步数据采集串口；数据包组装器的左端并口接双并口RAM，数据包组装器的读请求（READACQ）控制信息输出端接远程数据包读出控制器，双并口RAM的右边端口接远程数据包读出控制器；远程数据包读出控制器的读完毕（READ OK）响应信息输出端接双并口RAM写入控制器，远程数据包读出控制器的已读取数据包输出端通过RS232收发器接远程串行数据接收/发送模块的输入端，用于启动远程串行数据接收/发送模块的无线数据的发送；下行串行数据发送器的输入端经RS232收发器接远程串行数据接收/发送模块的下行数据源输出端，下行串行数据发送器的双字节UART协议串行数据输出端经UARTBus-Tx串行总线数据通道接双字节UART协议-CAN协议串行数据转换器的双字节数据输入端。

本发明的突出优点在于：

1）通用性：本发明的应用不受任何接入的外围设备的操作限制，只要外围设备配备有标准的异步串口，无论它们内在的数据代码与控制代码如何编制，都适用于接入应用。同时，计算机数据操作系统的每个独立的操作界面均由相对应的外围设备厂商提供的数据操作软件安装组成，它们在实际应用中由用户自己选定安装，不需另行开发可能影响本发明通用性的管理软件；

2）数据的双工双向传输性：本发明内部具有2条独立的数据总线，一条为CANBus总线（[1]CAN Specification Version 2.0,1991,Robert Bosch GmbH,Postfach 30 02 40,D-70442Stuttgart.）(Controller Area Network communication Bus,控制器局域网通讯总线)，负责执行系统内部的上、下行数据至异步串口的传输，另一条为UARTBus总线（[2]ANSI/TIA/EIA-232-F,1997,TELECOMMUNICATIONS INDUSTRY ASSOCIATION1997 Standarts and Technology Department,2500 Wilson Boulevard Arlington,VA 22201.）（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter Bus，通用异步串口接/发总线)，负责执行下行数据至CANBus总线的传输。2条完整的总线数据链配合上行数据的“源数据包”传输通道构成系统内部的双工、上行与下行数据的双向传输。且更重要的是传输的数据是“ID+明码”的“透明”数据格式，因而实现了不依赖于外围设备内在代码的准双工双向数据传输，外围设备的采集数据与控制终端的控制信息得到同步传输；

3）可靠性：CAN协议引擎（[1]CAN Specification Version 2.0,1991,Robert Bosch GmbH,Postfach 30 02 40,D-70442 Stuttgart.）与UART协议引擎（[2]ANSI/TIA/EIA-232-F,1997,TELECOMMUNICATIONS INDUSTRY ASSOCIATION 1997 Standarts and TechnologyDepartment,2500 Wilson Boulevard Arlington,VA22201.）都是国际标准化的串行通讯协议，恰当地应用能做到零数据误码率的水平。通常，发生误码的机率发生在接近协议引擎限制条件的临界点，本发明将适合外部长距离传输的CAN协议引擎作为内部的主要总线，且使2条总线在物理连接上具有最短的应用距离，以满足总线的高速应用要求。同时，在实际应用中进一步限制了CAN协议中的某些规则的使用，使得本发明具备几乎零误码率的可靠性能（有关CANBus协议中规则的限制性应用的详细描述见“具体实施方式”）；

4）应用配置的多样性和灵活性：本发明的应用还包括适应采用了地面卫星接收站和手机信号地面中继站（即总接收站无线信息传递模式）的经因特尔网络传输数据的应用模式（如GPS卫星用户地面数据接收模式和GPRS数据远程传输的一类应用模式）。在这种模式中，数据操作系统连接的《多异步串口数据通用型分配器》是不存在的，现场的《12路异步串口数据通用型集中采集装置》发送的源数据包经因特尔网络接入用户的多个操作系统的计算机中，由计算机软件开发的12路虚拟异步串口取而代之实现数据的导入和反向控制信息的输出。

本发明提供一种通用型相关系统装置，能实现现场和数据接收站双工、双向最多12路的异步串口数据的实时可靠集中采集、形成远程源数据包进行远程数据的传输，而远程的数据接收终端则能自动关联对应的串口源数据包并导引入与数据发送端异步串口号对应的异步串口中。

本发明用于实现最多达12路的互不相干的异步串口数据的准实时集中式采集与同步接入，生成不依赖于外围设备编码的通用可远程定位的源数据包。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成框图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1，本发明实施例设有12路单字节CAN协议-UART协议串行数据转换器1、CANBus数据接收器/串-并转换器2、双字节UART协议-CAN协议串行数据转换器3、数据缓存器4、数据包组装器5、下行串行数据发送器6、双并口RAM7、远程数据包读出控制器8、双并口RAM写入控制器9、CAN收发器10、RS232收发器11和远程串行数据接收/发送模块13。

所述12路单字节CAN协议-UART协议串行数据转换器1的CAN协议串行数据输出端经CANBus总线通过CAN收发器10接CANBus数据接收器/串-并转换器2的输入端，CANBus数据接收器/串-并转换器2的并行数据输出端接数据缓存器4的输入端，所述数据缓存器4划分为12个数据存储片区，每个片区的缓存容量至少为16K字节，用于缓冲存储相对应的12路异步串口采集数据，数据缓存器4的12个数据存储片区的数据输出端接数据包组装器5的异步数据采集串口；数据包组装器5的左端并口接双并口RAM7，数据包组装器5的读请求（READ ACQ）控制信息输出端接远程数据包读出控制器8，双并口RAM7的右边端口接远程数据包读出控制器8；远程数据包读出控制器8的读完毕（READ OK）响应信息输出端接双并口RAM写入控制器9，远程数据包读出控制器8的已读取数据包输出端通过RS232收发器11接远程串行数据接收/发送模块13的输入端，用于启动远程串行数据接收/发送模块13的无线数据的发送；下行串行数据发送器6的输入端经RS232收发器11接远程串行数据接收/发送模块13的下行数据源输出端，下行串行数据发送器6的双字节UART协议串行数据输出端经UARTBus-Tx串行总线数据通道接双字节UART协议-CAN协议串行数据转换器3的双字节数据输入端。

在图1中：

箭头A为系统中上行数据流流向，箭头B为下行数据流流向。

D0～D7为并行的8位字节数据端口，最低比特位D0，最高位比特位D7。

WRITE ENA：写入使能，控制信号。

READ OK：数据读取完毕，响应信号。

READ ACQ：读数据请求，控制信号。

12路单字节CAN协议-UART协议串行数据转换器1可由12路完全独立的RS232收发器101～1012、微控制器111～1112与CAN收发器121～1212组成，每个RS232收发器可连接一个独立的外围设备。每路外围设备的字节数据都经CAN收发器（上行数据）发送至CANBus总线。CAN收发器10接收所有的上行数据然后送入CANBus数据接收器/串-并转换器2进行处理。系统处在下行数据工作模式时，由双字节UART协议-CAN协议串行数据转换器3生成的CAN协议字节数据经CAN收发器10发送至CANBus总线，12路单字节CAN协议-UART协议串行数据转换器1的12个CAN收发器在微控制器的控制下依据存在CANBus总线上的CAN协议数据的标识信息自动获取或舍去数据，获取到数据的微控制器将该下行数据经RS232收发器转发送至对应的外围设备。

CANBus数据接收器/串-并转换器2的8比特字节数据（D0～D7）输出端接数据缓存器4的8比特字节数据（D0～D7）输入端。数据缓存器4划分为12个数据存储片区，每个片区的缓存容量至少为16k字节，用于缓冲存储相对应的12路异步串口采集数据；

数据缓存器4缓存的数据包组装器5数据包组装器调用，经8比特字节数据（D0～D7）输出端送入数据包组装器5的8比特字节数据（D0～D7）输入端；

数据包组装器5右端的8比特字节数据（D0～D7）输出端接双并口RAM7的字节数据输入端，在双并口RAM写入控制器9“写使能（WRITE ENA）”控制信号的控制下，数据包组装器5的数据被写入双并口RAM7双并口RAM中。数据包全部写入双并口RAM7后，数据包组装器5发出“读请求（READ ACQ）”信号，通知远程数据包读出控制器8可读取双并口RAM7中新的上行数据数据包。当远程数据包读出控制器8读取数据完毕，发出“数据读取完毕（READ OK）”信号至双并口RAM写入控制器9，告知可重新写入双并口RAM7新的上行数据数据包；

远程数据包读出控制器8的已读取的上行数据数据包以串行数据的格式连续送入RS232收发器中，RS232收发器11生成的RS232协议数据激发外置的远程串行数据接收/发送模块13，启动远程数据的发送传输；

外置远程串行数据接收/发送模块13接收到下行数据时，经RS232收发器11转换成标准的计算机串行数据格式送入下行串行数据发送器6下行串行数据发送器，下行串行数据发送器6组合串行数据为8位ID标识符+8位字节数据的双字节数据格式，经发送端（Tx）送入系统的第二条数据总线UARTBus中；

双字节UART协议-CAN协议串行数据转换器3双字节异步串行数据/CAN协议转换器（Dual BYTE UART/CAN Interchanger）接收来至UARTBus总线上的下行数据，完成异步串行数据至CAN协议数据的转换，送入CAN收发器10中启动CAN收发器10的CAN协议数据发送。

以下给出本发明各主要部分的说明：

1）BYTE-CAN/UART Interchanger(单字节CAN协议-UART协议串行数据转换器)：

总共12路的“单字节CAN协议-UART协议串行数据转换器”除实现将CANBus总线上存在的下行指令数据经异步串口转发送至对应外围设备的功能外，最重要的功能是将异步串口传来的采集数据拆分成一个个单字节标准的CAN协议串行数据，上行发送至装置系统内部的CANBus总线。

为使本发明达到从数据采集直至数据发送全过程的零数据丢码率与误码率的水平，在数据转换成CAN协议串行数据的过程中采取了限制CAN协议某些规则的应用措施，包括：

（1）仅采用CAN协议的11位ID标准数据帧格式（29位ID扩展格式未用）（[1]CANSpecification Version 2.0,1991,Robert Bosch GmbH,Postfach 30 02 40,D-70442 Stuttgart.）。

（2）数据域的长度限制为8位，即单个字节。

（3）比特率<=750KB/s。

经过上述CAN协议的限制性应用，可知本发明系统内部的CAN协议串行数据帧总长度是个定长，值为（参见文献[1]）：

数据帧总长度=1(起始域)+12（仲裁域）+6（控制域）+8（数据域）+15（CRC域）+2

（应答域）+7（结束域）

=51Bits

若比特率（参见文献[4]PIC18F6585/8585/6680/8680 Data Sheet,Microchip’s WorldwideWeb site:http://www.microchip.com.）设为700KB/s，则一个单字节数据长度的标准CAN数据帧传输时占用CANBus总线的时间T_can：

T_can=(1/700)×51

=73μs

而在通用异步数据串口（UART）的连接应用中，采用标准的9600波特率传输串行数据，传送一个完整的字节数据（包括1个起始位和一个停止位）从起始位至结束位的总时间T_se:

T_se=(1/9600)×10

   =1.042ms

对于任一的异步串口，采用将从外部RS232总线接收到的采集数据拆分成一个个字节数据并依时间顺序即刻转换为单字节CAN协议标准串行数据帧传送至CANBus总线的传送方式时，前后相邻的单字节数据帧之间在CANBus总线上留下的无信号空余时间T_r:

T_r=T_se-T_can

  =969μs

T_r即为CANBus总线可再容许插入其它单字节CAN协议数据帧频谱的时间间隙。在本发明的标准应用中，12路异步串口的波特率均为9600，CAN协议标准的单字节数据数据帧的传输比特率为700KB/s，则CANBus总线上最大的频谱插入密度为14.27个单字节CAN协议数据帧。

这种CANBus总线上数据帧的格式限定满足系统准实时同步采集12路异步串口数据的CANBus总线高密度传输数据的需求。在异步数据串口以9600的波特率接收数据的情况下，相邻的两接收字节数据在CANBus总线上留下14.27个CAN协议单字节数据帧的可插入频谱密度，而12路异步串口在同时接收单字节数据的极端接收条件下在CANBus总线上产生12个CAN协议单字节数据帧的插入频谱，冗余量为2.27，足够用于CANBus总线上出现的数据帧竞争（硬件仲裁）的时间冗余以及个别异步串口工作于大于9600波特率情况下的时间冗余。

每个异步串口连接一个依上述设计组成的“单字节CAN协议-UART协议串行数据转换器”，它们将外围设备实时采集的、经异步串口传来的非同步数据转换成一个个标准的CAN协议(Controller Area Network protocol）单字节串行数据，经CAN收发器发送至系统内部的CANBus总线。“单字节CAN协议-UART协议串行数据转换器”同时承担接收经CAN收发器传来的CANBus总线上的下行数据（若存在由地面用户数据接收站发送来的指令数据，上行数据被屏蔽）并转换成标准UART协议数据（Universal AsynchronousReceiver/Transmitter protocol），然后经RS232总线转发送至对应外围设备的功能。

2）CANBus数据接收器/串-并转换器：

“CANBus数据接收器/串-并转换器”用于实时接收所有存在于CANBus总线上的来自采集器异步串口的采集数据（上行数据，下行数据被屏蔽）并将串行的CAN协议单字节数据格式转换成并行的字节数据格式，然后并行的数据依数据信息的ID码（由本发明定义的CAN协议数据格式中的11比特位标识符，每个异步串口通道数据在转换成单字节CAN协议标准数据串时被定义唯一的标识符）被送入数据缓存器分类缓存。

3）Dual BYTE-UART/CAN Interchanger(双字节UART协议-CAN协议串行数据转换器)：

来自“远程串行数据接收/发送模块”接收的下行数据在“下行串行数据发送器”中被提取和转换成携带ID码和信息数据的双字节连续的UART协议串行数据（ID+data），以满足CAN协议串行数据转换的信息需求。系统内部的另一UARTBus总线将它们送入“双字节UART协议-CAN协议串行数据转换器”，“双字节UART协议-CAN协议串行数据转换器”提取UART协议串行数据的第一个字节构成CAN协议串行数据的ID标识符，提取第二个字节组成CAN协议串行数据的单字节数据。之后，组成的CAN协议单字节数据串被发送至系统内部的CANBus总线。

4）数据缓存器：

“数据缓存器”被划分为12个数据存储片区，每个片区的缓存容量至少为16K字节，用于缓冲存储相对应的12路异步串口采集数据。更大的缓存容量能提高串口采集数据的缓冲能力，这取决于“远程串行数据接收/发送模块”经COM口接收数据并转发的能力。在极限的采集数据情况下（COM1～COM12异步串口都连续接收到数据的情况，波特率9600），“远程串行数据接收/发送模块”若能按照115200波特率连续转发数据，甚至256字节的数据缓存已经足够保证双并口RAM右边并口的读出数据耗时和转发数据的耗时而不发生“数据缓存器”的缓存溢出丢失。采用16K RAM存储器作为单路的采集数据的缓存在通常的采集情况下（异步串口为非长时间连续接收到数据的情况），“远程数据接收/发送模块”可采用标准的9600波特率连续转发数据而不发生数据的缓存溢出丢失。

5）数据包组装器：

“数据包组装器”是本发明模型形成适合远程数据传输且不依赖于外围设备内在数据编码与控制代码的“通用源数据包”的核心装置。数据缓存器中的12个数据存储片区的数据被“数据包组装器”依照数据采集时间的先后顺序与采集量的大小优先提取，每次仅提取一个数据存储片区的一段数据，因此，“数据包组装器”每次提取的数据段仅源于12路异步串口中唯一的一个异步数据采集串口。将数据存储片区对应的ID码与数据段的段长度（数据段长被限制为一次最大2K字节）组成4个字节的数据包“定位”代码（ID：2个字节，数据段长：2个字节），再加上2个字节的补码校验码组成完整的6字节数据包“定位信息代码”。“定位信息代码”与提取的数据段的全部数据从左端并口写入“双并口RAM”中。“READ ACQ”（读请求）为控制信息，通知“远程数据包读出控制器”写入操作已完成，等待“双并口RAM”右边端口的读出数据操作。当等待到“双并口RAM”右端并口的读出操作后，重复执行上述“数据包组装”的操作。由此，每次由“数据包组装器”提取并写入“双并口RAM”的数据段具备了适合远程传输的“源数据包”的完整特征，ID码表征提取的源数据包的异步串口号，数据段长表征提取的源数据包的数据的总数。

6）双并口RAM（dual-ported memory cells，CY7C136，2Kbyte）：

“双并口RAM”用于本发明模型中的可同时读/写数据的快速操作“随机存储器”，用于保证异步串口采集数据的实时性传输。“双并口RAM”兼具二级缓存的功能，提供“远程数据包读出控制器”在发送源数据包数据至“远程串行数据接收/发送模块”操作时的新数据堆栈。

7）远程数据包读出控制器：

“远程数据包读出控制器”经右端并口读取从左端并口写入“双并口RAM”的内容，该内容包括了完整的“通用源数据包”数据信息，即，2字节校验码+2字节ID码+2字节数据段长+数据字节+数据字节+……。读取操作完毕后给出“Read OK”（读完毕）响应信息送入控制左边并口的“双并口存储器写入控制器”中，告知“数据包组装器”可写入新数据至双并口RAM。

在获取数据包的同时，已读取的数据包被依获取时序排队的方式发送到“远程串行数据接收/发送模块”中用于启动无线数据的发送。

8）下行串行数据发送器：

“下行串行数据发送器”是将从“远程串行数据接收/发送模块”接收到的下行源数据包拆分成一连串的双字节UART协议串行数据格式（即，ID+data，ID+data，……），以高速的波特率250000经系统内部的UARTBus串行总线数据通道送入“双字节UART协议-CAN协议串行数据转换器”中，“双字节UART协议-CAN协议串行数据转换器”将接收到的双字节串行数据依与“单字节CAN协议-UART协议串行数据转换器”完全一致的方式转换成单字节的CAN协议数据串送入CANBus总线，完成下行控制信息传递至CANBus总线的功能。

以下给出本发明（12路异步串口数据通用型集中采集装置）与“多异步串口数据通用型分配器”的配置：

“多异步串口数据通用型分配器”系统模块与“12路异步串口数据通用型集中采集装置”系统模块在硬件构成与运行机制上是一致的，但处理的对象是“镜像”的。“12路异步串口数据通用型集中采集装置”系统模块在正向传输模式时是将12路异步串口的采集数据通过集中采集的方式传递至“多异步串口数据通用分配器”系统模块。反之，在反向传输模式时则将计算机12路的多界面数据操作系统控制指令通过集中采集的方式传递至现场指定的外围设备中。这种“镜像”处理模式有利于整个系统引进另外的处理“无线数据远程传输”过程中可能出现的“数据丢失”（非系统造成的，仅与采纳的无线传输系统相关）的“纠错技术”而不影响整个系统的通用性。

综上所述，本发明是一种可广泛用于监测与控制领域中现场存在多个独立运作的外围设备（传感器或控制部件）的异步串口数据的集中采集与实时传输、反向的集中控制与接收现场采集数据的多界面显示与分析的通用型多异步串行数据处理与控制系统。不同于依赖外围设备编码的专用外围设备数据处理与控制系统，本发明采用的数据“明码”双向传输模式是本系统能广泛使用的基本保障，而独特的限制性选择CAN协议规则与UART协议规则的技术应用使得本系统可获得最大化的可集成异步串口数与几乎零误码率、零丢码率的技术水平。

以下给出本发明应用在采用了双“远程串行数据接收/发送模块”集中传输现场异步串口采集数据的机理：

在现场异步串口采集数据的正向传输模式（现场数据传送至数据操作系统）中，《12路异步串口数据通用型集中采集装置》实现最多达12路的外围设备的异步串口数据的同步接入、采集数据“打包”处理并经“远程串行数据接收/发送模块”发送数据包的功能；岸基的《多异步串口数据通用型分配器》则实现接收远程数据包并自动关联匹配、导入与远程现场异步串口号相对应的异步串口（COM口）中，而《多异步串口数据通用型分配器》对应的异步串口（COM口）连接的计算机异步串口配置的数据操作系统是与之相关联的由外围设备生产厂家提供的独立的数据操作系统，因此，现场的异步串口采集数据的每个源数据包被正确导引与接收。

现场的《12路异步串口数据通用型集中采集装置》与用户数据接收站的《多异步串口数据通用型分配器》在硬件组成上是完全一致的。为区分数据在正向传输模式与反向传输模式时装置的功能，数据发送端的装置被称谓为《12路异步串口数据通用型集中采集装置》，数据接收端的装置被称谓为《多异步串口数据通用型分配器》。附图1中A将这两种模式的方向用粗的“点划箭头线”表现出来，称谓表现在“点划箭头线”的下方。

在计算机数据操作系统的指令数据反向传输模式中，选定的“数据操作系统”的指令数据经《12路异步串口数据通用型集中采集装置》的对应异步串行口（COM口）采集，并与数据正向传输模式完全相同的机理将指令数据传送至现场对应的异步串口中，用于控制指定的外围设备。

本发明用于实现最多达12路的互不相干的异步串口数据的准实时集中式采集与同步接入，生成不依赖于外围设备编码的通用可远程定位的源数据包。

单字节CAN协议-UART协议串行数据转换器限制性应用了CAN协议引擎的规则，用于12路异步串口在同时采集数据时CANBus总线上的高密度数据流需求。系统CANBus总线上CAN协议串行数据帧的ID编码设定为11比特，传输的数据设定为单字节。

双字节UART协议-CAN协议串行数据转换器将系统内部UARTBus总线上的ID+data传输单元数据格式转换为CAN协议的单字节串行数据帧。

下行数据发送器将单字节的下行数据转换成UART协议的双数据串串行格式，第一个数据串表征传输数据的标识符ID，第二个数据串表征传输数据data。

数据包组装器能自动生成适合远程数据传输的源数据包，其生成的数据包格式为数据包标识符ID 2个字节+数据包数据长度2个字节+补码校验码2个字节+数据data。

《多异步串口数据通用型分配器》系统模块采用了与《12路异步串口数据通用型集中采集装置》系统模块相一致的硬件构成与运行机制，用于镜像处理双向数据源。

数据操作系统配合接收12路异步串口数据通用型集中采集装置远程传输的采集数据采用的计算机数据操作系统均为外围设备原厂数据操作系统软件。

Claims (1)

1.12路异步串口数据通用型集中采集装置，其特征在于设有12路单字节CAN协议-UART协议串行数据转换器、CANBus数据接收器/串-并转换器、双字节UART协议-CAN协议串行数据转换器、数据缓存器、数据包组装器、下行串行数据发送器、双并口RAM、远程数据包读出控制器、双并口RAM写入控制器、CAN收发器、RS232收发器和远程串行数据接收/发送模块；

所述12路单字节CAN协议-UART协议串行数据转换器的CAN协议串行数据输出端经CANBus总线通过CAN收发器接CANBus数据接收器/串-并转换器的输入端，CANBus数据接收器/串-并转换器的并行数据输出端接数据缓存器的输入端，所述数据缓存器划分为12个数据存储片区，每个片区的缓存容量至少为16K字节，用于缓冲存储相对应的12路异步串口采集数据，数据缓存器的12个数据存储片区的数据输出端接数据包组装器的异步数据采集串口；数据包组装器的左端并口接双并口RAM，数据包组装器的读请求控制信息输出端接远程数据包读出控制器，双并口RAM的右边端口接远程数据包读出控制器；远程数据包读出控制器的读完毕响应信息输出端接双并口RAM写入控制器，远程数据包读出控制器的已读取数据包输出端通过RS232收发器接远程串行数据接收/发送模块的输入端，用于启动远程串行数据接收/发送模块的无线数据的发送；下行串行数据发送器的输入端经RS232收发器接远程串行数据接收/发送模块的下行数据源输出端，下行串行数据发送器的双字节UART协议串行数据输出端经UARTBus-Tx串行总线数据通道接双字节UART协议-CAN协议串行数据转换器的双字节数据输入端。