CN103595598A - 一种基于光纤的远程透明传输串口服务器及其控制模式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤的远程透明传输串口服务器及其控制模式，用以实现具有光网络数据与串口数据转换功能的串口服务器。本发明提供的一种串口服务器技术方案包括：第一协转芯片；第一协转芯片包括以太网口和光口，通过与MCU相连，用于实现以太网光纤协议交换功能；至少一个第二协转芯片，可实现不同数据之间交换模式的控制，通过第一协转芯片与MCU相连的模式，用于MCU接收网络数据包，解析数据包包头后，根据配置菜单配置好的IP地址端口号将解析出的信息发送给对应串口设备或总线；通过第二协转芯片与MCU相连的模式，将串口数据打包成标准的网络数据包发送给MCU，根据请求服务器建立的连接，将网络数据包通过MCU发送给相应的网络。

Description

一种基于光纤的远程透明传输串口服务器及其控制模式

技术领域

本发明涉及数据传输及工业控制领域，尤其是一种基于光纤的远程透明传输串口服务器及其控制模式。

背景技术

目前所使用的串口服务器是一种协议转换设备，通常串口服务器有一个以太网口和若干个异步串行接口，一方面处理来自互联网客户端的数据，通过以太网口将其发送到相应的串口；另一方面，处理串口的数据，通过以太网口将其发送到远端。

随着信息技术与以太网技术的发展，越来越多的工业数据采集系统中，对于远程数据传输的各方面要求越来越高，仅用以太网进行数据传输，由于其传输距离和速度的有限，已经不能满足远距离高速的通信，使用光纤进行通信无疑是一种传输距离更远，传输速度更快的方式。同时现有的串口服务器中，大多只能进行单一的数据交换模式的控制，大大影响了串口服务器在工业控制现场的应用效率。

并且，现有的串口服务器中大多是通过以太网进行传输通信的，同时也很少使用MII接口进行数据传输，这已经远远不能满足市场的需求，因此，急需开发一种具有多种数据交换模式和传输效率更高的串口服务器。

发明内容

本发明提供了一种基于光纤的远程透明传输串口服务器及其控制模式，用以实现具有光网络数据与串口数据转换功能的串口服务器。

本发明提供的一种基于光纤的远程透明传输串口服务器采用如下的技术方案实现，服务器包括MCU、电源转换模块、第一协议转换芯片、光纤接口、第二协议转换芯片、串行接口。

通过第一协转芯片与光纤接口相连的控制模式，用于实现以太网光纤协议交换功能；通过第二协转芯片与串行接口相连的控制模式，用于实现各种串口数据的交换功能；MCU通过分别与第一协转芯片和第二协转芯片相连的控制模式，用于实现不同网络数据与不同串口数据之间的交换功能；通过LED收发指示模块与MCU相连的控制模式，用于指示串口正常运行情况；通过电源转换模块与MCU相连的控制模式，用于提供串口服务器正常运行所需的电压；第一协转芯片与MCU之间连接可采用MII接口实现。

以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：通过光纤网络实现了远程的高速传输，使得传输的距离和速度得以保障，弥补了以太网传输距离短和传输速率不够快的缺陷，同时实现串口服务器的透明传输，保证数据传输的可靠性；同时可实现不同数据之间交换模式的控制，通过第一协转芯片与MCU相连的模式，用于MCU接收网络数据包，解析数据包包头后，根据配置菜单配置好的IP地址+端口号将解析出相应的端口号，再将数据包信息发送给对应串口设备或总线；通过第二协转芯片与MCU相连的模式，将串口数据打包成标准的网络数据包发送给MCU，根据服务器数据请求建立的连接，将网络数据包通过MCU发送给相应的网络端口。当串口服务器作为主控器做总线控制时，有两种模式，一是做所有串口设备的总线控制；二是做指定的串口设备的通信控制。因此，在通信领域和工业控制具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的应用示意图；

图3是本发明以太网与串口数据交换过程示意图；

图4是本发明光口与串口数据交换过程示意图；

图5是本发明以太网与光口数据交换过程示意图；

图6是本发明的RS232全信号控制简单示意图；

图7是本发明的RS232/RS485双串口控制简单示意图；

图8是本发明的ModBUS总线控制简单示意图；

具体实施方式

本发明的核心思想：本发明通过光纤通信网络将光纤协议集成到串口服务器中，使用的以太网光纤协议转换芯片代替现有串口服务器中的以太网控制器，从而使得串口服务器自身具备光纤通信功能，使得传输的距离和速度得以保障，弥补了以太网传输距离短和传输速率不够快的缺陷，同时实现串口服务器的透明传输，提高了抗静电干扰能力，保证数据传输的安全性，同时可实现不同数据之间交换模式的控制，通过第一协转芯片与MCU相连的模式，用于MCU接收网络数据包，解析数据包包头后，根据配置菜单配置好的IP地址端口号将解析出的信息发送给对应串口设备或总线；通过第二协转芯片与MCU相连的模式，将串口数据打包成标准的网络数据包发送给MCU，根据服务器请求建立的连接，将网络数据包通过MCU发送给相应的网络。为方便进一步理解，结合附图及具体实施过程对发明进行详细描述。

结合图1，包括：MCU、电源转换模块、第一协转芯片、光纤接口、第二协转芯片、串行接口；

电源转换模块通过将5v2A开关电源转换成3.3v，用于提供串口服务器正常运行所需的电压，也可使用恒定电源，最大可承受电压达12V；

所述第一协转芯片与光纤接口相连，用于以太网光纤协议交换功能的实现；本发明实施例中第一协议转换芯片采用常用的以太网光纤协议转换芯片IP113系列芯片；

第二协转芯片与串行接口相连，用于实现各种不同串口功能；本发明实施例中第二协转芯片可以根据外部接口设备的需要，包括：一个或两个RS232芯片，以实现RS232的全电平控制；或者是一个RS232芯片和一个RS485芯片，以实现双串口的控制；或者是一个RS485芯片或两个RS485芯片，以实现串口服务器作为主控器，做ModBUS总线控制。当串口服务器作为主控器做总线控制时，有两种模式，一是做所有串口设备的总线控制；二是做指定的串口设备的通信控制；

所述MCU分别与第一协转芯片和第二协转芯片相连，以保证MCU对第一协转芯片和第二协转芯片实现正常的控制，本发明实施例中MCU采用MCF5223X系列芯片，是32位微控制器系列中高端产品，具有32Kbytes内部SRAM和256Kbytes flash存储器，四个32-bit的DMA请求能力的定时器，4通道DMA控制器，快速以太网控制器，CAN模块，I2CTM模块，3个UART和一个队列SPI，保证串口服务器功能的正常运行。

LED收发指示模块与MCU相连，用于指示串口正常运行情况，本发明实施例中使用绿色LED指示灯，根据系统所设置的波特率不同，LED指示灯闪烁的速度也不同，保证串口服务器运行时指示明确；

上述第一协转芯片与MCU之间连接可采用MII接口实现。

在上述硬件的基础上，不仅可以实现光纤通信功能的串口服务器，而且结合MCU的丰富资源，还可以实现A/D数据采集，以及I//O端口控制等功能，大大提高串口服务器的应用范围。

结合图2，串口服务器一端通过光纤与远程主站相连，实时监听和解析网络服务端的数据，一旦捕捉到TCP/IP数据包后，经过主控芯片的处理，查找当前服务器端口号，并按照之前设置好的对应的端口号和串口号关系，将数据传输到与之对应的该串口，保证数据高效的传输；同时，另一端通过串行通信接口模块与外部设备相连，将从串口上来的数据，进行TCP/IP的打包处理，通过串口服务器的处理，传至远程主站。

一、下面介绍一下本发明实施例的几种典型用法的数据交换过程的控制模式。

结合图3，是以太网与串口数据交换过程的控制模式，从虚线的箭头可以看出，网络数据包通过以太网接口连接到串口服务器后，通过MCU解析数据包包头中的串口端口号等信息，然后提取数据信息并重新打包成标准的数据包，根据配置菜单配置好的IP地址端口号，将解析出来的串口端口号等信息，通过MCU的TX口与第二协转芯片RX口，发送给第二协转芯片，第二协转芯片接收数据后，发送给相应的串口设备或总线；同样的，串口设备或总线将串口信息，发送给第二协转芯片，第二协转芯片的RX口接收到数据后，通过第二协转芯片的TX口发送MCU，根据服务器请求建立的连接，将网络数据包重组为标准的以太网数据包并通过MCU与以太网接口发送给以太网络。

结合图4，是光口与串口数据交换过程的控制模式，从虚线的箭头可以看出，光网络数据包通过光纤接口连接到串口服务器后，由第一协转芯片转换成以太网数据包并发送至MCU，通过MCU解析数据包包头中的串口端口号等信息，然后提取数据信息并重新打包成标准的数据包，根据配置菜单配置好的IP地址端口号，将解析出来的串口端口号等信息，通过MCU的TX口与第二协转芯片RX口，发送给第二协转芯片，第二协转芯片接收数据后，发送给相应的串口设备或总线；同样的，串口设备或总线将串口信息，发送给第二协转芯片，第二协转芯片的RX口接收到数据后，通过第二协转芯片的TX口发送给MCU，根据服务器请求建立的连接，将网络数据包重组为标准的以太网数据包通过MCU与第一协转芯片将数据打包成光纤网络格式的数据发送给光纤网络。

结合图5，是以太网与光口数据交换过程的控制模式，从虚线的箭头可以看出，通过第一协转芯片将以太网数据包转换成光纤格式的数据包并发送给光纤网络；同时，也可以将光网络数据包通过第一协转芯片转换成以太网数据包并发送给以太网络。

这种不同数据进行交换的控制模式的设计，大大增加的串口服务器使用的灵活性，能够满足各种工业现场环境的使用，节约了时间的同时，省去了大量的成本。

二、下面介绍一下本发明实施例的几种典型应用模式。

结合图6，通过光纤接口与第一协转芯片相连，RS232接口设备与第二协转芯片相连，MCU分别与第一协转芯片和第二协转芯片相连的控制模式，将光网络数据交换成RS232串口设备能识别的数据，同时，在基于RS232三根信号线通信的基础上，可以扩展成全信号线的通信。这种控制模式，实现了远距离通信，同时使得传输数据格式化，可进行串一并转换，控制数据传输速率，进行错误检测，扩大了串口服务器的功能。

结合图7，由于本串口服务器有两个异步串行接口，所以可以实现RS232和RS485双串口数据传输，通过光纤接口与第一协转芯片相连，RS232和RS485接口设备与第二协转芯片相连，MCU分别与第一协转芯片和第二协转芯片相连的控制模式，将光网络数据交换成RS232和RS485串口设备能识别的数据。这种控制模式，大大地增强了串口服务器的使用范围，同时使外部串口设备接口使用更灵活，对各种串口设备都适用。

结合图8，通过光纤接口与第一协转芯片相连，RS485接口设备与第二协转芯片相连，MCU分别与第一协转芯片和第二协转芯片相连的控制模式，将光网络数据交换成RS485串口设备能识别的数据，同时，在基于RS485进行串行通信的基础上，可将本串口服务器做为主控器，通过RS485总线进行各种总线协议控制，如ModBUS总线控制。当串口服务器作为主控器做总线控制时，有两种模式，一是做所有串口设备的总线控制；二是做指定的串口设备的控制。这种控制模式，采用分层设计思想，使得本串口服务器实现了基本功能的同时，在不更换主板的情况下，可以进行各种总线的控制，使用灵活方便，降低了生产的成本。综上所述，本发明实施例中设计的串口服务器包括以太网口、光纤接口、以及串行接口，有效的解决了串口服务器工作模式单一、传输距离短、传输速度慢的问题，使得本发明能在多种环境下应用，降低了成本。并且，通过第一协转芯片和第二协转芯片，实现了各种数据交换的控制模式，包括：以太网数据和串口数据的交换，光口数据与串口数据的交换，以及以太网数据和光口数据之间的交换，这样多种数据交换的模式控制形式，大大的增加了产品开发的灵活性，通过光口实现数据的交换也是本发明的创新点。经过严格的测试和广泛的应用，本发明实施例提供的串口服务器的应用更广泛、数据转换效率高、运行稳定可靠、抗干扰能力强，大大降低成本。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图或方框图中的每一流程或方框、以及流程图或方框图中的流程或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种基于光纤的远程透明传输串口服务器，包括MCU、电源转换模块、第一协转芯片、光纤接口、第二协转芯片、串行接口；其特征是：所述第一协转芯片与光纤接口相连，用于实现以太网光纤协议交换功能；所述第二协转芯片与串行接口相连，用于实现各种不同串口功能；所述MCU分别与第一协转芯片和第二协转芯片相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤的远程透明传输串口服务器，其特征是，MCU通过分别与第一协转芯片和第二协转芯片相连的控制模式，用于实现不同网络数据与不同串口数据之间的交换功能。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤的远程透明传输串口服务器，其特征是，通过第一协转芯片与MCU相连的模式，用于MCU接收网络数据包，解析数据包包头后，根据配置菜单配置好的IP地址+端口号将解析出相应的端口号，再将数据包信息发送给对应串口设备或总线。

4.根据权利要求1所述的一种基于光纤的远程透明传输串口服务器，其特征是：通过第二协转芯片与MCU相连的模式，将串口数据打包成标准的网络数据包发送给MCU，根据服务器数据请求建立的连接，将网络数据包通过MCU发送给相应的网络端口。

5.根据权利要求1所述的一种基于光纤的远程透明传输串口服务器，还包括：当串口服务器作为主控器做总线控制时，有两种模式，一是做所有串口设备的总线控制；二是做指定的串口设备的通信控制。

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