CN103746723A - 有线通道信息引接设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有线通道信息引接设备，包括有线通信单元、数字信息处理单元、接口单元和电源单元；数字信息处理单元分别与线通信单元、接口单元、电源单元连接；数字信息处理单元的数字信号处理功能采用FPGA芯片实现；实现引接的方法，包括：A）从有线通道信息引接设备的网口或串口接收判断到上位机发送的特定格式数据；B）有线通道信息引接设备内部将上位机发来的有效数据进行数据提取、数据编码、加密、成帧等处理后将数据发送给有线通信单元；C）有线通信单元将接收到的数字信号调制后将模拟信号发送到有线通道；有益效果是：利用模拟有线通道解决有线终端设备的引接，实现上位机对有线终端设备的数据交换及状态控制。

Description

有线通道信息引接设备
技术领域
   本发明涉及通信电子技术领域，特别涉及有线通道信息引接设备。
背景技术
以往，有线终端设备的解决引接的方法包括：
（A）从有线通道信息引接设备的网口或串口接收判断到上位机发送的特定格式数据。
（B）有线通道信息引接设备内部将上位机发来的有效数据进行数据提取、数据编码、加密、成帧等处理后将数据发送给有线通信单元。
（C）有线通信单元将接收到的数字信号调制后将模拟信号发送到有线通道。
以往的有线通道信息引接设备从帧结构、数据编码方式、数据加密方式以及调制解调方式等方面都无法满足现有终端设备引接的技术要求。
因此需要设计一种有线通道信息引接设备，利用有线通道与有线终端设备连接，利用模拟有线通信技术和数字信号处理技术实现数字信息的模拟远距离传输，利用数字通信技术解决数据传输的准确性、可靠性和灵活性，利用数据通信接口技术实现与上位机的数据交换，从而使上位机能够实现与远端的有线终端设备进行数据交换以及状态控制。
发明内容
本发明的目的就是为克服现有技术的不足，提供一种有线通道信息引接设备的设计方案，利用有线通道信息引接设备实现有线终端设备和上位机之间的通信。
    本发明是通过这样的技术方案实现的：有线通道信息引接设备，其特征在于，包括有线通信单元、数字信息处理单元、接口单元和电源单元；数字信息处理单元分别与线通信单元、接口单元、电源单元连接；
    所述数字信息处理单元由上位机端数据判决器、数据编码器、数据加密器、数据成帧器1、数据缓冲器1、终端数据发送器、终端数据判决器、数据解码器、数据解密器、数据成帧器2、数据缓冲器2、上位机端数据发送器连接构成；设备的数字信号处理功能采用FPGA芯片实现；
    所述有线通信单元由电源模块、发送模块和接收模块连接构成；
    发送模块包括送定时器，发送定时器连接数据编码器，数据编码器连接扰码器，扰码器连接调制器，调制器连接放大器，放大器连接滤波器，滤波器连接变压器，变压器连接电缆保护器；电缆保护器与有线通道连接；
    接收模块包括数据译码器，反扰码器、解调器、均衡器、放大器、滤波器、载波检测器、变压器、电缆保护器；电缆保护器与有线通道连接；
   所述接口单元，由单片机、串口芯片和网口芯片构成；单片机分别与串口芯片、网口芯片连接；
利用有线通道信息引接设备实现引接的方法，包括： 
（A）从有线通道信息引接设备的网口或串口接收判断到上位机发送的特定格式数据；
（B）有线通道信息引接设备内部将上位机发来的有效数据进行数据提取、数据编码、加密、成帧等处理后将数据发送给有线通信单元；
（C）有线通信单元将接收到的数字信号调制后将模拟信号发送到有线通道；
本发明的有益效果是：利用有线终端设备现有通信接口解决引接问题，不对原有线终端设备做任何改动。本发明利用模拟有线通道解决有线终端设备的引接，以实现上位机对有线终端设备的数据交换及状态控制。
附图说明
图1总体应用框图；
图2设备功能框图；
图3有线通信单元发送模块；
图4有线通信单元接收模块；
图5电缆保护器；
图6数字信息处理单元功能框图；
图7数字信息处理单元与单片机模块连接关系图；
图8数字信息处理功能框图；
图9单片机软件流程图。
具体实施方式
    为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
如图1至图9所示，有线通道信息引接设备，包括有线通信单元、数字信息处理单元、接口单元、电源单元；数字信息处理单元分别与线通信单元、接口单元、电源单元连接；
    所述数字信息处理单元由  上位机端数据判决器、数据编码器、数据加密器、数据成帧器1、数据缓冲器1、终端数据发送器、终端数据判决器、数据解码器、数据解密器、数据成帧器2、数据缓冲器2、上位机端数据发送器。
连接构成；
    所述有线通信单元由电源模块、发送模块和接收模块连接构成；
    发送模块包括送定时器，发送定时器连接数据编码器，数据编码器连接扰码器，扰码器连接调制器，调制器连接放大器，放大器连接滤波器，滤波器连接变压器，变压器连接电缆保护器；
    接收模块包括数据译码器、反扰码器、解调器、均衡器、放大器、滤波器、载波检测器、变压器、电缆保护器；
   所述，接口单元，由单片机、串口芯片、网口芯片构成；单片机分别与串口芯片连接单片机、网口芯片连接；
   接收模块中的电缆保护器，防止由于电磁脉冲产生的电压、电流过载，以及消除来自于非编制设备的影响。
    接收模块，得数据译码器连接反扰码器，反扰码器连接解调器，解调器连接均衡器，均衡器连接放大器，放大器连接滤波器，载波检测器连接放大器，滤波器连接变压器，变压器连接电缆保护器。
    图1所示 设备的使用环境，有线通道信息引接设备用于将有线终端设备和上位机引接起来，通过上位机就可以与有线终端设备进行数据信息交换和状态控制。有线通道信息引接设备与有线终端设备通过有线通道进行连接，有线通道信息引接设备与上位机通过串口和网口进行连接。
     如图2所示，设备的组成包括有线通信单元、数字信息处理单元、接口单元、电源单元。有线通信单元将接收的模拟信号经过转换为数字信号，将数字信号转换为有线模拟信号，该单元将信息进行放大、滤波、均衡、调制解调等处理，数字信息处理单元对信息进行编码、解码、加密、解密、成帧、拆帧处理，单片机模块将信息转换成串口数据和网口数据。
    如图3所示，有线通信单元发送模块包括发送定时器、数据编码器、扰码器、调制器、放大器、滤波器、变压器、电缆保护器。
有线通信单元发送模块是把数字信号调制为有线模拟信号，并把调制后的模拟信号发送到通信线路上。
如图4所示，有线通信单元接收模块包括：数据译码器、反扰码器、解调器、均衡器、放大器、滤波器、载波检测器、变压器、电缆保护器。
有线通信单元接收模块是把有线模拟信号解调为数字信号。
扰码器，由于当有线通信单元接收到已经调制的有线模拟信号时，就对其进行解调处理，把解调出的数据和时钟信号同时发给与其连接的数字信息处理单元，这种时钟信号是根据接收数据产生的，和接收数据有着严格的对应关系，该时钟信号叫做导出的时钟信号。但当接收的数据流中出现连续的“0”串或连续的“1”串时，有线通信单元的接收电路无法导出时钟信号，所以不允许出现长串的“0”或“1”。扰码器的作用就是根据预定的算法改变数据流的结构，使其不包含长串的“0”或“1”。
调制器，用于将数字信号转换成适应与有线信号传输的模拟信号。
放大器和滤波器，放大器的作用是提升调制信号的电平，以便信号的远距离传输。滤波器的作用是限制模拟信号的频率，使其符合有线电缆的频率特性
均衡器，用于测试接收到的模拟信号的是真程度并调整接收电路的参数，以纠正信号传输中产生的畸变。在一次传输开始时，先发送一段“训练序列”，训练信号是已知的调制信号，它的特性是对端知道的，有线通信单元接收模块根据接收到的训练信号调整均衡器，使其达到理想的波形，这样当传送数据信号时可以适当补偿传输线路引起的信号失真。
     如图5所示，电缆保护器包括放电器FV2，限幅二极管VD1和VD2，变阻器Ru1和Ru2，电阻器R1、R2、R3、R4。电缆保护器的接收端子1连接FV2的1脚，FV2的1脚连接R1的1脚，R1的2脚连接Ru1的1脚，Ru1的1脚连接R2的1脚，R2的2脚连接VD1的1脚，VD1的1脚连接发送端子1，接收端子2连接FV2的2脚，FV2的2脚连接R3的1脚，R3的1脚连接Ru2的2脚，Ru2的2脚连接R4的1脚，R4的2脚连接VD2的2脚，VD2的2脚连接发送端子2，FV2的3脚连接Ru1的2脚，Ru1的2脚连接Ru2的1脚，Ru2的1脚连接VD1的2脚，VD1的2脚连接VD2的1脚，VD2的1脚连接大地。
    当危险脉冲电压、电流作用时，限幅二极管启动（限幅二极管的启动门限：横向保护正负18V，纵向保护正负36V），启动时间不大于1纳秒。当危险脉冲电流增大到30A至40A时，这时电阻分压启动变阻器，变阻器可在电流不大于800A时工作。当通过变阻器的脉冲电流达到500A至600A时，将启动放电器，此时R1、R2进行分压，放电器可保障电流不大于10kA时正常工作。
     如图6所示，数字信息处理单元包括上位机端数据判决器、数据编码器、数据加密器、数据成帧器1、数据缓冲器1、终端数据发送器、终端数据判决器、数据解码器、数据解密器、数据成帧器2、数据缓冲器2、上位机端数据发送器。
    如图7所示，单片机模块包括单片机、存储器、串口芯片、网口芯片、串口、网口等。单片机型号为：STC89C52，串口芯片型号为：MAX3232，网口芯片为：W5100。
    如图8所示，数字信息处理单元中的数据编码器结构符合CRC-CCITT国际标准，其表示的生成多项式为： X16+X12+X5+1。
    如图9所示，单片机的软件流程为：
（A）从网口接收到数据，处理判断数据是否合法，发送到内部串口3；
（B）从内部串口收到数据，处理判断数据是否合法，发送到外部串口1；
（C）从外部串口收到数据，不是设置网络参数命令，处理判断数据是否合法，发送到内部串口3；
（D）对网络参数的设置，在串口处输入特定的设置命令，输出提示，进行设置。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (2)

1.有线通道信息引接设备，其特征在于，包括有线通信单元、数字信息处理单元、接口单元和电源单元；数字信息处理单元分别与线通信单元、接口单元、电源单元连接；
    所述数字信息处理单元由上位机端数据判决器、数据编码器、数据加密器、数据成帧器1、数据缓冲器1、终端数据发送器、终端数据判决器、数据解码器、数据解密器、数据成帧器2、数据缓冲器2、上位机端数据发送器连接构成；设备的数字信号处理功能采用FPGA芯片实现；
    所述有线通信单元由电源模块、发送模块和接收模块连接构成；
    发送模块包括送定时器，发送定时器连接数据编码器，数据编码器连接扰码器，扰码器连接调制器，调制器连接放大器，放大器连接滤波器，滤波器连接变压器，变压器连接电缆保护器；电缆保护器与有线通道连接；
    接收模块包括数据译码器，反扰码器、解调器、均衡器、放大器、滤波器、载波检测器、变压器、电缆保护器；电缆保护器与有线通道连接；
   所述接口单元，由单片机、串口芯片和网口芯片构成；单片机分别与串口芯片、网口芯片连接；
利用有线通道信息引接设备实现引接的方法，包括： 
（A）从有线通道信息引接设备的网口或串口接收判断到上位机发送的特定格式数据；
（B）有线通道信息引接设备内部将上位机发来的有效数据进行数据提取、数据编码、加密、成帧等处理后将数据发送给有线通信单元；
（C）有线通信单元将接收到的数字信号调制后将模拟信号发送到有线通道。
2.如权利要求1所述的有线通道信息引接设备，其特征在于，接收模块中的电缆保护器包括放电器FV2，限幅二极管VD1和VD2，变阻器Ru1和Ru2，电阻器R1、R2、R3、R4；电缆保护器的接收端子1端连接FV2的1脚，FV2的1脚连接R1的1脚，R1的2脚连接Ru1的1脚，Ru1的1脚连接R2的1脚，R2的2脚连接VD1的1脚，VD1的1脚连接发送端子1，接收端子2连接FV2的2脚，FV2的2脚连接R3的1脚，R3的1脚连接Ru2的2脚，Ru2的2脚连接R4的1脚，R4的2脚连接VD2的2脚，VD2的2脚连接发送端子2，FV2的3脚连接Ru1的2脚，Ru1的2脚连接Ru2的1脚，Ru2的1脚连接VD1的2脚，VD1的2脚连接VD2的1脚，VD2的1脚连接大地。
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