CN103823775A - 一种串口与网口智能转换器 - Google Patents
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Abstract
一种串口与网口智能转换器，包括：一个串口收发模块收发串口信号，一个网口控制模块收发符合TCP/IP规范的网口信号，一个中央控制器第一端口连接到所述串口收发模块，第二端口连接到所述网口控制模块，所述中央控制器处理来自串口收发模块的串口信号并转换为网口信号或者处理来自网口控制模块的网口信号并转换为串口信号。
Description
技术领域
本发明属于网络通信应用技术领域，具体涉及一种串口与网口通信方式智能转换的方法和装置。
背景技术
目前，在众多智能应用领域中（如安防、机房、工控、医疗、楼宇等领域），有成千上万的传感器、PLC、控制器、监测器和读卡器等RS-232/485/422串口设备，普遍都是通过RS-232或RS-485/42总线通信与主控平台进行数据通信和管理的。然而随着社会需求的发展，要求支持更大数据流量、更稳定的系统。与RS-232串口通信，RS-485总线通信相比较，TCP/IP网络具有通信距离远，只要联接互联网，通信距离可以无限延长。而RS-232串口通信的距离就只有15M，而RS-485通信距离就只有1200M(可以通过485中继器延长通信距离，但是最多延长6000M，而且还要视外部环境而定）。TCP/IP网络通信质量稳定，由于TCP/IP网络是基于复杂环境设计的，具有自动纠错功能，所以通信质量非常稳定，不受外部环境干扰。而RS-232串口通信，RS-485总线通信则抗干扰能力比较差，容易出错。随着TCP/IP网络的发展，其通信流量不断的提高，现在TCP/IP网络100M已经成为了标准配置。而RS-232串口通信，RS-485总线通信的速率一般最大只可以达到100K左右，而且随着速率的提高，其稳定性，通信距离都会成反比的相应发生变化。
要让技术早已成熟的RS-232/485串口设备转化成TCP/IP网口设备，需要重新研发和整合CPU、DSP、TCP/IP协议等各种软硬件，需要投入巨大人力资源、资金和时间成本。因此要结合网络设备的优点充分利用现有大量串口设备，同时又要节省改造成本是业内需要解决的问题。
但如果利用串口设备原有的RS-232/485串口，转接一个串口转网口的智能转换器，就可以不需要推翻过去的技术成果，只需要在原有串口系统中增加配置网络连接信息功能，就可以方便快捷地实现RS-232/485转TCP/IP的功能。
因此本发明正是从这个角度出发，用最简单的方式解决了串口和网口的智能转换问题。
发明内容
本发明的发明内容只提供一个对本发明部分方面和特点的基本理解，其不是对本发明的广泛的概述，也不是用来特别指出本发明关键的要素或者勾画发明的范围。其唯一的目的是简化地呈现本发明的一些概念，为后续详细的描述本发明作一些铺垫。
本发明提供一种串口与网口智能转换器，包括：一个串口收发模块收发串口信号，一个网口控制模块收发符合TCP/IP规范的网口信号，一个中央控制器第一端口连接到所述串口收发模块，第二端口连接到所述网口控制模块，所述中央控制器处理来自串口收发模块的串口信号并转换为网口信号或者处理来自网口控制模块的网口信号并转换为串口信号。
其中所述串口信号符合RS-232或RS485标准。串口收发模块包括串口电平转换器和一个通用异步接收/发送装置，网口控制模块包括一个RJ45接口。
串口与网口智能转换器还包括一个电源转换模块为串口与网口智能转换器供电。中央控制器连接有多个串口收发模块或多个网口控制模块。
所述串口与网口智能转换器还包括一个E2PROM连接到所述中央控制器。
本发明转换器的运行方法，包括步骤：网口控制模块接收网口数据，
中断接收网口数据，将接收到的网口数据放入网口接收缓存区，中央控制器对接收到的数据进行分析处理，将处理后的数据放入串口发送缓存区，
处理后的数据通过所述串口收发控制模块发送至一个应用设备。
本发明另一种转换器的运行方法，包括步骤：串口收发控制模块接收串口数据，中断接收串口数据，将接收到的串口数据放入串口接收缓冲区，中央控制器对接收到的数据进行分析处理，判定处理后的数据是IP地址、端口号、MAC地址、控制命令和有效数据包之一，如果是效数据打包，则通过网口发送缓存区将处理后的数据发送至目的IP地址和端口。
本发明所提供的转换器和转换器的运行方法，能够实现串行口与网络接口数据的智能连接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的有关本发明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显示了本发明串口与网口智能转换器的结构示意图。
图2a显示了本发明串口与网口智能转换器从网口接收数据向串口传送数据的处理流程。
图2b显示了本发明串口与网口智能转换器转换网口接收数据向串口传送数据的处理流程。
具体实施方式
本发明的目的是解决串口和网口的智能转换问题，以最方便的方式扩展应用设备的数据通信功能，一个串口和网口智能转换模块可以连接多个串口。
如图1所示，本发明所述的串口与网口智能转换器由MCU主控模块、串口收发控制模块、网口控制模块、存储器和电源转换模块五大功能模块组成的。
其中MCU主控模块可以由ARM Contex-M3作为微控制器，它自带3路相互独立的通用异步接收/发送装置（UART），且内部集成了完整的MAC（媒体访问控制层）和PHY（以太网物理层）接口，支持10Mbps和100Mbps传输速度。主控模块是设计的核心模块，它主要负责串口数据收发，数据识别处理，以太网数据收发和相应的状态指示。下面的实施例均以ARM Contex-M3为例描述本发明，但是除了上述ARM Contex-M3可以作为微控制器其它能实现串口数据收发，数据识别处理，以太网数据收发和相应的状态指示的芯片均可用作本发明所属的MCU主控模块。
串口收发控制模块分为两部分，一是RS-232/485串行口电平转换，二是实现异步收/发的收发控制器。电平转换部分通过串行线连接到应用设备（图中未示出），并传送和接受来自该应用设备的串行口信号到后续的异步收/发控制器中。电平转换可根据客户需要进行选择，若应用设备本身已经进行电平转换的，则仅需通过选择串口收发控制模块处理后与所述MCU联系；若是将本发明的串口与网口智能转换器作为应用设备系统模块的一部分，设备系统中其它与之相通信的信号电平和信号形式都已经做过适应性设置，则应用设备分别连接到串口和网口智能转换器的发送和接收信号即可。
网口控制模块接收来自MCU的信号，向外部的网络输出/接收满足TCP/IP规范的信号。 网口控制模块只有一个RJ45接口，以太网控制器已经集成于MCU主控模块中了，因此网口控制模块仅仅是个简单的RJ45外部驱动电路。
存储器E2PROM与MCU主控制器连接，用于存储配置参数，如MAC地址、IP地址、端口号、串口波特率等参数。
电源转换模块的电源输入是由应用设备提供的3.9─20V的电源，经过DC-DC转换模块转换得到3.3V工作电压。具体电压可根据实际应用环境的需要设置不限于本实施例所述的3.3V，只要能够为本发明串口与网口智能转换器提供电源的均属于本发明保护所述的电源转换模块。
本发明中所述的5个模块并不一定是实际互相独立的5个部件，也可能是许多功能模块整合后的2个或3个芯片，比如串口收发控制模块、MCU、网口控制模块、E2PROM的部分或全部可以集成设计到一块芯片中，其它部分如电源可以单独设计为另一块芯片。所以本发明所述的5个模块仅仅是为了功能描述方便而作的划分并非一定要5个独立的模块的硬件。比如电源转换模块可以集成在应用设备中，然后直接将输出的直流电源通过导线供应给本发明的转换器，此时本发明的转换器中就不包括电源转换模块，但是仍属于本发明保护范围。 本发明中串口和网口信号转换的具体实现方法，是由MCU中的软件设计完成的。系统设计中为串口数据收发分别定义了2K的接收缓存区（UartRXBuffer）和2K的发送缓冲区（UartTXBuffer），也为网口数据收发分别定义了2K的网口接收缓存区（NetRXBuffer）和2K的网口发送缓冲区（NetTXBuffer）。
如图2a所示，MCU在后端的网口控制模块成功接入以太网的情况下，能够中断接收网口数据，将接收到的数据放入网口接收缓存区（NetRXBuffer），MCU再对接收到的数据进行分析处理，放入发送缓存区UartTXBuffer，然后再将处理后的数据通过所述串口收发控制模块发送至应用设备。
如图2b所示为本发明在接收到来自应用设备的串口信号情况下，转换串口信号为网口信号输出的流程。 MCU在接收到来自串口收发模块的串行信号后，采用中断接收串口数据，放入所述接收缓存区，经过数据分析处理，判定接接收缓存区中收到的数据是IP地址、端口号、MAC地址、控制命令还是有效数据包。首先判断是否是MAC地址，如果是MAC地址则保持该MAC地址到E2PROM存储器，并配置该MAC地址到MCU对应寄存器；如果不是MAC地址则判断是否是IP地址、端口号，如果是IP地址、端口号则保存该IP地址、端口号到E2PROM存储器；如果不是则近行下一步比较判断是否是网络连接控制命令，如果是则打开网络连接建立TCP/UDP网络连接。如果不是，则判断上述数据是否有效数据，如果是有效数据则相继进行下述处理：安装TCP/IP协议栈要求对数据进行打包处理，将打包后的数据放入网口发送数据缓存，执行TCP/UDP发送命令。如果应答正确则完成整个信号处理流程，等待进行下一个数据信号的处理。这就是整个串口和网口转换器软件系统的基本程序流程。
MCU对各类数据分类管理，从而建立TCP/IP网络连接，将有效数据打包，通过网口发送缓冲区（NetTXBuffer）发送至目的IP地址和端口对应的数据监控平台。
利用串口设备原有的RS-232/485串口，转接一个串口转网口的智能转换器，客户就可以不需要推翻过去的技术成果，只需要在原有串口系统中增加配置网络连接信息功能，就可以方便快捷地实现RS-232/485转TCP/IP的功能。
本说明书实施例中所用的术语和表达方式是用来描述发明而不是限制，所以这些表达都不应排除任何等同物或者可替换物。此外，本领域技术人员通过对本发明说明书的理解和对本发明的实践，能够容易地想到其它实现方式。本文所描述的多个实施例中各个方面和/或部件可以被单独采用或者组合采用。需要强调的是，说明书和实施例仅作为举例，本发明实际的范围和思路通过下面的权利要求来定义。
Claims (9)
1.一种串口与网口智能转换器，其特征在于：包括：
一个串口收发模块收发串口信号；
一个网口控制模块收发符合TCP/IP规范的网口信号；
一个中央控制器第一端口连接到所述串口收发模块，第二端口连接到所述网口控制模块，所述中央控制器处理来自串口收发模块的串口信号并转换为网口信号或者处理来自网口控制模块的网口信号并转换为串口信号。
2.根据权利要求1所述的一种转换器，其特征在于：所述串口信号符合RS-232或RS485标准。
3.根据权利要求1所述的一种转换器，其特征在于：所述串口收发模块包括串口电平转换器和一个通用异步接收/发送装置。
4.根据权利要求1所述的一种转换器, 其特征在于：所述网口控制模块包括一个RJ45接口。
5.根据权利要求1所述的一种转换器，其特征在于：所述串口与网口智能转换器还包括一个电源转换模块为串口与网口智能转换器供电。
6.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于：中央控制器连接有多个串口收发模块或多个网口控制模块。
7.根据权利要求1所述的一种转换器，其特征在于：所述串口与网口智能转换器还包括一个E2PROM连接到所述中央控制器。
8.一种如权利要求1所述的串口与网口智能转换器的运行方法，其特征在于：包括步骤：
网口控制模块接收网口数据；
中断接收网口数据，将接收到的网口数据放入网口接收缓存区；
中央控制器对接收到的数据进行分析处理，将处理后的数据放入串口发送缓存区；
处理后的数据通过所述串口收发控制模块发送至一个应用设备。
9.一种如权利要求1所述的串口与网口智能转换器的运行方法，其特征在于：包括步骤：
串口收发控制模块接收串口数据；
中断接收串口数据，将接收到的串口数据放入串口接收缓冲区；
中央控制器对接收到的数据进行分析处理，判定处理后的数据是IP地址、端口号、MAC地址、控制命令和有效数据包之一；
如果是有效数据打包，则通过网口发送缓存区将处理后的数据发送至目的IP地址和端口。
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