CN104579884B - 一种基于串口实现无地址标识设备有线通信的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于串口实现无地址标识设备有线通信的系统，包括PC机、接口转换器、通信控制器和若干个无地址标识设备，通信控制器包括单片机最小系统、第一电平转换电路、地址选择电路、地址识别电路、第二电平转换电路，PC机通过接口转换器与通信控制器内的第一电平转换电路双向连接，第一电平转换电路与单片机最小系统的单片机双向连通，单片机的第一路通过地址选择电路与电平转换电路连接，单片机的第二路与地址识别电路双向连接，单片机的第三路与电平转换电路双向连接，电平转换电路与若干个无地址标识设备通信连接，电平转换电路将接收的无地址标识设备通信控制信号传送至地址识别电路。

Description

一种基于串口实现无地址标识设备有线通信的系统

技术领域

本发明涉及基于串口有线通信技术领域，特别涉及一种基于串口实现无地址标识设备有线通信的系统。

背景技术

21世纪，无论人们的生活用品，还是工业机器、系统，高速发展的PC机技术让它们越来越智能化、网络化。人们的生活、工作也变得越来越便捷、轻松。同时，如何用好大型老机器、系统，如数控机床，各种冶炼、化工大型自动化工艺/工序系统等无地址标识的设备为现在的生产服务这一问题越来越受到人们的关注。

相对于现在的同类机器、系统，无地址标识设备的精度可能不太高，但仍能完成一定精度的加工或冶炼、化工工艺来满足目前一定的生产需求。为了适合现代的工作方式，需要将集中处于一个工业现场的多套无地址标识设备组网从而实现集中监控、操作。这样既能提高劳动效率、节约劳动成本，又能很好地改善工作环境、提高工作质量。不对无地址标识设备作任何改动的组网不失为一种行之有效的组网方式。

要实现一台PC机对多套无地址标识设备的监控、操作，首先需要该PC机能识别这些机器、系统。工程上通常以机器、系统的地址标识来识别它们,而无地址标识设备却没有它们自己的地址标识。为此，人们一般以现场总线来对它们进行组网，PC机上需配置总线控制器以实现对网络总线的控制，各套无地址标识设备上需配置节点用以设置无地址标识设备的地址并完成现场总线与串口总线的转换(无地址标识设备只能通过串口通信)及通信相关协议的转换，结构复杂，操作烦琐。

现有技术还可以利用串口总线直接对集中处于某一工业现场的多套无地址标识设备组网，但这种方式会遇上一些实际问题，如，每套无地址标识设备上安置一个通信控制器在安装、维护上不方便；一个通信控制器仅控制一套无地址标识设备的通信，而且该通信不需要较高实时性能，对于现在的微处理器而言，大有“牛刀杀鸡”之意，也就是说，通信控制器中微处理器的处理能力远远未获得充分利用；组网后的监控、操作室距无地址标识设备现场有一定距离，工业现场的振动等干扰环境比较恶劣，无地址标识设备原有通信协议的可靠性会面临一些实际问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种结构简洁且可靠性高的基于串口实现无地址标识设备有线通信的系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于串口实现无地址标识设备有线通信的系统，包括PC机、接口转换器、通信控制器和若干个无地址标识设备，通信控制器包括单片机最小系统、第一电平转换电路、地址选择电路、地址识别电路、第二电平转换电路，PC机通过接口转换器与通信控制器内的第一电平转换电路双向连接，第一电平转换电路与单片机最小系统的单片机双向连通，单片机的第一路通过地址选择电路与电平转换电路连接，单片机的第二路与地址识别电路双向连接，单片机的第三路与电平转换电路双向连接，电平转换电路与若干个无地址标识设备通信连接，电平转换电路将接收的无地址标识设备通信控制信号传送至地址识别电路；第一电平转换电路与单片机最小系统中的一个串口连接，并通过接口转换器与PC机相连，形成PC机与通信控制器之间的通信通路，单片机最小系统通过地址选择电路构建通信控制器与无地址标识设备之间的通信通路，并通过地址识别电路获知申请串口通信的无地址标识设备，第二电平转换电路的串口通信线路的TTL端与单片机最小系统中的另一个串口连接，其各串口输入端子与若干个无地址标识设备的串口端子通过RS232对应连接。

优选的，在上述技术方案中，接口转换器为RS232/RS485转换器，用来将PC机的RS232串口通信方式与抗干扰的RS485串口通信方式进行相互转换。

优选的，在上述技术方案中，第一电平转换电路为RS485/TTL电平转换电路，用来将转换器发出的电平信号与单片机能识别的电平信号进行相互转换。

优选的，在上述技术方案中，第二电平转换电路为TTL/RS232电平转换电路，用来将无地址标识设备识别的电平信号与单片机识别的电平信号进行相互转换。

优选的，在上述技术方案中，通信控制器为一个。

优选的，在上述技术方案中，所述系统的通信协议是Modbus通信协议。

优选的，在上述技术方案中，单片机为两个或两个以上串口的单片机。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明利用适用于工业现场的Modbus通信协议，利用抗干扰强的RS485串口总线，以一个通信控制器实现地处一个工业现场的多套无地址标识设备的组网。PC机与多套无地址标识设备进行通信时，一方面当PC机给某无地址标识设备传送工艺/工序及其参数或指令时，首先将这些信息以Modbus协议的方式发送给通信控制器，再由通信控制器进行协议转换，转换成该无地址标识设备遵循的通信协议，并将该信息发送给该无地址标识设备；另一方面当某套或者多套无地址标识设备给PC机发送工作状态等信息时，首先将信息发送给通信控制器，再由通信控制器将无地址标识设备的通信协议转换成相应的Modbus协议，并将转换后的信息发送给PC机。即PC机与多套无地址标识设备之间的网络通信，由通信控制器实现协议转换、信息传送、无地址标识设备地址通路的选择、发送信息的无地址标识设备的地址识别，从而实现PC机与多套无地址标识设备之间的网络通信。

本发明充分利用了通信控制器中单片机的处理能力，地址分配与识别电路的灵活应用实现了一台计算对多套无地址标识设备的定位与识别，Modbus协议与RS485总线的应用让无地址标识设备监控网络具有非常高的抗干扰能力，尤其适用于工业现场。采用本发明专利的技术路线组网无地址标识设备，益处是多套无地址标识设备只需要本发明的一个通信控制器，在底层所做的工作仅仅是将无地址标识设备的串口总线接入本发明的通信控制器，将无地址标识设备的通信协议写入该通信控制器，然后接好线就可以了。相对于现场总线、直接串口总线方式等其他技术方案，本发明构件的系统简洁、可靠性高、成本低。

本发明合理、有效地使用在Modbus协议发明前生产出来的如数控机床，各种冶炼、化工大型自动化工艺/工序系统等大型无地址标识的设备为现在的生产服务，充分发挥这些无地址标识设备的作用对于我国国民经济建设具有非常重要的意义。本发明针对此而研发的。本发明能简洁、低成本、可靠地实现对无地址标识设备的组网，便于人们在舒适的监控、操作工作环境中高效地使用无地址标识设备服务于生产，因此本发明具有很高的经济效益、社会效益。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明一个具体实施例的整体结构框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的一种基于串口实现无地址标识设备有线通信的系统，包括PC机、RS232/RS485转换器、通信控制器、无地址标识设备，PC机通过RS232/RS485转换器与通信控制器双向连通，通信控制器包括单片机最小系统、RS485/TTL电平转换电路、地址选择电路、地址识别电路、TTL/RS232电平转换电路，RS485/TTL电平转换电路的一端与RS232/RS485转换器相互连通，另一端与单片机最小系统中的一个串口连接，并通过RS232/RS485转换器与PC机相连，形成PC机与通信控制器之间的通信通路，单片机最小系统借助于地址选择电路构建通信控制器与无地址标识设备之间的通信通路，并通过地址识别电路获知申请串口通信的无地址标识设备，TTL/RS232电平转换电路的串口通信线路的TTL端与单片机最小系统中的另一个串口连接，其各串口输入端子与若干个无地址标识设备的串口端子通过RS232一一对应连接起来，并且TTL/RS232电平转换电路将无地址标识设备的通信信号传送至单片机最小系统处理。

在本实施例中优先选用的通信控制器中的单片机最小系统优选具有双串口的单片机STC12C5A60S2作为控制芯片，PC机与通信控制器进行信息传输，采用有线传输方式。一般情况下通信控制器安装在工业现场，PC机与通信控制器之间的距离较远，而RS232串行接口总线适用于设备之间的通信，距离小于15m，传输速率小于20kb/s，并且经常会受到外界的电气干扰而使信号发生错误，因此本实施例选用抗干扰能力强的RS485进行串行通信。RS485是利用信号导线之间的电位差来传输信号，它的传输距离长、速度快，传输速率最大可以达到10Mb/s，最大距离可以达到1200m，因此利用RS232/RS485转换器进行转换。

由于单片机所使用的是TTL电平，信息通过RS485传送给单片机的时候，需要一个电平转换电路完成RS485/TTL的电平转换，即PC机与通信控制器进行信息传输时，首先要将RS232电平转换成RS485电平，再将RS485电平转换成TTL电平，那么利用RS232/RS485转换器和RS485/TTL电平转换电路功能即可实现PC机与通信控制器中单片机之间的远距离信息传输。

当通信控制器与无地址标识设备进行信息传输时，通信控制器与无地址标识设备之间的距离很近，可以直接利用无地址标识设备的RS232接口来实现异步串行通信。同样的，单片机使用的TTL电平与无地址标识设备的RS232电平，需要进行TTL/RS232电平转换后，才能进行信息的传输，因此选用TTL/RS232电平转换电路。

通信控制器中的地址选择电路的功能是完成PC机和无地址标识设备之间地址通道的选择，从而实现在单片机的控制下，PC机与指定的无地址标识设备进行网络通信。比如当PC机和无地址标识设备1通信时，单片机控制地址选择电路，打通PC机与无地址标识设备1之间的信息通道，从而实现PC机与无地址标识设备1之间的信息传输。

通信控制器中的地址识别电路的功能是当无地址标识设备向PC机发送信息时，对发送信息的无地址标识设备进行记录，通过单片机控制，使得这些无地址标识设备按一定的规则与PC机进行信息传输。比如当无地址标识设备1、无地址标识设备2同时向PC机发送信息时，单片机通过地址识别电路，识别并记录无地址标识设备1和无地址标识设备2，然后按照一定的先后顺序，打通PC机与无地址标识设备1、无地址标识设备2之间的信息通道，实现PC机与无地址标识设备1、无地址标识设备2之间的信息传输。

通信控制器中的单片机最小系统优选以STC12C5A60S2单片机为核心构建的能让单片机STC12C5A60S2正常工作的系统，包括复位电路、频率为22.1184MHz的晶振电路等。

本发明工作过程如下：

当PC机向无地址标识设备n发送信息时，以Modbus协议封装的信息首先经过RS232/RS485转换器和RS485/TTL电平转换电路的电平转换，转换成能被通信控制器识别的信号，通信控制器接收到该信息后将Modbus协议转换成无地址标识设备的协议，然后通过单片机控制地址选择电路打通无地址标识设备n的通路链，接着转换后的信息再经过TTL/RS232电平转换电路的电平转换，转换成能被无地址标识设备识别的信号，最终实现信息从PC机至无地址标识设备n的传送。当某套无地址标识设备或者多套无地址标识设备向PC机发送信息时，信息首先经过电平转换，转换成能被通信控制器识别的信号，然后通过地址识别电路辨识出申请通信的无地址标识设备，由此控制地址选择电路打通这些设备与控制器之间的通路，将这些设备的信息传送到通信控制器，通信控制器将无地址标识设备的通信协议转换成Modbus协议并基于Modbus协议封装信息，接着由单片机STC12C5A60S2按照一定的规则与PC机进行通信，最终实现信息从无地址标识设备n至PC机的传送。即通过本发明方案可以实现PC机与无地址标识设备之间的网络通信。

根据本发明的结构试制出了本实施例所描述的系统，并将本发明试用于某化工厂20套无地址标识设备的局域监控、操作网络组建并进行了相关实验。实验结果表明，该系统能对20套无地址标识设备如工作温度、湿度、浓度、成分、压力等工作状态进行每套每秒16次的精确、可靠监测，能及时地响应任一无地址标识设备的故障报警，能可靠地实现对任一无地址标识设备工艺流程及相关参数和操作指令的传送。实验中，未发现信息的错误传送，试运行情况良好。

上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于串口实现无地址标识设备有线通信的系统，其特征在于，包括PC机、接口转换器、通信控制器和若干个无地址标识设备，所述通信控制器包括单片机最小系统、第一电平转换电路、地址选择电路、地址识别电路、第二电平转换电路，所述PC机通过所述接口转换器与所述通信控制器内的第一电平转换电路双向连接，所述第一电平转换电路与所述单片机最小系统的单片机双向连通，所述单片机的第一路通过所述地址选择电路与所述第二电平转换电路连接，所述单片机的第二路与所述地址识别电路双向连接，所述单片机的第三路与所述第二电平转换电路双向连接，所述第二电平转换电路与若干个所述无地址标识设备通信连接，所述第二电平转换电路将接收的所述无地址标识设备通信控制信号传送至所述地址识别电路；所述第一电平转换电路与所述单片机最小系统中一个串口连接，并通过所述接口转换器与所述PC机相连，形成所述PC机与所述通信控制器之间的通信通路，所述单片机最小系统通过所述地址选择电路构建所述通信控制器与所述无地址标识设备之间的通信通路，并通过所述地址识别电路获知申请串口通信的无地址标识设备，所述第二电平转换电路的串口通信线路的TTL端与所述单片机最小系统中的另一个串口连接，其各串口输入端子与若干个所述无地址标识设备的串口端子通过RS232对应连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于串口实现无地址标识设备有线通信的系统，其特征在于，所述接口转换器为RS232/RS485转换器，用来将所述PC机的RS232串口通信方式与抗干扰的RS485串口通信方式进行相互转换。

3.根据权利要求2所述的一种基于串口实现无地址标识设备有线通信的系统，其特征在于，所述第一电平转换电路为RS485/TTL电平转换电路，用来将所述接口转换器发出的电平信号与所述单片机能识别的电平信号进行相互转换。

4.根据权利要求3所述的一种基于串口实现无地址标识设备有线通信的系统，其特征在于，所述第二电平转换电路为TTL/RS232电平转换电路，用来将所述无地址标识设备识别的电平信号与所述单片机识别的电平信号进行相互转换。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于串口实现无地址标识设备有线通信的系统，其特征在于，所述通信控制器为一个。

6.根据权利要求5所述的一种基于串口实现无地址标识设备有线通信的系统，其特征在于，所述系统的通信协议是Modbus通信协议。

7.根据权利要求5所述的一种基于串口实现无地址标识设备有线通信的系统，其特征在于，所述单片机为两个或两个以上串口的单片机。