CN104967526A - 串口通讯服务器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串口通讯服务器，该串口通讯服务器包括串口扩展电路、光耦隔离电路和串口接口电路，所述光耦隔离电路执行光电信号的转换，被配置成分别连接于所述串口扩展电路和所述串口接口电路，以将所述串口接口电路的电信号转换成光信号，传输到所述串口扩展电路时，再转换成电信号输出。该串口通讯服务器能够维护串口接口设备，避免了地线回路电压、浪涌、感应雷击、静电恶劣等环境对串口设备造成的意外损害和损坏。

Description

串口通讯服务器

技术领域

本发明涉及物联网领域，具体地，涉及一种串口通讯服务器。

背景技术

随着物联网技术的发展，越来越多底端的设备需要连入以太网以便将数据传至中心控制机房。同时随着电子技术及网络通讯技术的飞速发展，数据采集传输逐渐应用在各个领域，渗透在电信、电力、工业控制等多个方面。在传统的考勤系统、一卡通系统、门禁系统、POS消费系统、医安防系统以及工业控制、电力、电信等领域中，串口通讯服务器广泛应用在其中。串口联网服务器连接着传感器、检测器、读卡器或其他设备以作为接口传输数据。这些数据在近距离传输时，由于串行通信易于实现和维护并且具有较好的数据传输性能。在工业现场的负责环境，现有串口通讯技术以及串口通讯设备易受到信号的干扰，导致通讯中断，严重影响设备的使用周期。

发明内容

本发明的目的是提供一种串口通讯服务器，该串口通讯服务器能够维护串口接口设备，避免了地线回路电压、浪涌、感应雷击、静电恶劣等环境对串口设备造成的意外损害和损坏。

为了实现上述目的，本发明提供了一种串口通讯服务器，该串口通讯服务器包括串口扩展电路、光耦隔离电路和串口接口电路，所述光耦隔离电路执行光电信号的转换，被配置成分别连接于所述串口扩展电路和所述串口接口电路，以将所述串口接口电路的电信号转换成光信号，传输到所述串口扩展电路时，再转换成电信号输出。

优选地，所述串口接口电路被配置成连接于串口设备。

优选地，该串口通讯服务器还包括网络接口电路和微控制器，所述串口扩展电路被配置成执行串口信号与TTL信号之间的转换；所述网络接口电路被配置成打包网络数据；

所述微控制器被配置成连接于所述网络接口电路以接收所述网络数据并将TTL信号转换成网络协议发送给所述网络接口电路；

所述微控制器被配置成连接于所述串口扩展电路以接收所述TTL信号并将网络协议转换成TTL信号发送给所述串口扩展电路。

优选地，所述微控制器的型号为S3C2440。

优选地，该串口通讯服务器还包括CPLD控制电路，所述CPLD控制电路设置于所述光耦隔离电路和所述微控制器之间，以输出控制信号。

优选地，所述网络接口电路包括：网络变压器，所述变压器用于保证信号传输的稳定以及不同设备间的不同电平。

优选地，该串口通讯服务器还包括连接于所述微控制器的所述电源模块，所述电源模块用于提供电源信号。

优选地，该串口通讯服务器还包括连接于所述微控制器的复位电路和连接于所述微控制器的晶振电路。

通过上述的实施方式，隔离的保护串口服务器它采用了先进的光电隔离技术，在电路设计上优化，极大限度地保护了串行接口设备，避免了地线回路电压、浪涌、感应雷击、静电、热插拔等恶劣环境对电路接口的设备的损坏。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与 下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是说明本发明的一种串口通讯服务器的优选实施方式的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种串口通讯服务器，该串口通讯服务器包括串口扩展电路、光耦隔离电路和串口接口电路，所述光耦隔离电路执行光电信号的转换，被配置成分别连接于所述串口扩展电路和所述串口接口电路，以将所述串口接口电路的电信号转换成光信号，传输到所述串口扩展电路时，再转换成电信号输出。

隔离保护在工业应用环境中存在着许多不小的瞬变脉冲，这些瞬变脉冲会影响到数据的传输，甚至伤害互连的设备，为了能够在高速现场总线通信得到无错误的数据传输，必须要对这些干扰进行处理，通常会使用具有绝缘隔离功能的光电耦合器来维持数据的完整性并保护互连设备。带隔离的保护串口服务器它采用了先进的光电隔离技术，在电路设计上优化，极大限度地保护了串行接口设备(例如RS-232/485)，避免了地线回路电压、浪涌、感应雷击、静电、热插拔等恶劣环境对RS-232/485设备的损坏。RS-232/485接口的损坏是通信设备硬件的损坏，造成的原因基本上都是由于两端设备不共地、各类浪涌、感应雷击、静电干扰、热插拔，电磁干扰等恶劣环境对RS-232/485设备的损坏。例如设备A和设备B使用RS-232接口相连，如果A和B之间的地线之间有大于50V的电压差(经常会达到80V以上)，则RS-232通信就会不正常，RS-232接口可以随瞬间2500Vrms，连续500VDC 的峰值电压差，还可以有效吸收静电和电磁干扰，保护设备的RS-232接口。由于电路设计中采用了隔离保护电路技术，完全隔离了两端RS-232/485设备的电气与地线回路，使得一侧的电信号变成光信号以后传到另一方，在变回到电信号，从而保护通信设备免受电源地线回路和浪涌的干扰和损坏，明显地提高了通信系统的可靠与稳定性。带隔离保护串口服务器具有非常好的抗干扰能力，在工业自动化控制应用领域得到了广泛地应用，产品稳定性好，在同行业中具有领先水平。

以下结合附图1对本发明进行进一步的说明。

在本发明的一种具体的实施方式中，所述串口接口电路被配置成连接于串口设备，串口接口电路用于接收串口设备的信号，且可以发出控制信号控制串口设备的工作状态。

在本发明的一种具体的实施方式中，该串口通讯服务器还包括网络接口电路和微控制器，所述串口扩展电路被配置成执行串口信号与TTL信号之间的转换；所述网络接口电路被配置成打包网络数据；所述微控制器被配置成连接于所述网络接口电路以接收所述网络数据并将TTL信号转换成网络协议发送给所述网络接口电路；所述微控制器被配置成连接于所述串口扩展电路以接收所述TTL信号并将网络协议转换成TTL信号发送给所述串口扩展电路。

本发明提供的一种隔离保护串口通讯服务器中，所述微控制器被配置成执行网络协议与TTL信号之间的转换；所述串口处理电路(包括串口扩展电路和CPLD控制电路)被配置成执行TTL信号与串口信号的之间转换；所述串口接口电路被配置成与其他串口接口设备相连接；所述网络处理电路被配置成网络上数据的打包处理；所述网络接口电路被配置成DM9000和网络接口电路与其他网络设备相连接；所述电源电路被配置成所述隔离保护串口通讯服务器各种组件提供电源信号。通过上述技术方案，可以实现将串口 信号转换成网络信号的串口通讯服务器，并能够有效的保护串口接口设备。

所述串口处理电路包含2部分电路，串口扩展电路以及串口接口电路，串口扩展电路采购芯片TL16C554，TL16C554含有4路异步通信单元(AEP)，相当于4个16C550。每路ACE均可接受外围设备的串行数据，并将转换为并行数据供CPU使用，也可将CPU的并行数据转换为串行数据供外围使用。

串口接口芯片采用ADM2483BRW芯片，是基于磁耦隔离iCoupler技术(适合高压环境的隔离技术)。所述ADM2483BRW芯片是带隔离的增强型的收发器，包括一个三通道隔离器、一个带三态输出的差分驱动器和一个带三态输入的差分接收器。1/8单位负载的接收器输入阻抗可允许多达256个收发器接入总线，最高传输速率可达500Kbps。逻辑端兼容3V/5V工作电源，总线端5V供电。所述ADM2483BRW在功耗、集成度、传输速度方面都具有很好的应用性，同时满足医用设备高电压工业应用、电源以及其它高隔离度的环境的严格隔离要求，非常适合在各种工业上的应用，包括数据通信，数据转换。

所述的带隔离保护串口通讯服务器的核心是微控制器，其中微控制器是基于ARM920T核心的S3C2440芯片，S3C2440的突出特点是其处理器核心，是一个由Advanced RISC Machines(ARM)公司设计的16/32位ARM920T的RISC处理器。ARM920T实现MMU，AMBA总线和哈佛结构高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16KB指令高速缓存和16KB数据高速缓存。每个都是由具有8字长的行(line)组成。通过提供一套完整的通用系统外设，S3C2440减少整体系统成本和无需配置额外的组件。S3C2440采用32位RISC(精简指令集)体系结构，片内集成了大量的功能单元：内部含有MMU(内存管理单元)，16KB数据Cache和16KB指令Cache，先进的位控制器总线(AMBA)，外部存储器控制总线，4路的DMA，3路UART，117个I/O口，2个USB主机接口，1个USB设备接口，2路SPI，S3C2440处 理器有多种电源控制模式：标准、慢速、休眠和掉电模式，最高可运行在400MHz，支持WinCE、Linux，VxWorks等系统。S3C2440可寻址1G字节的地址空间，共8个BANK，每个BANK的数据总线为8/16/32位，前6个存储器BANK连接用于ROM、SRAM。后两个存储器BANK用于ROM、SRAM和SDRAM。启动时支持不同类型的ROM(NOR/NANDFlash、EEPROM等)，SDRAM在掉电模式下自动刷新。该处理器特别适用于信息家电、工业控制、手持设备、智能电话、移动终端等领域。

在该种实施方式中，该串口通讯服务器还包括CPLD控制电路，所述CPLD控制电路设置于所述光耦隔离电路和所述微控制器之间，以输出控制信号，上述的控制信号可以控制串口的工作模式，所述CPLD控制电路采用EPM570，是一款非易失性CPLD，基于0.18微米，6layermetal闪存，密度从240至2210个逻辑单元(LE)(128至2210相当于宏小区)和8千万的非易失性的存储。它可提供高I/O数量，快递的性能，可靠的配件与其他CPLD架构。拥有MultiVolt核心，用户闪存块，并增加系统可编程(ISP)同时提供可编程的解决方案的应用，如总线桥接，I/O扩展，上电复位(POR)和顺序控制和设备配置控制。EPM570具有以下特点：低成本，低功耗，提供快速的传播延迟和时钟输出时间，总线型结构，其中包括可编程摆率，驱动强度和bushold和可编程的上拉电阻，支持热插拔，内置的联合测试行动组(JTAG)边界扫描测试电路。EPM570芯片会自动控制使能8路串口中的相应的RS232电平转换芯片以及RS485电平转换芯片，从而实现设置每个串口的工作模式。

在该种实施方式中，所述网络接口电路可以包括：网络变压器，所述变压器用于保证信号传输的稳定以及不同设备间的不同电平，所述网络处理电路包含芯片DM9000，DM9000是一款完全集成的和符合成本效益的，单芯片快速以太网MAC控制器。它有一个一般处理接口，一个10/100M自适应 的PHY和4K DWORD值的SRAM。它的目的是在低功耗和高性能进程的3.3V与5V的支持宽容，DM9000还提供了介质无关的接口，来连接所有提供支持介质无关接口功能的家用电话线网络设备或其他收发器。该DM9000支持8位，16位和32位接口访问内部存储器，以支持不同的处理器。DM9000物理协议层接口完全支持使用10MBps下3类、4类、5类非屏蔽双绞线和100MBps下5类非屏蔽双绞线。这是完全符合IEEE 802.3u规格。它的自动协调功能将自动完成配置以最大限度地适合其线路带宽。还支持IEEE 802.3x全双工流量控制，其特点支持处理器读写内部存储器的数据操作命令以字节/字/双字的长度进行，集成10/100M自适应收发器，支持介质无关接口，支持背压模式半双工流量控制模式，IEEE802.3x流量控制的全双工模式，支持唤醒帧，链路状态改变和远程的唤醒，超低功耗模式，兼容3.3v和5.0v输入输出电压。

在该种实施方式中，该串口通讯服务器还包括连接于所述微控制器的所述电源模块，所述电源模块用于提供电源信号，所述电源电路为整个硬件系统提供正常的工作电压，其中包含B0505S-2W电源模块，为ADM2483BRW提供稳定的工作电压信号。

在该种实施方式中，该串口通讯服务器还包括连接于所述微控制器的复位电路和连接于所述微控制器的晶振电路，其主要作用保证它正常工作，防止出现死机现象，保证设备的可靠性。

综上所述，隔离保护串口通讯服务器与现有技术相比，具有以下优点：

操作模式丰富，满足不同行业应用，在复杂的环境对串口的保护作用。可用web浏览器或者串口通讯服务器管理工具进行参数配置。用户根据实际网络状况设置网络打包机制，更好地适应特殊和复杂网络。拥有高性能的处理器，大容量内存空间。软件功能丰富，可支持多个会话数。

总之，所述带隔离保护串口通讯服务器保护串口接口设备，避免了地线 回路电压、浪涌、感应雷击、静电、热拔插等恶劣环境对设备造成的意外损害和损坏，从而提高设备的稳定性。

软件架构平台采用linux内核作为操作系统核心，用U-Boot进行操作系统的引导，并用UBI文件系统管理文件。Linux内核的特点：Linux是一个一体化内核(monolithic kernel)系统。设备驱动程序可以完全访问硬件。Linux内的设备驱动程序可以方便地以模块化(modularize)的形式设置，并在系统运行期间可直接装载或卸载。Linux内核的主要模块(或组件)分以下几个部分：存储管理、CPU和进程管理、文件系统、设备管理和驱动、网络通信，以及系统的初始化(引导)、系统调用等。Linux内核在内存和CPU使用方面具有较高的效率，并且非常稳定。但是对于Linux来说，最为有趣的是在这种大小和复杂性的前提下，依然具有良好的可移植性。Linux编译后可在大量处理器和具有不同体系结构约束和需求的平台上运行。一个例子是Linux可以在一个具有内存管理单元(MMU)的处理器上运行，也可以在那些不提供MMU的处理器上运行。Linux内核的uClinux移植提供了对非MMU的支持。

U-Boot及Linux内核都具多数设备的驱动程序，特殊功能的实现只需在原有驱动的基础上进行修改以及设置，即可完成对硬件设备的操作。在应用层，采用C语言以及C++实现应用层程序的开发。两种混合具有非常好的面向对象编程特性和丰富的网络开发包。语言本身提供细致的数据类型，可以使开发人员精确地控制与硬件设备的数据交换。

软件系统数据处理见图1，串口接口电路采集到串口数据时，首先判断串口发送是否空闲，如果是则将SOCKET接收队列中的数据取出送到串口发送缓冲区，然后激发串口发送中断将数据从串口发送出去，再判断串口接收缓冲区是否有足够的数据或者没有新数据时，就将串口接收缓冲区数据送入发送缓冲区，再调用网络发送函数将数据发送到网络；以太网接口电路从 网络接收到一个数据包时，产生FEC接收中断，由网口中断服务程序fec_isr()通过调用input_ippkt()接收这个数据包，首先确定是网络接收中断并且接收不是坏帧，再按帧的长度分配数据包，并将这个数据包放入数据包接收队列rcvdq中，从接收队列中取出以太帧的首部信息，不同协议的数据包进行相应的处理。如果是ARP数据包，则调用arprcv()函数处理；如果是IP数据包，则调用ip_rcv()函数处理，对于IP数据包，则又分三种情况处理，如果是UDP数据包，调用UDP接收函数处理，如果是ICMP数据包，处理后立即返回信息，对于TCP数据包，根据端口放入相应的SOCKET接收队列中，等待后台主程序进行处理。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种串口通讯服务器，其特征在于，该串口通讯服务器包括串口扩展电路、光耦隔离电路和串口接口电路，所述光耦隔离电路执行光电信号的转换，被配置成分别连接于所述串口扩展电路和所述串口接口电路，以将所述串口接口电路的电信号转换成光信号，传输到所述串口扩展电路时，再转换成电信号输出。

2.根据权利要求1所述的串口通讯服务器，其特征在于，所述串口接口电路被配置成连接于串口设备。

3.根据权利要求1所述的串口通讯服务器，其特征在于，该串口通讯服务器还包括网络接口电路和微控制器，所述串口扩展电路被配置成执行串口信号与TTL信号之间的转换；所述网络接口电路被配置成打包网络数据；

所述微控制器被配置成连接于所述网络接口电路以接收所述网络数据并将TTL信号转换成网络协议发送给所述网络接口电路；

所述微控制器被配置成连接于所述串口扩展电路以接收所述TTL信号并将网络协议转换成TTL信号发送给所述串口扩展电路。

4.根据权利要求3所述的串口通讯服务器，其特征在于，所述微控制器的型号为S3C2440。

5.根据权利要求3所述的串口通讯服务器，其特征在于，该串口通讯服务器还包括CPLD控制电路，所述CPLD控制电路设置于所述光耦隔离电路和所述微控制器之间，以输出控制信号。

6.根据权利要求1所述的串口通讯服务器，其特征在于，所述网络接口电路包括：网络变压器，所述变压器用于保证信号传输的稳定以及不同设备间的不同电平。

7.根据权利要求3所述的串口通讯服务器，其特征在于，该串口通讯服务器还包括连接于所述微控制器的所述电源模块，所述电源模块用于提供电源信号。

8.根据权利要求3所述的串口通讯服务器，其特征在于，该串口通讯服务器还包括连接于所述微控制器的复位电路和连接于所述微控制器的晶振电路。