CN106059878B - 支持多点远距离通信的rs232通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种支持多点远距离通信的RS232通信系统。该RS232串行通信系统包括连接在RS232串行差分总线上的主设备和至少一个从设备。该RS232串行通信系统中，环回控制模块对总线进行控制、输出控制模块对接入的设备进行控制，冲突检测模块对总线冲突进行检测以及载波监听模块实现总线控制权的争夺，通过接口转换模块能够增强信号抗干扰能力，增加通信距离，通过环回控制模块、输出控制模块、冲突检测模块和载波监听模块之间的相互配合，可以支持半双工通信模式和全双工通信模式，并实现多点对多点之间的通信。

Description

支持多点远距离通信的RS232通信系统

技术领域

本发明涉及串行通信技术领域，特别是涉及一种支持多点远距离通信的RS232通信系统。

背景技术

RS232是由电子工业协会(EIA)制定的用于数据通讯设备(DCE)和数据终端设备(DTE)之间进行串行二进制数据交换的接口技术标准，该标准定义了25个信号以及相应的引脚。在实际使用当中，最少只需要发送数据(TXD)，接收数据(RXD)和地(GND)三个信号线互连即可以通讯。由于RS232接口简单、方便，成本低，因此得到了广泛应用。

目前，该标准已经集成到了很多的微处理器、嵌入式处理器、DSP、CPU中，很多高性能的处理器也集成了RS232接口。采用这些处理器的设备在管理平面上常以RS232为通信接口，实现不同板卡，不同模块，甚至不同机架、设备间的通信。

然而，该标准仍然存在着较多的问题：一是其接口信号是单端信号，存在共地噪声和共模干扰等问题，抗干扰能力弱，通信距离短，速率低；二是只能实现点对点之间的通信，不能实现多点对多点之间的通信，如不同板卡，不同模块，甚至不同机架、设备间需要实现多点互通时，不能充分利用处理器上已经集成的RS232接口，只能采用其它接口，导致处理器和通信接口的选择较为困难，软件控制和编程较为复杂；三是该标准规范了接口的电气标准，但没有规范总线的检测标准，没有自我检测功能，无法判断总线是否出现故障。

上述问题为RS232标准所固有的问题，极大地限制了其在计算机、板卡、模块以及不同设备之间通信的能力。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种支持多点远距离通信的RS232通信系统，能够增强信号抗干扰能力，增加通信距离，并实现多点对多点之间的通信。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种支持多点远距离通信的RS232通信系统，包括连接在RS232串行差分总线上的主设备和至少一个从设备，所述主设备包括环回控制模块，第一接口转换模块，第一输出控制模块，第一保护模块、第一冲突检测模块、第一载波监听模块和主处理器，所述从设备包括第二接口转换模块，第二输出控制模块，第二保护模块、第二冲突检测模块、第二载波监听模块和从处理器；所述主处理器的发送端口、第一接口转换模块、第一输出控制模块依次连接构成主数据发送路径，所述主数据发送路径接入RS232串行差分总线的差分接收线，所述主处理器的接收端口、第一接口转换模块依次连接构成主数据接收路径，所述主数据接收路径接入RS232串行差分总线的差分发送线，所述环回控制模块、第一保护模块、第一冲突检测模块、第一载波监听模块均连接主处理器，所述第一冲突检测模块和第一载波监听模块连接在主处理器的接收端口与第一接口转换模块之间的主数据接收路径上，所述第一保护模块连接第一输出控制模块，所述环回控制模块用于将差分接收线和差分发送线连接或断开；所述从处理器的发送端口、第二接口转换模块、第二输出控制模块依次连接构成从数据发送路径，所述从数据发送路径接入差分发送线，所述从处理器的接收端口、第二接口转换模块依次连接构成从数据接收路径，所述从数据接收路径接入差分接收线，所述第二保护模块、第二冲突检测模块、第二载波监听模块均连接从处理器，所述第二冲突检测模块和第二载波监听模块还通过第二接口转换模块连接差分发送线，所述第二保护模块连接第二输出控制模块；其中，在自检模式下，所述主处理器控制环回控制模块将差分接收线和差分发送线连接；所述第一载波监听模块和第二载波监听模块监听RS232串行差分总线是否空闲；所述主处理器和从处理器在RS232串行差分总线空闲时，按照预设策略争夺RS232串行差分总线的控制权；当所述主处理器或从处理器争夺到总线控制权时，通过第一保护模块或第二保护模块将第一输出控制模块或第二输出控制模块设置为非高阻态，并在发送端口发送单端自检发送信号；所述第一接口转换模块或第二接口转换模块将单端自检发送信号转换为差分自检发送信号后送入差分接收线或差分发送线；争夺到总线控制权的主设备或从设备中的第一接口转换模块或第二接口转换模块从差分发送线或差分接收线上接收差分自检接收信号，并将差分自检接收信号转换为单端自检接收信号后送入第一冲突检测模块或第二冲突检测模块；所述第一冲突检测模块或第二冲突检测模块对单端自检接收信号进行校验产生检验结果；争夺到总线控制权的主设备的主处理器或从设备的从处理器将单端自检接收信号的校验结果与单端自检发送信号的校验结果进行比较，并在比较结果为相同时，放弃总线控制权，以及在比较结果为不相同时，进行总线故障报警后放弃总线控制权；没有争夺到总线控制权的主设备和从设备通过第一保护模块或第二保护模块将第一输出控制模块或第二输出控制模块设置为高阻态；在半双工通信模式下，所述主处理器控制环回控制模块将差分接收线和差分发送线连接；所述第一载波监听模块和第二载波监听模块监听RS232串行差分总线是否空闲；所述主处理器和从处理器在RS232串行差分总线空闲时，按照预设策略争夺RS232串行差分总线的控制权；当所述主处理器或从处理器争夺到总线控制权时，通过第一保护模块或第二保护模块将第一输出控制模块或第二输出控制模块设置为非高阻态，并在发送端口发送单端数据发送信号；所述第一接口转换模块或第二接口转换模块将单端数据发送信号转换为差分数据发送信号后送入差分接收线或差分发送线；争夺到总线控制权的主设备或从设备中的第一接口转换模块或第二接口转换模块从差分发送线或差分接收线上接收差分数据接收信号，并将差分数据接收信号转换为单端数据接收信号后送入第一冲突检测模块或第二冲突检测模块；所述第一冲突检测模块或第二冲突检测模块对单端数据接收信号进行校验产生检验结果；争夺到总线控制权的主设备的主处理器或从设备的从处理器将单端数据接收信号的校验结果与单端数据发送信号的校验结果进行比较，并在比较结果为相同时，在数据发送完成之后放弃总线控制权，以及在比较结果为不相同时，进行总线冲突报警后放弃总线控制权；没有争夺到总线控制权的主设备和从设备通过第一保护模块或第二保护模块将第一输出控制模块或第二输出控制模块设置为高阻态；在全双工通信模式下，所述主处理器控制环回控制模块将差分接收线和差分发送线断开连接，并通过第一保护模块将第一输出控制模块设置为非高阻态；所述第二载波监听模块监听RS232串行差分总线是否空闲；每一所述从处理器在RS232串行差分总线空闲时，按照预设策略争夺RS232串行差分总线的控制权；争夺到总线控制权的从处理器通过第二保护模块将第二输出控制模块设置为非高阻态，并在发送端口发送单端数据发送信号；所述第二接口转换模块将单端数据发送信号转换为差分数据发送信号后送入差分发送线、从差分接收线上接收差分数据接收信号，并将差分数据接收信号转换为单端数据接收信号后送入从处理器的接收端口以及从差分发送线上接收差分数据发送信号，并将差分数据发送信号转换为单端数据发送信号后送入第二冲突检测模块；所述第二冲突检测模块对单端数据发送信号进行校验产生检验结果；从处理器将主数据接收路径上的单端数据发送信号的校验结果与主数据发送路径上的单端数据发送信号的校验结果进行比较，并在比较结果为相同时，在数据发送完成之后放弃总线控制权，以及在比较结果为不相同时，进行总线冲突报警后放弃总线控制权；所述第一接口转换模块从差分发送线上接收差分数据发送信号，并将差分数据发送信号转换为单端数据发送信号后送入主处理器的接收端口以及将主处理器的发送端口发送的单端数据接收信号转换为差分数据接收信号后送入差分接收线；没有争夺到总线控制权的从设备通过第二保护模块将第二输出控制模块设置为高阻态。

优选地，所述主设备包括第一看门狗模块，所述从设备还包括第二看门狗模块，所述第一看门狗模块连接主处理器和第一保护模块，所述第二看门狗模块连接从处理器和第二保护模块，所述第一看门狗模块用于在监测到主处理器出现故障时通过第一保护模块将第一输出控制模块设置为高阻态，所述第二看门狗模块用于在监测到从处理器出现故障时通过第二保护模块将第二输出控制模块设置为高阻态。

优选地，所述预设策略为p-坚持的CSMA/CD算法，p为预设概率值。

优选地，所述第一冲突检测模块或第二冲突检测模块进行校验时采用奇偶校验。

优选地，所述第一载波监听模块和第二载波监听模块监听RS232串行差分总线是否空闲的方式具体为：所述第一载波监听模块和第二载波监听模块监听由第一接口转换模块和第二接口转换模块转换得到的单端信号中的高电平持续时间是否达到预设时间，如果达到预设时间，则判定RS232串行差分总线空闲，否则判定RS232串行差分总线忙。

优选地，在半双工通信模式和全双工通信模式下，所述主处理器和从处理器在比较结果为不相同时，进行总线冲突报警后放弃总线控制权后，还进行预设时间间隔的延迟，并在延迟后重新获取第一载波监听模块或第二载波监听模块的监听结果，其中，所述主处理器和从处理器的预设时间间隔均不相同。

区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：

1.通过将单端信号改变为差分信号进行传送，解决了单端信号抗干扰能力弱，通信距离短的问题，信号质量得以保证。在相同的传输速率条件下，传输距离可延长至原来的10倍以上。同时提高了数据传送速率，从而提高了系统的性能；

2.通过冲突检测模块、载波监听模块、输出控制模块和环回控制模块相配合，有效解决RS232只支持点对点通信，不支持多点对多点通信的问题，实现多个RS232设备之间的互通信，能够支持多达20个以上的设备进行多点通信；

3.通过环回控制模块和冲突检测模块，实现总线自我检测的功能，完善了RS232总线的功能，提高了总线的维护能力；

4.环回控制模块应用于通信模式的控制，使本系统可以支持半双工通信模式和全双工通信模式，实现多种总线接入方式；

5.支持各个设备以竞争方式接入RS232总线，能够实现各个设备接入RS232总线后主动上报，方便管理平台发现接入的设备以及对其进行配置，实现“即插即用”功能，使系统能够实现智能管理和维护；

6.能够充分利用处理器集成的RS232接口实现不同设备之间的通信，使系统互连更加灵活，方便，管理更加智能、高效，同时也使处理器在选型时不再受接口类型的限制，能够充分发挥处理器的性能。

附图说明

图1是本发明实施例支持多点远距离通信的RS232通信系统的框架图；

图2是本发明实施例支持多点远距离通信的RS232通信系统中主设备的框架图；

图3是本发明实施例支持多点远距离通信的RS232通信系统中从设备的框架图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请一并参见图1至图3。本发明实施例支持多点远距离通信的RS232通信系统包括连接在RS232串行差分总线上的主设备1和至少一个从设备2。RS232串行差分总线由差分接收线和差分发送线组成。

主设备1包括环回控制模块11，第一接口转换模块12，第一输出控制模块13，第一保护模块14、第一冲突检测模块15、第一载波监听模块16和主处理器17。主处理器17的发送端口、第一接口转换模块12、第一输出控制模块13依次连接构成主数据发送路径，主数据发送路径接入RS232串行差分总线的差分接收线。主处理器17的接收端口、第一接口转换模块12依次连接构成主数据接收路径，主数据接收路径接入RS232串行差分总线的差分发送线。环回控制模块11、第一保护模块14、第一冲突检测模块15、第一载波监听模块16均连接主处理器17。第一冲突检测模块15和第一载波监听模块16连接在主处理器17的接收端口与第一接口转换模块12之间的主数据接收路径上。第一保护模块14连接第一输出控制模块13。环回控制模块11用于将差分接收线和差分发送线连接或断开。

从设备2包括第二接口转换模块21，第二输出控制模块22，第二保护模块23、第二冲突检测模块24、第二载波监听模块25和从处理器26。从处理器26的发送端口、第二接口转换模块21、第二输出控制模块22依次连接构成从数据发送路径，从数据发送路径接入差分发送线。从处理器26的接收端口、第二接口转换模块21依次连接构成从数据接收路径，从数据接收路径接入差分接收线。第二保护模块23、第二冲突检测模块24、第二载波监听模块25均连接从处理器26。第二冲突检测模块24和第二载波监听模块25还通过第二接口转换模块21连接差分发送线。第二保护模块23连接第二输出控制模块22。

本实施例的RS232串行通信系统支持自检模式、半双工通信模式和全双工通信模式。

在自检模式下，主处理器17控制环回控制模块11将差分接收线和差分发送线连接；第一载波监听模块16和第二载波监听模块25监听RS232串行差分总线是否空闲；主处理器17和从处理器26在RS232串行差分总线空闲时，按照预设策略争夺RS232串行差分总线的控制权；当主处理器17或从处理器26争夺到总线控制权时，通过第一保护模块14或第二保护模块23将第一输出控制模块13或第二输出控制模块22设置为非高阻态，并在发送端口发送单端自检发送信号；第一接口转换模块12或第二接口转换模块21将单端自检发送信号转换为差分自检发送信号后送入差分接收线或差分发送线；争夺到总线控制权的主设备1或从设备2中的第一接口转换模块12或第二接口转换模块21从差分发送线或差分接收线上接收差分自检接收信号，并将差分自检接收信号转换为单端自检接收信号后送入第一冲突检测模块15或第二冲突检测模块24；第一冲突检测模块15或第二冲突检测模块24对单端自检接收信号进行校验产生检验结果；争夺到总线控制权的主设备1的主处理器17或从设备2的从处理器26将单端自检接收信号的校验结果与单端自检发送信号的校验结果进行比较，并在比较结果为相同时，放弃总线控制权，以及在比较结果为不相同时，进行总线故障报警后放弃总线控制权；没有争夺到总线控制权的主设备1和从设备2通过第一保护模块14或第二保护模块23将第一输出控制模块13或第二输出控制模块22设置为高阻态。

具体而言，首先，主处理器17和从处理器26在初始化时首先进入自检模式，主处理器17向环回控制模块11发出控制信号，环回控制模块11根据控制信号将差分接收线和差分发送线连接，然后第一载波监听模块16监听RS232串行差分总线是否空闲，同时，从处理器26完成初始化后，第二载波监听模块25监听RS232串行差分总线是否空闲。在本实施例中，第一载波监听模块16和第二载波监听模块25监听RS232串行差分总线是否空闲的方式具体为：第一载波监听模块16和第二载波监听模块25监听由第一接口转换模块12和第二接口转换模块21转换得到的单端信号中的高电平持续时间是否达到预设时间，如果达到预设时间，则判定RS232串行差分总线空闲，否则判定RS232串行差分总线忙。由于数据格式通常由起始比特(低电平)、数据比特(7位或8位)、校验比特(0位或1位)、停止比特(高电平)依次组成，根据RS232通信协议，每次传送至少有9位比特(起始位1个比特，数据位7个比特，停止位1个比特)，至多有11位比特(起始位1个比特，数据位8个比特，校验位1个比特，停止位1个比特)，因此，如果连续检测到单端信号中的高电平持续时间达到11位以上，则表明总线空闲，否则总线忙。由于主处理器17和从处理器26在初始化时还没有发送数据，因此，RS232差分总线上并没有数据传送，第一载波监听模块16和第二载波监听模块25必然监听到总线空闲。

然后，由于第一载波监听模块16和第二载波监听模块25监听到总线空闲，主处理器17和从处理器26按照预设策略争夺RS232串行差分总线的控制权。在本实施例中，预设策略为p-坚持的CSMA/CD算法，p为预设概率值。p-坚持的CSMA/CD算法的运行过程如下：步骤1：生成随机概率值x；步骤2：将随机概率值x与p比较；步骤3：如果x＜p，则主处理器17和从处理器26可以开始发送数据，即争夺到总线控制权；步骤4：如果x≥p，则延时特定时间后重新获取第一载波监听模块16或第二载波监听模块25的监听结果。由于采用p-坚持的CSMA/CD算法，只要主设备1或从设备2争夺到总线控制权发送数据后，没有争夺到总线控制权的主设备1或从设备2必然会监听到总线忙。

再次，如果主处理器17争夺到总线控制权，主处理器17通过第一保护模块14将第一输出控制模块13设置为非高阻态，以使主设备1接入差分接收线，并且主处理器17在发送端口发送单端自检发送信号，第一接口转换模块12将单端自检发送信号转换为差分自检发送信号后送入差分接收线，而没有争夺到总线控制权的从设备2通过第二保护模块23将第二输出控制模块22设置为高阻态，以使从设备2从差分发送线上隔离。如果从处理器26争夺到总线控制权，从处理器26通过第二保护模块23将第二输出控制模块22设置为非高阻态，以使从设备2接入差分发送线，并且从处理器26在发送端口发送单端自检发送信号，第二接口转换模块21将单端自检发送信号转换为差分自检发送信号后送入差分发送线。而没有争夺到总线控制权的主设备1通过第一保护模块14将第一输出控制模块13设置为高阻态，以使主设备1从差分接收线上隔离，没有争夺到总线控制权的其它从设备2通过第二保护模块23将第二输出控制模块22设置为高阻态，以使其它从设备2从差分发送线上隔离。

最后，由于环回控制模块11根据控制信号将差分接收线和差分发送线连接，相当于差分接收线和差分发送线在逻辑上成为一根数据线，所以，不论是主设备1还是从设备2争夺到总线控制权后，所发出的数据在传送到其它设备的同时，都将环回到自身。因此，如果是主设备1争夺到总线控制权，那么第一接口转换模块12将从差分发送线上接收差分自检接收信号。第一接口转换模块12将差分自检接收信号转换为单端自检接收信号后送入第一冲突检测模块15，第一冲突检测模块15对单端自检接收信号进行校验产生检验结果，主处理器17将单端自检接收信号的校验结果与单端自检发送信号的校验结果进行比较，如果比较结果为相同，表明单端自检接收信号和差分自检发送信号为同一个信号，RS232差分总线的状态正常，则主处理器17放弃总线控制权；如果比较结果为不相同，表明单端自检接收信号与单端自检发送信号存在差异，RS232差分总线出现了故障，则主处理器17进行总线故障报警后放弃总线控制权。如果是从设备2争夺到总线控制权，那么第二接口转换模块21将从差分接收线上接收差分自检接收信号。第二接口转换模块21将差分自检接收信号转换为单端自检接收信号后送入第二冲突检测模块24，第二冲突检测模块24对单端自检接收信号进行校验产生检验结果，从处理器26将单端自检接收信号的校验结果与单端自检发送信号的校验结果进行比较，如果比较结果为相同，表明单端自检接收信号和单端自检发送信号为同一个信号，RS232差分总线的状态正常，则从处理器26放弃总线控制权；如果比较结果为不相同，表明单端自检接收信号与单端自检发送信号存在差异，RS232差分总线出现了故障，则从处理器26进行总线故障报警后放弃总线控制权。

在自检模式下，RS232差分总线上的主设备1和任一从设备2发送的自检信号都能够环回到自身，从而实现了总线自我检测功能，实现了RS232差分总线的自我检测和维护。

在半双工通信模式下，主处理器17控制环回控制模块11将差分接收线和差分发送线连接；主设备1的第一载波监听模块16和从设备2的第二载波监听模块25监听RS232串行差分总线是否空闲；主处理器17和从处理器26在RS232串行差分总线空闲时，按照预设策略争夺RS232串行差分总线的控制权；当主处理器17或从处理器26争夺到总线控制权时，通过第一保护模块14或第二保护模块23将第一输出控制模块13或第二输出控制模块22设置为非高阻态，并在发送端口发送单端数据发送信号；第一接口转换模块12或第二接口转换模块21将单端数据发送信号转换为差分数据发送信号后送入差分接收线或差分发送线；争夺到总线控制权的主设备1或从设备2中的第一接口转换模块12或第二接口转换模21从差分发送线或差分接收线上接收差分数据接收信号，并将差分数据接收信号转换为单端数据接收信号后送入第一冲突检测模块15或第二冲突检测模块24；第一冲突检测模块15或第二冲突检测模块24对单端数据接收信号进行校验产生检验结果；争夺到总线控制权的主设备1的主处理器17或从设备2的从处理器26将单端数据接收信号的校验结果与单端数据发送信号的校验结果进行比较，并在比较结果为相同时，在数据发送完成之后放弃总线控制权，同时第一载波监听模块16和第二载波监听模块25重新监听RS232串行差分总线是否空闲，以及在比较结果为不相同时，进行总线冲突报警后放弃总线控制权；没有争夺到总线控制权的主设备1和从设备2通过第一保护模块14或第二保护模块23将第一输出控制模块13或第二输出控制模块22设置为高阻态。

具体而言，首先，主处理器17在初始化完成后，根据预先设定的半双工通信模式发出控制信号，环回控制模块11根据控制信号将差分接收线和差分发送线连接，然后第一载波监听模块16监听RS232串行差分总线是否空闲，同时，从处理器26完成初始化后，第二载波监听模块25监听RS232串行差分总线是否空闲。在本实施例中，第一载波监听模块16和第二载波监听模块25监听RS232串行差分总线是否空闲的方式具体为：第一载波监听模块16和第二载波监听模块25监听由第一接口转换模块12和第二接口转换模块21转换得到的单端信号中的高电平持续时间是否达到预设时间，如果达到预设时间，则判定RS232串行差分总线空闲，否则判定RS232串行差分总线忙。由于主处理器17和从处理器26完成初始化后还没有发送数据，因此，总线上并没有数据传送，第一载波监听模块16和第二载波监听模块25必然监听到总线空闲。

然后，由于第一载波监听模块16和第二载波监听模块25监听到总线空闲，主处理器17和从处理器26按照预设策略争夺RS232串行差分总线的控制权。在本实施例中，预设策略为p-坚持的CSMA/CD算法，p为预设概率值。p-坚持的CSMA/CD算法的运行过程如下：步骤1：生成随机概率值x；步骤2：将随机概率值x与p比较；步骤3：如果x＜p，则主处理器17和从处理器26可以开始发送数据，即争夺到总线控制权；步骤4：如果x≥p，则延时特定时间后重新获取第一载波监听模块16或第二载波监听模块25的监听结果。由于采用p-坚持的CSMA/CD算法，只要主设备1或从设备2争夺到总线控制权发送数据后，没有争夺到总线控制权的主设备1或从设备2必然会监听到总线忙

再次，如果主处理器17争夺到总线控制权，主处理器17通过第一保护模块14将第一输出控制模块13设置为非高阻态，以使主设备1接入差分接收线，并且主处理器17在发送端口发送单端数据发送信号，第一接口转换模块12将单端数据发送信号转换为差分数据发送信号后送入差分接收线，而没有争夺到总线控制权的从设备2通过第二保护模块23将第二输出控制模块22设置为高阻态，以使从设备2从差分发送线上隔离。如果从处理器26争夺到总线控制权，从处理器26通过第二保护模块23将第二输出控制模块22设置为非高阻态，以使从设备2接入差分发送线，并且从处理器26在发送端口发送单端数据发送信号，第二接口转换模块21将单端数据发送信号转换为差分数据发送信号后送入差分发送线。而没有争夺到总线控制权的主设备1通过第一保护模块14将第一输出控制模块13设置为高阻态，以使主设备1从差分接收线上隔离，没有争夺到总线控制权的其它从设备2通过第二保护模块23将第二输出控制模块22设置为高阻态，以使其它从设备2从差分发送线上隔离。

最后，由于环回控制模块11根据控制信号将差分接收线和差分发送线连接，相当于差分接收线和差分发送线在逻辑上成为一根数据线，所以，不论是主设备1还是从设备2争夺到总线控制权后，所发出的数据在传送到其它设备的同时，都将环回到自身。因此，如果是主设备1争夺到总线控制权，那么第一接口转换模块12将从差分发送线上接收差分数据接收信号。第一接口转换模块12将差分数据接收信号转换为单端数据接收信号后送入第一冲突检测模块15，第一冲突检测模块15对单端数据接收信号进行校验产生检验结果，主处理器17将单端数据接收信号的校验结果与单端数据发送信号的校验结果进行比较，如果比较结果为相同，表明单端数据接收信号和单端数据发送信号为同一个信号，RS232差分总线的状态正常，发送的数据信号没有产生冲突，则主处理器17在数据发送完成之后放弃总线控制权，同时第一载波监听模块16和第二载波监听模块25重新监听RS232串行差分总线是否空闲；如果比较结果为不相同，表明单端数据接收信号与单端数据发送信号存在差异，RS232差分总线出现了冲突，则主处理器17进行总线冲突报警后放弃总线控制权。如果是从设备2争夺到总线控制权，那么第二接口转换模块21将从差分接收线上接收差分数据接收信号。第二接口转换模块21将差分数据接收信号转换为单端数据接收信号后送入第二冲突检测模块24，第二冲突检测模块24对单端数据接收信号进行校验产生检验结果，从处理器26将单端数据接收信号的校验结果与单端数据发送信号的校验结果进行比较，如果比较结果为相同，表明单端数据接收信号和单端数据发送信号为同一个信号，RS232差分总线的状态正常，发送的数据信号没有产生冲突，则从处理器26在数据发送完成之后放弃总线控制权，同时第一载波监听模块16和第二载波监听模块25重新监听RS232串行差分总线是否空闲；如果比较结果为不相同，表明单端数据接收信号与差分数据发送信号存在差异，RS232差分总线出现了冲突，则从处理器26进行总线冲突报警后放弃总线控制权。在本实施例中，第一冲突检测模块15或第二冲突检测模块24进行校验时采用奇偶校验。

在半双工通信模式下，RS232差分总线上的主设备1和任一从设备2都可以接收到其它设备发送的数据，从而实现了多点之间的相互通信。并且RS232差分总线上没有争夺到总线控制权的主设备1和从设备2虽然不能发送数据，但是可以随时接收其它设备发送的数据。

在全双工通信模式下，主处理器17控制环回控制模块11将差分接收线和差分发送线断开连接，并通过第一保护模块14将第一输出控制模块13设置为非高阻态；第二载波监听模块25监听RS232串行差分总线是否空闲；每一从处理器26在RS232串行差分总线空闲时，按照预设策略争夺RS232串行差分总线的控制权；争夺到总线控制权的从处理器26通过第二保护模块23将第二输出控制模块22设置为非高阻态，并在发送端口发送单端数据发送信号；第二接口转换模块21将单端数据发送信号转换为差分数据发送信号后送入差分发送线、从差分接收线上接收差分数据接收信号，并将差分数据接收信号转换为单端数据接收信号后送入从处理器26的接收端口以及从差分发送线上接收数据发送信号，并将差分数据发送信号转换为单端数据发送信号后送入第二冲突检测模块24；第二冲突检测模块24对单端数据发送信号进行校验产生检验结果；从处理器26将主数据接收路径上的单端数据发送信号的校验结果与主数据发送路径上的单端数据发送信号的校验结果进行比较，并在比较结果为相同时，在数据发送完成之后放弃总线控制权，以及在比较结果为不相同时，进行总线冲突报警后放弃总线控制权。第一接口转换模块12从差分发送线上接收差分数据发送信号，并将差分数据发送信号转换为单端数据发送信号后送入主处理器17的接收端口以及将主处理器17的发送端口发送的单端数据接收信号转换为差分数据接收信号后送入差分接收线；没有争夺到总线控制权的从设备2通过第二保护模块23将第二输出控制模块22设置为高阻态。

具体而言，首先，主处理器17在初始化完成后，根据预先设定的全双工通信模式发出控制信号，环回控制模块11根据控制信号将差分接收线和差分发送线断开连接，然后通过第一保护模块14将第一输出控制模块13设置为非高阻态，以使主设备1接入差分接收线。同时，从处理器26完成初始化后，第二载波监听模块25监听RS232串行差分总线是否空闲。在本实施例中，第二载波监听模块25监听RS232串行差分总线是否空闲的方式具体为：第二载波监听模块25监听由第二接口转换模块21转换得到的单端信号中的高电平持续时间是否达到预设时间，如果达到预设时间，则判定RS232串行差分总线空闲，否则判定RS232串行差分总线忙。由于主处理器17和从处理器26完成初始化后还没有发送数据，因此，总线上并没有数据传送，第二载波监听模块25必然监听到总线空闲。

然后，由于第二载波监听模块25监听到总线空闲，所有从处理器26按照预设策略争夺RS232串行差分总线的控制权。在本实施例中，预设策略为p-坚持的CSMA/CD算法，p为预设概率值。p-坚持的CSMA/CD算法的运行过程如下：步骤1：生成随机概率值x；步骤2：将随机概率值x与p比较；步骤3：如果x＜p，则从处理器26可以开始发送数据，即争夺到总线控制权；步骤4：如果x≥p，则延时特定时间后重新获取第一载波监听模块16或第二载波监听模块25的监听结果。由于采用p-坚持的CSMA/CD算法，只要某个从设备2争夺到总线控制权发送数据后，没有争夺到总线控制权的其它从设备2必然会监听到总线忙。

其次，争夺到总线控制权的从设备2的从处理器26通过第二保护模块23将第二输出控制模块22设置为非高阻态，以使该从设备2接入差分接收线，并在发送端口发送单端数据发送信号。第二接口转换模块21将单端数据发送信号转换为差分数据发送信号后送入差分发送线、从差分接收线上接收差分数据接收信号，并将差分数据接收信号转换为单端数据接收信号后送入从处理器的接收端口以及从差分发送线上接收差分数据发送信号，并将差分数据发送信号转换为单端数据发送信号后送入第二冲突检测模块24。而没有争夺到总线控制权的其它从设备2通过第二保护模块23将第二输出控制模块22设置为高阻态，以使其它从设备2从差分接收线上隔离。由于第二冲突检测模块24通过第二接口转换模块21直接接在差分发送线上，因此，从处理器26发送的单端数据发送信号进入差分发送线后，会被第二接口转换模块21接收并转换为单端数据发送信号。

最后，第二冲突检测模块24对单端数据发送信号进行校验产生检验结果，从处理器26主数据接收路径上的单端数据发送信号的校验结果与主数据发送路径上的单端数据发送信号的校验结果进行比较，如果比较结果为相同，表明从处理器26发送的单端数据发送信号没有产生冲突，RS232差分总线的状态正常，数据发送成功，则从处理器26在数据发送完成之后放弃总线控制权；如果比较结果为不相同，表明RS232差分总线出现了冲突，则从处理器26进行总线冲突报警后放弃总线控制权。同时，由于环回控制模块11根据控制信号将差分接收线和差分发送线断开连接，相当于差分接收线和差分发送线在逻辑上成为两根独立的数据线。所以，第一接口转换模块12从差分发送线上接收差分数据发送信号，并将差分数据发送信号转换为单端数据发送信号后送入主处理器17的接收端口以及将主处理器17的发送端口发送的单端数据接收信号转换为差分数据接收信号后送入差分接收线。在本实施例中，第二冲突检测模块24进行校验时采用奇偶校验。

在全双工通信模式下，由于主设备1的主数据发送路径通过差分接收线与从设备2的从数据接收路径相连接，主设备1的主数据接收路径通过差分发送线与从设备2的从数据发送路径端相连接，因此主设备1可以与任意从设备2进行全双工通信，但是从设备2只能与主设备1进行通信，从设备2之间需要通过主设备1中继才能相互通信，从而实现单点对多点的通信。

进一步地，在半双工通信模式和全双工通信模式下，主处理器17和从处理器26在比较结果为不相同时，进行总线冲突报警后放弃总线控制权后，还进行预设时间间隔的延迟，并在延迟后重新获取第一载波监听模块16或第二载波监听模块25的监听结果，其中，主处理器17和从处理器26的预设时间间隔均不相同。其中，由于主处理器17和从处理器26在争夺总线控制权时，会存在两个以上同时争夺到总线控制权的情况，在这种情况下，主处理器17和从处理器26会判断到数据冲突，也就是前述的比较结果为不相同的情形，此时，同时争夺到总线控制权的主处理器17和从处理器26进行不同时间间隔的延迟，并再次获取总线是否空闲的监听结果，该预设时间间隔可以采用“截断的二进制指数退避算法”生成，也可以是其他算法随机生成。这样，争夺到总线控制权的主处理器17和从处理器26再次在总线空闲时发送单端数据发送信号，重复上述过程。当然，还可以规定重复次数不超过预设次数，如果重复次数不超过预定次数，可以在发生数据冲突时重复上述过程，如果重复次数超过预定次数，则进行总线冲突报警。

本发明实施例的多点远距离通信的RS232串行通信系统的硬件部分既可以采用标准的74系列器件实现，也可以采用CPLD或FPGA实现。本发明优选为由FPGA或CPLD实现，因为FPGA或CPLD的逻辑运算是通过硬件完成的，运行速度快，带来的通讯延时很小，具有很好的灵活性，可以实现并行处理，能够大大提高运算实时性。软件部分可以采用C语言或其它编程语言实现。

在本实施例中，主设备1还包括第一看门狗模块18，从设备2还包括第二看门狗模块27，第一看门狗模块18连接主处理器17和第一保护模块14，第二看门狗模块27连接从处理器26和第二保护模块23，第一看门狗模块18用于在监测到主处理器17出现故障时通过第一保护模块14将第一输出控制模块13设置为高阻态，第二看门狗模块27用于在监测到从处理器26出现故障时通过第二保护模块23将第二输出控制模块22设置为高阻态。通过第一看门狗模块18和第二看门狗模块27，可以将出现故障的主设备1和从设备2从RS232差分总线上隔离，以实现对RS232差分总线的保护，保证其它设备间的通信不受到影响。

通过上述方式，本发明实施例的支持多点远距离通信的RS232通信系统中，环回控制模块对总线进行控制、输出控制模块对接入的设备进行控制，冲突检测模块对总线冲突进行检测以及载波监听模块实现总线控制权的争夺，通过接口转换模块能够增强信号抗干扰能力，增加通信距离，通过环回控制模块、输出控制模块、冲突检测模块和载波监听模块之间的相互配合，可以支持半双工通信模式和全双工通信模式，并实现多点对多点之间的通信。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种支持多点远距离通信的RS232通信系统，其特征在于，包括连接在RS232串行差分总线上的主设备和至少一个从设备，所述主设备包括环回控制模块，第一接口转换模块，第一输出控制模块，第一保护模块、第一冲突检测模块、第一载波监听模块和主处理器，所述从设备包括第二接口转换模块，第二输出控制模块，第二保护模块、第二冲突检测模块、第二载波监听模块和从处理器；

所述主处理器的发送端口、第一接口转换模块、第一输出控制模块依次连接构成主数据发送路径，所述主数据发送路径接入RS232串行差分总线的差分接收线，所述主处理器的接收端口、第一接口转换模块依次连接构成主数据接收路径，所述主数据接收路径接入RS232串行差分总线的差分发送线，所述环回控制模块、第一保护模块、第一冲突检测模块、第一载波监听模块均连接主处理器，所述第一冲突检测模块和第一载波监听模块连接在主处理器的接收端口与第一接口转换模块之间的主数据接收路径上，所述第一保护模块连接第一输出控制模块，所述环回控制模块用于将差分接收线和差分发送线连接或断开；

所述从处理器的发送端口、第二接口转换模块、第二输出控制模块依次连接构成从数据发送路径，所述从数据发送路径接入差分发送线，所述从处理器的接收端口、第二接口转换模块依次连接构成从数据接收路径，所述从数据接收路径接入差分接收线，所述第二保护模块、第二冲突检测模块、第二载波监听模块均连接从处理器，所述第二冲突检测模块和第二载波监听模块还通过第二接口转换模块连接差分发送线，所述第二保护模块连接第二输出控制模块；

其中，在自检模式下，所述主处理器控制环回控制模块将差分接收线和差分发送线连接；所述第一载波监听模块和第二载波监听模块监听RS232串行差分总线是否空闲；所述主处理器和从处理器在RS232串行差分总线空闲时，按照预设策略争夺RS232串行差分总线的控制权；当所述主处理器或从处理器争夺到总线控制权时，通过第一保护模块或第二保护模块将第一输出控制模块或第二输出控制模块设置为非高阻态，并在发送端口发送单端自检发送信号；所述第一接口转换模块或第二接口转换模块将单端自检发送信号转换为差分自检发送信号后送入差分接收线或差分发送线；争夺到总线控制权的主设备或从设备中的第一接口转换模块或第二接口转换模块从差分发送线或差分接收线上接收差分自检接收信号，并将差分自检接收信号转换为单端自检接收信号后送入第一冲突检测模块或第二冲突检测模块；所述第一冲突检测模块或第二冲突检测模块对单端自检接收信号进行校验产生检验结果；争夺到总线控制权的主设备的主处理器或从设备的从处理器将单端自检接收信号的校验结果与单端自检发送信号的校验结果进行比较，并在比较结果为相同时，放弃总线控制权，以及在比较结果为不相同时，进行总线故障报警后放弃总线控制权；没有争夺到总线控制权的主设备和从设备通过第一保护模块或第二保护模块将第一输出控制模块或第二输出控制模块设置为高阻态；

在半双工通信模式下，所述主处理器控制环回控制模块将差分接收线和差分发送线连接；所述第一载波监听模块和第二载波监听模块监听RS232串行差分总线是否空闲；所述主处理器和从处理器在RS232串行差分总线空闲时，按照预设策略争夺RS232串行差分总线的控制权；当所述主处理器或从处理器争夺到总线控制权时，通过第一保护模块或第二保护模块将第一输出控制模块或第二输出控制模块设置为非高阻态，并在发送端口发送单端数据发送信号；所述第一接口转换模块或第二接口转换模块将单端数据发送信号转换为差分数据发送信号后送入差分接收线或差分发送线；争夺到总线控制权的主设备或从设备中的第一接口转换模块或第二接口转换模块从差分发送线或差分接收线上接收差分数据接收信号，并将差分数据接收信号转换为单端数据接收信号后送入第一冲突检测模块或第二冲突检测模块；所述第一冲突检测模块或第二冲突检测模块对单端数据接收信号进行校验产生检验结果；争夺到总线控制权的主设备的主处理器或从设备的从处理器将单端数据接收信号的校验结果与单端数据发送信号的校验结果进行比较，并在比较结果为相同时，在数据发送完成之后放弃总线控制权，以及在比较结果为不相同时，进行总线冲突报警后放弃总线控制权；没有争夺到总线控制权的主设备和从设备通过第一保护模块或第二保护模块将第一输出控制模块或第二输出控制模块设置为高阻态；

在全双工通信模式下，所述主处理器控制环回控制模块将差分接收线和差分发送线断开连接，并通过第一保护模块将第一输出控制模块设置为非高阻态；所述第二载波监听模块监听RS232串行差分总线是否空闲；每一所述从处理器在RS232串行差分总线空闲时，按照预设策略争夺RS232串行差分总线的控制权；争夺到总线控制权的从处理器通过第二保护模块将第二输出控制模块设置为非高阻态，并在发送端口发送单端数据发送信号；所述第二接口转换模块将单端数据发送信号转换为差分数据发送信号后送入差分发送线、从差分接收线上接收差分数据接收信号，并将差分数据接收信号转换为单端数据接收信号后送入从处理器的接收端口以及从差分发送线上接收差分数据发送信号，并将差分数据发送信号转换为单端数据发送信号后送入第二冲突检测模块；所述第二冲突检测模块对单端数据发送信号进行校验产生检验结果；从处理器将主数据接收路径上的单端数据发送信号的校验结果与主数据发送路径上的单端数据发送信号的校验结果进行比较，并在比较结果为相同时，在数据发送完成之后放弃总线控制权，以及在比较结果为不相同时，进行总线冲突报警后放弃总线控制权；所述第一接口转换模块从差分发送线上接收差分数据发送信号，并将差分数据发送信号转换为单端数据发送信号后送入主处理器的接收端口以及将主处理器的发送端口发送的单端数据接收信号转换为差分数据接收信号后送入差分接收线；没有争夺到总线控制权的从设备通过第二保护模块将第二输出控制模块设置为高阻态。

2.根据权利要求1所述的支持多点远距离通信的RS232通信系统，其特征在于，所述主设备包括第一看门狗模块，所述从设备还包括第二看门狗模块，所述第一看门狗模块连接主处理器和第一保护模块，所述第二看门狗模块连接从处理器和第二保护模块，所述第一看门狗模块用于在监测到主处理器出现故障时通过第一保护模块将第一输出控制模块设置为高阻态，所述第二看门狗模块用于在监测到从处理器出现故障时通过第二保护模块将第二输出控制模块设置为高阻态。

3.根据权利要求1所述的支持多点远距离通信的RS232通信系统，其特征在于，所述预设策略为p-坚持的CSMA/CD算法，p为预设概率值。

4.根据权利要求1所述的支持多点远距离通信的RS232通信系统，其特征在于，所述第一冲突检测模块或第二冲突检测模块进行校验时采用奇偶校验。

5.根据权利要求1所述的支持多点远距离通信的RS232通信系统，其特征在于，所述第一载波监听模块和第二载波监听模块监听RS232串行差分总线是否空闲的方式具体为：所述第一载波监听模块和第二载波监听模块监听由第一接口转换模块和第二接口转换模块转换得到的单端信号中的高电平持续时间是否达到预设时间，如果达到预设时间，则判定RS232串行差分总线空闲，否则判定RS232串行差分总线忙。

6.根据权利要求1所述的支持多点远距离通信的RS232通信系统，其特征在于，在半双工通信模式和全双工通信模式下，所述主处理器和从处理器在比较结果为不相同时，进行总线冲突报警后放弃总线控制权后，还进行预设时间间隔的延迟，并在延迟后重新获取第一载波监听模块或第二载波监听模块的监听结果，其中，所述主处理器和从处理器的预设时间间隔均不相同。