CN110232038A - 一种工控机用智能通讯串口装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工控机用智能通讯串口装置，包括第一串口模块、处理器、至少一个第二串口模块；第一串口模块的通信协议类型与外部工控机适配；一个第二串口模块对应一个外部设备，该第二串口模块的通信协议类型与其对应连接的外部设备适配；处理器包括协议配置模块和数据处理模块；协议配置模块通过第一串口模块接收外部工控机发送的协议类型配置数据；数据处理模块接收工控机发送的带有标志位的串口数据，根据协议类型配置数据对所述串口数据进行打包处理，并根据标志位将打包处理后的数据通过对应的第二串口模块发送至外部设备；本发明能够使工控机无差别的与具有不同通信协议的设备进行通信，无需根据不同的通信协议编写对应的应用程序。

Description

一种工控机用智能通讯串口装置

技术领域

本发明属于工业通讯技术领域，更具体地，涉及一种工控机用智能通讯串口装置。

背景技术

串行接口是一种可以将来自CPU的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可将接收的串行数据流转换为并行的数据字符供给CPU的器件。串口通信指串口按位(bit)发送和接收字节，尽管比特字节(byte)的串行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据；在串口通信中，常用的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。大多数计算机(不包括笔记本电脑)包含两个基于RS-232的串口；串口通信协议同时也是仪器仪表设备通用的通信协议，可以用于获取远程采集设备的数据。

目前在工业生产领域，串口的应用非常广泛。但由于每种设备都含有特定的串口通讯协议，工控机在与不同设备进行通讯时，需要按照不同的通信协议编写对应程序以满足实际使用的要求，这样就造成了工控机通讯程序开发繁琐，开发周期长。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种工控机用智能通讯串口装置，通过该智能通讯串口装置，工控机可以无差别的与具有不同通信协议的设备进行通信，其目的在于解决现有技术中工控机需要编写不同程序来实现与不同设备进行通讯，导致工控机通讯程序开发繁琐、开发周期长的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种工控机用智能通讯串口装置，包括第一串口模块、处理器、至少一个第二串口模块；所述第一串口模块的通信协议类型与外部工控机适配；所述第二串口模块的通信协议类型与外部设备适配；

所述处理器包括协议配置模块和数据处理模块；

所述协议配置模块用于通过第一串口模块接收外部工控机发送的协议类型配置数据；

所述数据处理模块用于接收所述外部工控机发送的带有标志位的串口数据，所述标志位用于指示串口数据的通信协议类型；根据协议配置模块中存储的协议类型配置数据对所述串口数据进行打包处理，并根据标志位将打包处理后的数据通过对应的第二串口模块发送至外部设备。

优选的，上述工控机用智能通讯串口装置，其数据处理模块还用于通过第二串口模块接收外部设备发送的反馈数据，根据协议类型配置数据对所述反馈数据进行解析，提取该反馈数据中的串口数据并将其发送至外部工控机。

优选的，上述工控机用智能通讯串口装置，其协议类型配置数据包括帧头、奇偶校验值、帧校验方式和波特率。

优选的，上述工控机用智能通讯串口装置，外部工控机发送的串口数据包括数据长度和有效数据信息。

优选的，上述工控机用智能通讯串口装置，打包处理后的数据格式为帧头、数据长度、有效数据信息和帧校验值。

优选的，上述工控机用智能通讯串口装置，其帧校验方式采用累加和校验或CRC校验。

优选的，上述工控机用智能通讯串口装置，其第一串口模块为RS232接口；第二串口模块包括RS232接口和RS485接口。

优选的，上述工控机用智能通讯串口装置，其处理器采用FPGA最小系统实现，所述FPGA最小系统包括FPGA芯片、电源电路以及用于存储FPGA程序所需的存储器。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明提供的工控机用智能通讯串口装置，首先根据外部设备的通信协议类型对FPGA模块进行配置，当工控机与外部设备进行交互时，FPGA模块根据配置数据对工控机发送的串口数据进行打包处理，并根据用于指示串口数据的通信协议类型的标志位信息将打包处理后的数据通过对应的第二串口模块发送至外部设备；通过该智能通讯串口装置，工控机可以无差别的与具有不同通信协议的外部设备进行通信，无需根据不同的通信协议编写对应的应用程序；具有电路简单、成本低、易实现的优点。

附图说明

图1是本发明提供的工控机用智能通讯串口装置的逻辑框图；

图2是本发明实施例提供的工控机用智能通讯串口装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的工控机用智能通讯串口装置，如图1所示，包括第一串口模块、处理器、若干个第二串口模块；其中，第一串口模块的第一端与工控机连接，第二端与处理器的第一端连接；处理器的第二端与若干个第二串口模块的一端连接，若干个第二串口模块的另一端用于对接一个外部设备；第一串口模块的通信协议类型与外部工控机适配；第二串口模块的通信协议类型与其对应连接的外部设备适配；

处理器包括协议配置模块和数据处理模块；协议配置模块用于通过第一串口模块接收外部工控机发送的协议类型配置数据；数据处理模块用于接收所述外部工控机发送的带有标志位的串口数据，所述标志位用于指示串口数据的通信协议类型；根据协议配置模块中存储的协议类型配置数据对所述串口数据进行打包处理，并根据标志位将打包处理后的数据通过对应的第二串口模块发送至外部设备。

下面通过具体的实施例对工控机用智能通讯串口装置的结构和工作原理进行说明。

图2是本实施例所提供的工控机用智能通讯串口装置的结构示意图，如图2所示，该智能通讯串口装置包括第一RS232接口模块、FPGA模块、第二RS232接口模块和RS485接口模块；第一RS232接口模块的第一端与工控机连接，第二端与FPGA模块的第一端连接；FPGA模块的第二端与第二RS232接口模块连接，第三端与RS485接口模块连接。本实施例为了满足具有不同通信协议的外部设备的外部接口不同的情况，为该智能通讯串口装置设置了第二RS232接口模块和RS485接口模块，两种不同的接口模块可以对接不同的外部设备或者同一外部设备上的不同接口，适用于不同的应用场景。当然，根据用户的不同应用需求，可以仅设置一个接口模块，或者设置两个相同的接口模块来同时对接两个相同外部设备，也可以再增加一个RS422接口模块来满足使用RS422通信协议的外部设备；以上结构均在本发明的保护范围之内。本实施例中，第二RS232接口模块用于对接使用RS232协议的第一外部设备，RS485接口模块用于对接使用RS485协议的第二外部设备；

本实施例中，FPGA模块包含FPGA最小系统所需的FPGA芯片、电源电路以及用于存储FPGA程序所需的FLASH芯片；FLASH芯片中包括协议配置模块和数据处理模块；由于不同的外部设备所使用的通讯协议不同，为实现工控机与外部设备之间的数据交换，首先需要根据外部设备的通信协议类型对FPGA模块进行配置；表2所示即为协议类型配置数据的内容；本实施例中，协议类型配置数据包括帧头、奇偶校验值、帧校验值方式和波特率；用户按照工控机程序显示界面中的选项填入表2所示的协议类型配置数据，然后点击完成设置，待界面弹出“完成设置”对话框后，表明智能通讯串口装置完成了配置。

表1协议类型配置数据

工控机按照与FPGA模块规定好的协议(本实施例为RS232)将用户输入的包括帧头、奇偶校验值、帧校验方式和波特率在内的协议配置数据打包发送给FPGA模块，其中帧校验值方式可以采用累加和校验或CRC校验；FPGA模块在接收到了具体的协议以后，将其内部的帧头寄存器、奇偶校验值寄存器、帧校验方式寄存器的值按照协议的内容进行更新；配置完成后，工控机即可通过FPGA模块实现工控机与某种特定外部设备的通讯。

当工控机向外部设备发送数据时，工控机首先将带有标志位的串口数据发送给配置后的FPGA模块，该串口数据中包括数据长度和有效数据信息；标志位用于指示串口数据的通信协议类型；例如：当工控机需要将串口数据发送给使用RS232协议的第一外部设备时，该标志位为“0”；当工控机需要将串口数据发送给使用RS485协议的第二外部设备时，该标志位为“1”；当工控机需要将串口数据同时发送给第一外部设备和第二外部设备时，该标志位为“2”；当然，用户可以根据自身需求使用不同的标志位表示方式，本实施例不作限制；该FPGA模块中的数据处理模块接收外部工控机发送的串口数据后，首先根据标志位判断该串口数据的发送对象；若该标志位指示串口数据发送给使用RS232协议的第一外部设备时，数据处理模块根据协议配置模块中存储的协议类型配置数据对串口数据进行打包处理，生成“帧头+数据长度+有效数据信息+帧校验值”格式的一帧数据；然后将打包处理后的数据通过与标志位对应的第二RS232接口模块发送至第一外部设备；同理，若该标志位指示串口数据发送给使用RS485协议的第二外部设备时，数据处理模块根据协议配置模块中存储的协议类型配置数据对串口数据进行打包处理，生成“帧头+数据长度+有效数据信息+帧校验值”格式的一帧数据；然后将打包处理后的数据通过与标志位对应的RS485接口模块发送至第二外部设备；表2所示是数据处理模块对串口数据打包处理后的数据格式；

当第一外部设备向工控机发送数据时，数据处理模块通过第二RS232接口模块接收第一外部设备发送的反馈数据，根据协议配置模块中存储的协议类型配置数据对反馈数据进行解析，去掉反馈数据中的帧头和校验和信息，从反馈数据中提取出数据长度和有效数据信息并发送至外部工控机；

当第二外部设备向工控机发送数据时，数据处理模块通过RS485接口模块接收第二外部设备发送的反馈数据，根据协议配置模块中存储的协议类型配置数据对反馈数据进行解析，去掉反馈数据中的帧头和校验和信息，从反馈数据中提取出数据长度和有效数据信息并发送至外部工控机；

根据串口的既有特性，在工控机向外部设备发送数据时，第二RS232接口模块和RS485接口模块能够同时工作，数据处理模块可以同时将处理后的数据分别发送至第二RS232接口模块和RS485接口模块，以适应工控机与带RS232串口的外部设备或者带RS485串口的外部设备之间的同时通信。

相比于现有技术中工控机需要编写不同程序来实现与不同设备进行通讯的方式，本发明提供的工控机用智能通讯串口装置，首先根据外部设备的通信协议类型对FPGA模块进行配置，当工控机与外部设备进行交互时，FPGA模块根据配置数据对工控机发送的串口数据进行打包处理，并根据用于指示串口数据的通信协议类型的标志位信息将打包处理后的数据通过对应的第二串口模块发送至外部设备；通过该智能通讯串口装置，工控机可以无差别的与具有不同通信协议的外部设备进行通信，无需根据不同的通信协议编写对应的应用程序；具有电路简单、成本低、易实现的优点。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种工控机用智能通讯串口装置，其特征在于，包括第一串口模块、处理器、至少一个第二串口模块；所述第一串口模块的通信协议类型与外部工控机适配；一个所述第二串口模块对应一个外部设备，该第二串口模块的通信协议类型与其对应连接的外部设备适配；

所述处理器包括协议配置模块和数据处理模块；

所述协议配置模块用于通过第一串口模块接收外部工控机发送的协议类型配置数据；

所述数据处理模块用于接收所述外部工控机发送的带有标志位的串口数据，所述标志位用于指示串口数据的通信协议类型；根据协议配置模块中存储的协议类型配置数据对所述串口数据进行打包处理，并根据标志位将打包处理后的数据通过对应的第二串口模块发送至外部设备。

2.如权利要求1所述的工控机用智能通讯串口装置，其特征在于，所述数据处理模块还用于通过第二串口模块接收外部设备发送的反馈数据，根据协议类型配置数据对所述反馈数据进行解析，提取该反馈数据中的串口数据并将其发送至外部工控机。

3.如权利要求1或2所述的工控机用智能通讯串口装置，其特征在于，所述协议类型配置数据包括帧头、奇偶校验值、帧校验方式和波特率。

4.如权利要求3所述的工控机用智能通讯串口装置，其特征在于，所述串口数据包括数据长度和有效数据信息。

5.如权利要求4所述的工控机用智能通讯串口装置，其特征在于，打包处理后的数据格式为帧头、数据长度、有效数据信息和帧校验值。

6.如权利要求5所述的工控机用智能通讯串口装置，其特征在于，所述帧校验方式采用累加和校验或CRC校验。

7.如权利要求1或6所述的工控机用智能通讯串口装置，其特征在于，所述第一串口模块为RS232接口；第二串口模块包括RS232接口和RS485接口。

8.如权利要求7所述的工控机用智能通讯串口装置，其特征在于，所述处理器采用FPGA最小系统实现，所述FPGA最小系统包括FPGA芯片、电源电路以及用于存储FPGA程序所需的存储器。