CN113452628A - 一种多功能接口适配器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多功能接口适配器及其控制方法，通过构建包括串转网接口板和多网口网络交换板硬件框架，同时对于串转网接口板的FPGA进行控制设计，能够实现多串口协议解析、脉冲信号处理、串口转以太网通讯、以太网交换机等功能，本发明能够实现不同设备间通讯接口适配，推进舰艇海图作业部位导航设备集成优化方案实施。本发明通过串转网接口板实现3路RS422串口收发功能以及1路脉冲信号处理功能，同时通过6网口网络交换板最多支持6路以太网交换功能，100M/1000M自适应；同时串口数据解析处理转以太网发送功能，当需要使用该功能时，占用1路以太网接口作为内部使用，对外最大支持5路以太网接口。
Description
技术领域
本发明属于软件基础技术领域，尤其是一种多功能接口适配器及其控制方法。
背景技术
如图6所示，以太网交换技术目前发展较为成熟，以太网交换机属于标准化产品，常用的有4端口、6端口、8端口、16端口等千兆/百兆交换机产品，但是传统的以太网交换机产品不支持串口通讯，如需将串口接入以太网需要单独配置串口转以太网通讯模块，而目前常用的串口转以太网接口模块均为单路串口转以太网通讯功能，且串口协议为固定模式，无法支持用户自定义报文，对于本项目应用，需实现3路自定义串口通讯功能，且串口协议数据格式与以太网接口数据格式不匹配，需进行中间转换。为保证与各型号舰艇装备技术状态不改变，原设备串口通讯协议无法更改，因此传统的串口转以太网模块无法满足项目应用要求，因此设计一款多功能接口适配器，实现自定义串口协议解析处理，并可根据用户要求打包成一帧或多帧以太网报文，同时对于脉冲信号处理，目前暂无标准产品，一般为定制化设计，一般通过FPGA或者MCU等处理器根据使用要求进行个性化处理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种多功能接口适配器及其控制方法，能够实现不同设备间通讯接口适配，推进舰艇海图作业部位导航设备集成优化方案实施。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种多功能接口适配器，包括串转网接口板和多网口网络交换板，所述串转网接口板连接多网口网络交换板，信号分别通过1路脉冲接口和多路RS422串口连接串转网接口板，信号通过多路以太网连接多网口网络交换板，多网口网络交换板分别通过以太网连接第一显控终端和第二显控终端。
而且，所述串转网接口板包括电源管理模块、FPGA、接口电路和以太网通讯模块，直流供电通过电源管理模块对串转网接口板进行供电，接口电路、FPGA和以太网通讯模块串行连接，RS422串口接入接口电路，以太网通讯模块输出以太网接口。
而且，所述电源管理模块包括滤波器和DC-DC模块，滤波器和DC-DC模块串行连接，直流供电输入至滤波器。
一种如权利要求1所述的多功能接口适配器的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、进行串口协议解析，并处理接收的脉冲信号；
步骤2、将步骤1得到的数据进行缓存；
步骤3、对步骤2的数据进行处理；
步骤4、将步骤3处理得到的数据通过以太网控制模块进行传输。
而且，所述步骤1的具体实现方法为：串转网接口板RS422串行数据通过串并转换模块转换为并行数据输入至数据缓存模块，串转网接口板的FPGA的时钟通过分频模块转换为不同频率时钟信号，输入至串并转换模块。
而且，所述步骤2中数据缓存模块容量1024Bytes。
而且，所述步骤3的具体实现方法为：FPGA内部对进行数据处理，其波特率、校验方式和停止位参数根据不同设备通讯协议要求进行配置，同时数据处理单元实现不同接口协议间数据格式转换。
而且，所述步骤4的具体实现方法为：以太网控制模块用于配置FPGA外部以太网通讯模块，实现单路以太网通讯功能，与网络交换板连接，将串口设备连接到以太网中，实现串口与以太网适配。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明通过构建包括串转网接口板和多网口网络交换板硬件框架，同时对于串转网接口板的FPGA进行控制设计，能够实现多串口协议解析、脉冲信号处理、串口转以太网通讯、以太网交换机等功能，本发明能够实现不同设备间通讯接口适配，推进舰艇海图作业部位导航设备集成优化方案实施。
2、本发明通过串转网接口板实现多路RS422串口收发功能，同时本发明的波特率、校验方式和停止位等参数能够进行配置，具备1024Bytes缓存空间，通讯协议可根据用户需求定制
3、本发明通过串转网接口板实现1路脉冲信号处理功能，其电平满足RS422电平标准，可将脉冲信息转换成数字信息进行转发。
4、本发明通过6网口网络交换板最多支持6路以太网交换功能，100M/1000M自适应；同时串口数据解析处理转以太网发送功能，当需要使用该功能时，占用1路以太网接口作为内部使用，对外最大支持5路以太网接口。
附图说明
图1为本发明硬件结构图；
图2为本发明串转网接口板硬件结构图；
图3为本发明流程图；
图4为本发明串口协议解析流程图；
图5为本发明外观图；
图6为传统串口转以太网应用示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种多功能接口适配器，如图1所示，包括串转网接口板和6网口网络交换板，串转网接口板连接6网口网络交换板，信号分别通过1路脉冲接口和3路RS422串口连接串转网接口板，其它设备通过4路以太网连接6网口网络交换板，6网口网络交换板分别通过以太网连接第一显控终端和第二显控终端。
本发明实现了实现串口、以太网接口以及脉冲接口扩展，其中串口支持RS-422电平，以太网接口支持100M/1000M自适应，具备串口协议解析、以太网报文交换以及脉冲解调功能，可将接入设备输入信息转换为串口报文或以太网报文发送至显控终端。电源输入范围12-36V，可通过显控终端提供，也可使用舰上直流供电。
如图2所示，串转网接口板包括电源管理模块、FPGA、接口电路和以太网通讯模块，接口电路、FPGA和以太网通讯模块串行连接，RS422串口接入接口电路，以太网通讯模块输出以太网接口。其中，电源管理模块包括滤波器和DC-DC模块，滤波器和DC-DC模块串行连接，直流供电输入至滤波器。电源管理将输入直流电源转换为内部所需电压，输入直流电源首先经过滤波器，然后经过DC-DC模块，产生+3.3V和+1.2V电压，用于FPGA处理器和通讯接口部分供电。接口电路实现RS422-TTL电平转换，转换后的TTL电平可接入FPGA进行数据处理。
网络交换板实现网络交换机功能，支持6路以太网，100M/1000M自适应，当多功能接口适配器工作于纯网络交换模式时，可接入6台以太网设备，当多功能接口适配器工作于串口转以太网模式时，串转网接口板占用1路以太网接口，可接入3台串口设备、1台脉冲接口设备以及5台以太网设备。
FPGA处理器实现串口协议解析、脉冲信号处理、数据缓存、数据处理以及以太网模块控制功能。
一种多功能接口适配器的控制方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤1、进行串口协议解析，并处理接收的脉冲信号。如图4所示，串转网接口板RS422串行数据通过串并转换模块转换为并行数据输入至数据缓存模块，串转网接口板的FPGA的时钟通过分频模块转换为不同频率时钟信号，输入至串并转换模块。
由于脉冲信号处理单元需要处理的是时间同步信号，对处理器计时精度有严格要求，如果选择ARM或者DSP处理器，检测到脉冲信号后，通过软件进行处理，计时精度只能达到ms级，为了保障脉冲信号处理的精度，选择FPGA作为处理器，计时精度可达到＜1us。
步骤2、将步骤1得到的数据进行缓存。其中数据缓存模块容量1024Bytes，可满足不同设备数据帧缓存要求。
步骤3、对步骤2的数据进行处理。FPGA内部对进行数据处理，其波特率、校验方式和停止位参数根据不同设备通讯协议要求进行配置，同时数据处理单元实现不同接口协议间数据格式转换，在应用中气象要素设备串口协议中数据为ASCII格式，例如
$SMWSD,XX.X,XXX,XX.X,XXX,S,R,T*CC<CR><LF>
各字符的含义如下：
$：起始符。
SM：船舶气象仪代号。
WSD：语句代号，表示风速风向。
XX.X：瞬时相对风速(m/s)。
XXX：瞬时相对风向(°)。
XX.X：平均相对风速(m/s)。
XXX：平均相对风向(°)。
S：数据状态，A表示有效数据；V表示无效数据；M表示人工装订数据。
R：表示相对风。
T：表示真风。
*：校验和标志。
CC：校验和。(“$”与“*”之间的字符代码异或，不含“$”和“*”)；
CR、LF：数据终止标志；
，：数据间隔标志。
而显控终端以太网接口协议中要求数据为十六进制格式，例如瞬时相对风速以2字节表示，最低有效位为0.1m/s，因此需将ASCII格式的数据按照显控终端要求转换为十六进制格式后再发送至显控终端。
步骤4、将步骤3处理得到的数据通过以太网控制模块进行传输。以太网控制模块用于配置FPGA外部以太网通讯模块，实现单路以太网通讯功能，与网络交换板连接，将串口设备连接到以太网中，实现串口与以太网适配。
如图5所示，多功能接口适配器采用壁挂安装方式。最大外形尺寸251*181.5mm，尺寸小、安装方式简单可靠，供电、串口、脉冲接口、以太网接口连接器采用高可靠圆形电连接器，在外壳设置接地端子，正面设置电源指示灯以及六路以太网通讯接口指示灯，每路网口设置两个指示灯，分别指示Speed及Link/ACT。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种多功能接口适配器，其特征在于：包括串转网接口板和多网口网络交换板，所述串转网接口板连接多网口网络交换板，信号分别通过1路脉冲接口和多路RS422串口连接串转网接口板，信号通过多路以太网连接多网口网络交换板，多网口网络交换板分别通过以太网连接第一显控终端和第二显控终端。
2.根据权利要求1所述的一种多功能接口适配器，其特征在于：所述串转网接口板包括电源管理模块、FPGA、接口电路和以太网通讯模块，直流供电通过电源管理模块对串转网接口板进行供电，接口电路、FPGA和以太网通讯模块串行连接，RS422串口接入接口电路，以太网通讯模块输出以太网接口。
3.根据权利要求1所述的一种多功能接口适配器，其特征在于：所述电源管理模块包括滤波器和DC-DC模块，滤波器和DC-DC模块串行连接，直流供电输入至滤波器。
4.一种如权利要求1所述的多功能接口适配器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、进行串口协议解析，并处理接收的脉冲信号；
步骤2、将步骤1得到的数据进行缓存；
步骤3、对步骤2的数据进行处理；
步骤4、将步骤3处理得到的数据通过以太网控制模块进行传输。
5.根据权利要求4所述的一种多功能接口适配器的控制方法，其特征在于：所述步骤1的具体实现方法为：串转网接口板的RS422串行数据通过串并转换模块转换为并行数据输入至数据缓存模块，串转网接口板的FPGA的时钟通过分频模块转换为不同频率时钟信号，输入至串并转换模块。
6.根据权利要求4所述的一种多功能接口适配器的控制方法，其特征在于：所述步骤2中数据缓存模块容量1024Bytes。
7.根据权利要求4所述的一种多功能接口适配器的控制方法，其特征在于：所述步骤3的具体实现方法为：FPGA内部对进行数据处理，其波特率、校验方式和停止位参数根据不同设备通讯协议要求进行配置，同时数据处理单元实现不同接口协议间数据格式转换。
8.根据权利要求4所述的一种多功能接口适配器的控制方法，其特征在于：所述步骤4的具体实现方法为：以太网控制模块用于配置FPGA外部以太网通讯模块，实现单路以太网通讯功能，与网络交换板连接，将串口设备连接到以太网中，实现串口与以太网适配。
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