CN207691852U - 远程rs232协议信号与以太网的协议转换设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种远程RS232协议信号与以太网的协议转换设备，包括若干协议转换单元，每个协议转换单元均包括E1接口模块和RS232‑以太网协议转换模块，其中若干协议转换单元之间通过E1接口模块连接，每个E1接口模块还开有至少两路以太网接口；所述的RS232‑以太网协议转换模块均开有至少四路RS232接口。本实用新型保证了数据传输的效率和传输的速率，避免了设备在不经意间的托管现象，协议转换单元比较适合与远距离无人看守的设备使用，从而提高安全可靠性。

Description

远程RS232协议信号与以太网的协议转换设备

技术领域

本实用新型涉及无线通信设备应用领域，具体是一种远程RS232协议信号与以太网的协议转换设备。

背景技术

RS232接口技术：

RS-232是现在主流的串行通信接口之一。由于RS232接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：

（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。RS232接口任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”为-3— -15V；逻辑“0”：+3— +15V ，噪声容限为2V。即要求接收器能识别高于+3V的信号作为逻辑“0”，低于-3V的信号作为逻辑“1”，TTL电平为5V为逻辑正，0为逻辑负 。与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。

（2）传输速率较低，在异步传输时，比特率为20Kbps；因此在51CPLD开发板中，综合程序波特率只能采用19200，也是这个原因。

（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。

（4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在15米左右。

在RS-232标准中，字符是以一串行的比特串来一个接一个的串行（serial）方式传输，优点是传输线少，配线简单，传送距离可以较远。最常用的编码格式是异步起停（asynchronous start-stop）格式，它使用一个起始比特后面紧跟7或8 个数据比特（bit），然后是可选的奇偶校验比特，最后是一或两个停止比特。所以发送一个字符至少需要10比特，带来的一个好的效果是使全部的传输速率，发送信号的速率以10划分。一个最平常的代替异步起停方式的是使用高级数据链路控制协议（HDLC）。

在RS-232标准中定义了逻辑1和逻辑0电压级数，以及标准的传输速率和连接器类型。信号大小在正的和负的3－15v之间。RS-232规定接近0的电平是无效的，逻辑1规定为负电平，有效负电平的信号状态称为传号marking，它的功能意义为OFF，逻辑0规定为正电平，有效正电平的信号状态称为空号spacing，它的功能意义为ON。根据设备供电电源的不同，±5、±10、±12和±15这样的电平都是可能的。

串行通信在软件设置里需要做多项设置，最常见的设置包括波特率（Baud Rate）、奇偶校验（Parity Check）和停止位（Stop Bit）。

波特率（又称鲍率）：是指从一设备发到另一设备的波特率，即每秒钟多少比特bits per second (bit/s)。典型的波特率是300, 1200, 2400, 9600, 15200, 19200等bit/s。一般通信两端设备都要设为相同的波特率，但有些设备也可以设置为自动检测波特率。

奇偶校验（Parity：是用来验证数据的正确性。奇偶校验一般不使用，如果使用，那么既可以做奇校验（Odd Parity）也可以做偶校验（Even Parity）。奇偶校验是通过修改每一发送字节（也可以限制发送的字节）来工作的。如果不作奇偶校验，那么数据是不会被改变的。在偶校验中，因为奇偶校验位会被相应的置1或0（一般是最高位或最低位），所以数据会被改变以使得所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中“1”的个数为偶数；在奇校验中，所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中“1”的个数为奇数。奇偶校验可以用于接受方检查传输是否发送生错误——如果某一字节中“1”的个数发生了错误，那么这个字节在传输中一定有错误发生。如果奇偶校验是正确的，那么要么没有发生错误要么发生了偶数个的错误。如果用户选择数据长度为8位，则因为没有多余的比特可被用来作为同比特，因此就叫做“无位元（Non Parity）”。

停止位：是在每个字节传输之后发送的，它用来帮助接受信号方硬件重同步。

RS-232在传送数据时，并不需要另外使用一条传输线来传送同步信号，就能正确的将数据顺利传送到对方，因此叫做“异步传输”，简称UART(Universal AsynchronousReceiver Transmitter)，不过必须在每一笔数据的前后都加上同步信号，把同步信号与数据混和之后，使用同一条传输线来传输。比如数据11001010被传输时，数据的前后就需加入Start(Low)以及Stop(High)等两个比特，值得注意的是，Start信号固定为一个比特，但Stop停止比特则可以是1、1.5或者是2比特，由使用RS-232的传送与接收两方面自行选择，但需注意传送与接受两者的选择必须一致。 在串行通信软件设置中D/P/S是常规的符号表示。8/N/1（非常普遍）表明8bit数据，没有奇偶校验，1bit停止位。数据位可以设置为7、8或者9，奇偶校验位可以设置为无（N）、奇（O）或者偶（E），奇偶校验可以使用数据中的比特（bit），所以8/E/1就表示一共8位数据位，其中一位用来做奇偶校验位。停止位可以是1、1.5或者2位的（1.5是用在波特率为60wpm的电传打字机上的）。

流量控制：当需要发送握手信号或数据完整性检测时需要制定其他设置。公用的组合有RTS/CTS, DTR/DSR或者XON/XOFF（实际中不使用连接器管脚而在数据流内插入特殊字符）。

接受方把XON/XOFF信号发给发送方来控制发送方何时发送数据，这些信号是与发送数据的传输方向相反的。XON信号告诉发送方接受方准备好接受更多的数据，XOFF信号告诉发送方停止发送数据直到知道接受方再次准备好。XON/XOFF一般不赞成使用，推荐用RTS/CTS控制流来代替它们。 XON/XOFF是一种工作在终端间的带内方法，但是必须两端都支持这个协议，而且在突然启动的时候会有混淆的可能。 XON/XOFF可以工作于3线的接口。RTS/CTS最初是设计为电传打字机和调制解调器半双工协作通信的，每次它只能一方调制解调器发送数据。终端必须发送请求发送信号然后等到调制解调器回应清除发送信号。尽管RTS/CTS是通过硬件达到握手，但它有自己的优势。

E1接口技术：

⒈一条E1是2.048Mbps的链路，用PCM编码。

⒉一个E1的帧长为256个bit，分为32个时隙，一个时隙为8个bit。

⒊每秒有8000个E1的帧通过接口，即8K*256=2048kbps。

⒋每个时隙在E1帧中占8bit，8*8k=64k，即一条E1中含有32个64K。

E1有成帧，成复帧与不成帧三种方式，在成帧的E1中第0时隙用于传输帧同步数据，其余31个时隙可以用于传输有效数据；在成复帧的E1中，除了第0时隙外，第16时隙是用于传输信令的，只有第1到15，第17到第31共30个时隙可用于传输有效数据；而在不成帧的E1中，所有32个时隙都可用于传输有效数据。

E1信道的帧结构简述：

在E1信道中，8bit组成一个时隙（TS），由 32个时隙组成了一个帧（F），16个帧组成一个复帧（MF）。在一个帧中，TS0主要用于传送帧定位信号（FAS）、CRC-4（循环冗余校验）和对端告警指示，TS16主要传送随路信令（CAS）、复帧定 位信号和复帧对端告警指示，TS1至TS15和TS17至TS31共30个时隙传送话音或数据等信息。我们称TS1至TS15和TS17至TS31为“净荷”，TS0和TS16为“开销”。如果采用带外公共信道信令（CCS），TS16就失去了传送信令的用途，该时隙也可用来传送信息信号，这时帧结构的净荷为TS1至TS31，开销只有 TS0了。

由PCM编码中E1的时隙特征可知，E1共分32 个时隙TS0-TS31。每个时隙为64K，其中TS0为被帧同步码，Si,Sa4,Sa5,Sa6,Sa7,A比特占用，若系统运用了CRC校验，则Si比特位置改传CRC校验码。TS16为信令时隙，当使用到信令（共路信令或随路信令）时，该时隙用来传输信令， 用户不可用来传输数据。所以2M的PCM码型有：

① PCM30 : PCM30用户可用时隙为30个，TS1-TS15,

TS17-TS31。TS16传送信令，无CRC校验。

② PCM31: PCM30用户可用时隙为31个，TS1-TS15,

TS16-TS31。TS16不传送信令，无CRC校验。

③ PCM30C: PCM30用户可用时隙为30个，TS1-TS15,

TS17-TS31。TS16传送信令，有CRC校验。

④ PCM31C: PCM30用户可用时隙为31个，TS1-TS15,

TS16-TS31。TS16不传送信令，有CRC校验。

CE1，就是把2M的传输分成了30个64K的时隙，一般写成N*64，

你可以利用其中的几个时隙，也就是只利用n个64K，必须接在ce1/pri上。

CE1----最多可有31个信道承载数据 timeslots 1----31。

timeslots 0 传同步接口。

G．703非平衡的75 ohm，平衡的120 ohm2种接口。

E1接口对接时，双方的E1不能有信号丢失/帧失步/复帧失步/滑码告警，同时双方在E1接口参数上必须完全一致，因为个别特性参数的不一致，虽然不会在指示灯或者告警台上有任何告警，但是会造成数据通道的不通/误码/滑码/失步等情况。这些特性参数主要有；阻抗/ 帧结构/CRC4校验，阻抗有75Ω和120Ω两种，帧结构有PCM31/PCM30/不成帧三种；在新桥节点机中将PCM31和PCM30分别描述为CCS和CAS，对接时要告诉网管人员选择CCS，是否进行CRC校验可以灵活选择，关键要双方一致，这样采可保证物理层的正常。

以太网技术：

以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802.3系列标准相类似。

包括标准的以太网（10Mbit/s)、快速以太网（100Mbit/s）和10G（10Gbit/s）以太网。它们都符合IEEE802.3。

IEEE802.3规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术，它很大程度上取代了其他局域网标准。如令牌环、FDDI和ARCNET。历经100M以太网在上世纪末的飞速发展后，千兆以太网甚至10G以太网正在国际组织和领导企业的推动下不断拓展应用范围。

常见的802.3应用为：

10M: 10base-T （铜线UTP模式）

100M: 100base-TX （铜线UTP模式）

100base-FX（光纤线）

1000M: 1000base-T（铜线UTP模式）

下面主要介绍了四种不同格式的以太网帧格式。

在每种格式的以太网帧的开始处都有64比特（8字节）的前导字符，如图1所示。其中，前7个字节称为前同步码（Preamble），内容是16进制数0xAA，最后1字节为帧起始标志符0xAB，它标识着以太网帧的开始。前导字符的作用是使接收节点进行同步并做好接收数据帧的准备。

除此之外，不同格式的以太网帧的各字段定义都不相同，彼此也不兼容。下面分别介绍下各自的帧格式。

以太网卡可以工作在两种模式下：半双工和全双工。

半双工：半双工传输模式实现以太网载波监听多路访问冲突检测。传统的共享LAN是在半双工下工作的，在同一时间只能传输单一方向的数据。当两个方向的数据同时传输时，就会产生冲突，这会降低以太网的效率。

全双工：全双工传输是采用点对点连接，这种安排没有冲突，因为它们使用双绞线中两个独立的线路，这等于没有安装新的介质就提高了带宽。例如在上例的车站间又加了一条并行的铁轨，同时可有两列火车双向通行。在全双工模式下，冲突检测电路不可用，因此每个全双工连接只用一个端口，用于点对点连接。标准以太网的传输效率可达到50%～60%的带宽，全双工在两个方向上都提供100%的效率。

以太网采用带冲突检测的载波帧听多路访问（CSMA/CD）机制。以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息，因此，我们说以太网是一种广播网络。

以太网的工作过程如下：

当以太网中的一台主机要传输数据时，它将按如下步骤进行：

1、监听信道上是否有信号在传输。如果有的话，表明信道处于忙状态，就继续监听，直到信道空闲为止。

2、若没有监听到任何信号，就传输数据

3、传输的时候继续监听，如发现冲突则执行退避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤1（当冲突发生时，涉及冲突的计算机会发送会返回到监听信道状态。注意：每台计算机一次只允许发送一个包，一个拥塞序列，以警告所有的节点）

4、若未发现冲突则发送成功，所有计算机在试图再一次发送数据之前，必须在最近一次发送后等待9.6微秒（以10Mbps运行）。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术的问题，提供了一种远程RS232协议信号与以太网的协议转换设备，保证了数据传输的效率和传输的速率，避免了设备在不经意间的托管现象，协议转换单元比较适合与远距离无人看守的设备使用，从而提高安全可靠性。

本实用新型包括若干协议转换单元，每个协议转换单元均包括E1接口模块和RS232-以太网协议转换模块，其中若干协议转换单元之间通过E1接口模块连接，每个E1接口模块还开有至少两路以太网接口；所述的RS232-以太网协议转换模块均开有至少四路RS232接口。

所述的若干协议转换单元之间通过E1接口模块连接成星型、链型或者环形。

本实用新型有益效果在于：

协议转换单元适用于远距离串口数据收发、控制或者是以太网的数据收发、控制。并可以控制多台工业设备，支持双向控制。技术上移植了以太网组网方式，可支持星型、链型、环形。内部安全可靠，保证了数据传输的效率和传输的速率，避免了设备在不经意间的托管现象，协议转换单元比较适合与远距离无人看守的设备使用，从而提高安全可靠性。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

本实用新型结构如图1所示，包括若干协议转换单元，每个协议转换单元均包括E1接口模块和RS232-以太网协议转换模块，其中若干协议转换单元之间通过E1接口模块连接，每个E1接口模块还开有至少两路以太网接口；所述的RS232-以太网协议转换模块均开有至少四路RS232接口。

所述的若干协议转换单元之间通过E1接口模块连接成星型、链型或者环形。

本实用新型采用的E1接口模块和RS232-以太网协议转换模块均为市面上可以直接买到的模块，不需要本领域技术人员进行创造性劳动。主要实用新型点在于各模块之间的组合连接，提高了传输效率和速率，并提高了安全性能。

本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种远程RS232协议信号与以太网的协议转换设备，其特征在于：包括若干协议转换单元，每个协议转换单元均包括E1接口模块和RS232-以太网协议转换模块，其中若干协议转换单元之间通过E1接口模块连接，每个E1接口模块还开有至少两路以太网接口；所述的RS232-以太网协议转换模块均开有至少四路RS232接口。

2.根据权利要求1所述的远程RS232协议信号与以太网的协议转换设备，其特征在于：所述的若干协议转换单元之间通过E1接口模块连接成星型、链型或者环形。