CN210666754U - 一种多串口通信装置和物联网系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多串口通信装置，包括：主控模块，与系统服务器和通信接口模块分别相连，用于和所述系统服务器以及所述通信接口模块通信；通信接口模块，与所述主控模块和保护模块分别相连，用于将主控模块中的串口转换成RS485和RS232串口中的至少一种；所述主控模块为多串口处理器；所述多串口处理器支持和不同配置参数的串口通信。采用此主控模块应用于系统中降低了系统复杂性,减小了布局空间，降低了EMI干扰，同时实现了串口接收端和发送端可以设置不同通信参数通信的有益效果；还公开了一种物联网系统，包括了上述多串口通信装置，整个系统的通信信息安全是完全受控的，在对信息安全敏感的领域有突出优势。

Description

一种多串口通信装置和物联网系统

技术领域

本实用新型涉及工业通信控制领域，尤其是一种多串口通信装置和物联网系统。

背景技术

TTL电平:计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”；

BMS:英文Battery Management System的简称，释义为电池管理系统；

UPS：英文Uninterruptible Power System或Uninterruptible Power Supply的简称，释义为不间断电源；

随着科技的进步以及网络科技的发展，人们对智能系统的需求越来越多元化和丰富化，尤其涉及到现在最热门的物联网系统，为了满足各种采集和控制需求，其挂接的智能设备层出不穷，这就需要主控模块能够提供多种接口，尤其是多个简易方便的串口。

“串口”是使用串行的方式进行数据传输的一种接口，它是相对于计算机的并行接口来说的，串口通信使用串行方式进行通信，即串口按位(bit)发送和接收字节序列。串口通信可以在使用发送线发送数据的同时用接受线接收数据，结构很简单并且能够实现较远距离的通信，其通信长度可达1200米。串口通信的最大优点就是普及率高，大部分的工业设备都有串口，那些没有串口的设备，在其开发时，常见方法也是通过串口连接到进行开发的电脑上的，因此串口是设备进行通信的最简单最容易的方法。

如果能够单个芯片上实现多串口通信功能，其成本将大大降低；并且在现有技术中，多串口通信基本上采用国外进口的芯片来进行设计，存在很大的工业信息安全隐患，也无法形成国内的核心技术，通信信息安全完全不可控，同时现有技术中存在串口通信必须在接收和发送端设置同样的通信参数才可以正常通信的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的是提供一种多串口通信装置和物联网系统。

本实用新型所采用的技术方案是：

第一方面，本实用新型提供一种多串口通信装置，包括：

主控模块，与系统服务器和通信接口模块分别相连，用于和所述系统服务器以及所述通信接口模块通信。

通信接口模块，与所述主控模块和保护模块分别相连，用于将主控模块中的串口转换成RS485和RS232串口中的至少一种，可以根据具体应用场景决定具体串口数量。

所述主控模块为多串口处理器；

所述多串口处理器支持与不同配置参数的串口通信。

进一步地，多串口通信装置还包括：保护模块，与所述通信接口模块相连，用于保护所述主控模块。

进一步地，多串口通信装置所述通信接口模块包括MAX485转换芯片和MAX232转换芯片。

第二方面，

本实用新型提供一种物联网系统，包括：多串口通信装置，其特征在于，包括系统服务器，与所述主控模块相连，用于存储系统数据。

进一步地，所述系统服务器包括远程系统服务器和本地系统服务器。

进一步地，所述一种物联网系统，其特征在于，还包括终端设备。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过采用国产并且有自主知识产权的龙芯处理器作为整个系统的主控模块，克服了现有技术中存在的利用多个芯片进行扩展实现多串口而导致的系统复杂性高、成本高、布局空间大、EMI干扰严重、发送端和接收端必须设置相同通信参数才能够通信的技术问题，并且克服了利用国外处理器带来的通信信息安全不可控的技术问题，实现了单芯片提供多串口通信、降低了系统复杂性、降低了成本、减小了布局空间、降低了EMI干扰、串口接收端和发送端可以设置不同通信参数通信以及通信信息安全完全可控的有益效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例的系统示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本实用新型实施例的多串口通信装置包括：

主控模块，与系统服务器和通信接口模块分别相连，用于和系统服务器以及通信接口模块通信。

具体地，主控模块为多串口处理器，为了充分考虑安装、维护以及扩充或调整的灵活性，整个物联网系统设计以结构化、规范化、模块化、集成化的方式实现，以提高系统的可靠性、可维修性。

多串口可以为2-12串口，进一步优选为5-12等，根据具体系统需求进行合理的进行串口数量的规划。

具体的，主控模块优选为龙芯1B处理器，龙芯是中国科学院计算机所自主研发的通用CPU，采用RISC指令集，类似于MIPS指令集。龙芯1B处理器是基于GS232处理器核的片上系统，可广泛应用于工业控制、家庭网关、信息家电、医疗器械和安全应用等领域。

具体的，龙芯1B处理器可以单芯片实现12个串口功能，除此之外龙芯1B处理器其他接口也很丰富，例如有高速USB口、SPI、IIC等通信接口，还有多达62路GPIO，为物联网系统终端的扩充提供了更多可能。

具体的，所述多串口处理器支持与不同配置参数的串口通信；

可以理解的，串口通信，是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线等按位进行传输数据的一种通信方式。通信过程会涉及到数据格式、通信方式、校验位、停止位、波特率的选择和/或设置；

具体的，其通信方式有单工模式、半双工模式、全双工模式，其中单工模式的数据传输是单向的。通信双方中，一方固定为发送端，一方则固定为接收端。信息只能沿一个方向传输，使用一根传输线。半双工模式通信使用同一根传输线，既可以发送数据又可以接收数据，但不能同时进行发送和接收。数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。因此半双工模式既可以使用一条数据线，也可以使用两条数据线。半双工通信中每端需有一个收发切换电子开关，通过切换来决定数据向哪个方向传输。因为有切换，所以会产生时间延迟，信息传输效率低些。全双工模式通信允许数据同时在两个方向上传输。因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。在全双工模式中，每一端都有发送器和接收器，有两条传输线，信息传输效率高。因此可以理解是，在其它参数都一样的情况下，全双工比半双工传输速度要快，效率要高。

具体的，串口通讯的数据格式为一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传输，并且传输一个字符时，总是以“起始位”开始，以“停止位”结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。每一个字符的前面都有一位低电平的起始位，字符本身由7位数据位组成，接着字符后面是一位校验位，检验位可以是奇校验、偶校验或无校验位，最后是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定长的空闲位，停止位和空闲位都为高电平。实际传输时每一位的信号宽度与波特率有关，波特率越高，宽度越小，在传输之前，双方一定要使用同一个波特率设置。

可以理解的，在标准ASCII码中，其最高位用作奇偶校验位。所谓奇偶校验，是指在代码传送过程中用来检验是否出现错误的一种方法，一般分奇校验和偶校验两种。奇校验规定，正确的代码一个字节中1的个数必须是奇数，若非奇数，则在最高位用1代替；偶校验规定：正确的代码一个字节中1的个数必须是偶数，若非偶数，则在最高位用1代替。

可以理解的，停止位是按长度来算的。串行异步通信从计时开始，以单位时间为间隔其中，一个单位时间就是波特率的倒数，依次接受所规定的数据位和奇偶校验位，并拼装成一个字符的并行字节；此后应接收到规定长度的停止位“1”。所以说，停止位都是“1”，1.5是它的长度，即停止位的高电平保持1.5个单位时间长度。一般来讲，停止位有1，1.5，2个单位时间三种长度。

可以理解的，波特率就是每秒钟传输的数据位数。波特率的单位是每秒比特数，常用的单位还有，每秒千比特数，每秒兆比特数。串口典型的传输波特率包括600bps，1200bps，2400bps，4800bps，9600bps，19200bps，38400bps。例如PLC/PC与称重仪表通讯时，最常用的波特率是9600bps，19200bps。PLC/PC或仪表与大屏幕通讯时，最常用的波特率是600bps。

串口是一种接口标准，它规定了接口的电气标准，没有规定接口插件电缆以及使用的协议。

通信接口模块，分别与主控模块和保护模块相连，用于将主控模块中串口转换成RS485和RS232串口中的至少一种，可以根据具体应用场景决定具体串口数量；

具体的，RS232是计算机与通信工业应用中最广泛一种串行接口。它以全双工方式工作，需要地线、发送线和接收线三条线。RS-232具有应用范围广泛、价格便宜、编程容易、导线可以延伸等优点。

具体的，RS485也是计算机与通信工业应用中最广泛一种串行接口。采用的传输方式为半双工，具有以下优点：

(1)RS485采用平衡发送和差分接收，具有良好的抗干扰能力，信号能传输上千米；

(2)RS485在同一总线上最多可以接32个结点，可实现真正的多点通讯，但一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。

可以理解的，在具体的应用中例如设置为9600，N，8，1代表波特率9600比特率，数据位是8，奇校验，停止位是1。串口通信需要接收和发送设置的通信参数一致才可以正常通信，正常情况下的多串口通信是通过设备的地址来进行区分，只有在通信参数相同地址不同时才能复用，本实施例中可以通过设置串口通信参数实现和多个不同参数的串口成功实现通信。

上述系统服务器，与主控模块相连，用于存储系统数据。

其中系统服务器包括远程系统服务器和本地系统服务器，远程系统服务器和本地系统服务器通过以太网接口RJ45口接入到主控模块上，方便对接入和接触设备插拔。

保护模块，与通信接口模块相连，用于保护主控模块，保护模块上设置有防高压器件，当有瞬时高压输入时，防高压器件会自动切断与主控模块的连接，从而避免主控模块受高压而损坏。雷击电压很高，是一种自然灾害，所以在主控模块上配套保护模块，可以起到很好的防雷效果。

可选地，保护模块可以与主控模块及通信接口模块设计在同一电路板上，也可以以插拔形式的插件模块使用。

通信接口模块包括MAX485转换芯片和MAX232转换芯片。

其中，本实用新型中通信接口模块上设置有6片MAX485转换芯片和3片MAX232转换芯片，其中1片MAX485转换芯片可以转换出1路RS485串口，1片MAX232转换芯片可以转换出2路RS232串口，从而形成输出的12路串口通信模式。

具体的，当主控模块要进行RS485发送时，主控模块即龙芯1B处理器输出数据到通信接口模块，在通信接口模块中经MAX485芯片进行电平转换，变成RS485电平，再经过保护电路对外输出。

具体的，当主控模块要进行RS485接收时，通信接口模块接收来自保护电路的数据，在通信接口模块中经MAX485芯片进行电平转换，变成TTL电平，再输入到主控模块即龙芯1B处理器。

具体的，当主控模块要进行RS232发送时，主控模块即龙芯1B处理器输出数据到通信接口模块，在通信接口模块中经MAX232芯片进行电平转换，变成RS232电平，再经过保护电路对外输出。

具体的，当主控模块要进行RS232接收时，通信接口模块接收来自保护电路的数据，在通信接口模块中经MAX232芯片进行电平转换，变成TTL电平，再输入到主控模块即龙芯处理器。

进一步地，本实用新型实施例的物联网系统包括上述多串口通信装置，还包括系统服务器，系统服务器与所述主控模块相连，用于存储系统数据。

进一步地，所述系统服务器包括远程系统服务器和本地系统服务器。

进一步地，物联网系统还包括终端设备，用于构成物联网系统，其中终端设备包括但不限于机房设备、基站、BMS、温湿度传感器、风机、UPS、门禁等。

机房设备包括服务器、路由器、交换机、机柜等。

BMS:主要是为了提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电而设计的电池管理系统。

UPS:主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备等提供稳定、不间断的电力供应。

温湿度传感器：温湿度传感器只是传感器其中的一种而已，是把空气中的温湿度通过一定检测装置，按一定的规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出，用以满足用户需求。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种多串口通信装置，其特征在于，包括：

主控模块，与系统服务器和通信接口模块分别相连，用于和所述系统服务器以及所述通信接口模块通信；

通信接口模块，与所述主控模块和保护模块分别相连，用于将主控模块中的串口转换成RS485和RS232串口中的至少一种；

所述主控模块为多串口处理器；

所述多串口处理器支持与不同配置参数的串口通信。

2.根据权利要求1所述的一种多串口通信装置，其特征在于，还包括保护模块，与所述通信接口模块相连，用于保护所述主控模块。

3.根据权利要求1所述的一种多串口通信装置，其特征在于，所述通信接口模块包括MAX485转换芯片和MAX232转换芯片。

4.一种物联网系统，包括如权利要求1或2所述的一种多串口通信装置，其特征在于，包括系统服务器，所述系统服务器与所述主控模块相连，用于存储系统数据。

5.根据权利要求4所述的一种物联网系统，其特征在于，所述系统服务器包括远程系统服务器和本地系统服务器。

6.根据权利要求5所述的一种物联网系统，其特征在于，还包括终端设备。

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