CN219695752U - 一种串行通信电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种串行通信电路，包括串行接口模块和中心处理模块，所述串行接口模块包括第一串行接口单元、第二串行接口单元，所述第一串行接口单元、第二串行接口单元为同类型串行接口单元，所述第一串行接口单元与起始端第一串行通信设备连接，所述第二串行接口单元与末端第n串行通信设备连接；所述第一串行接口单元、第二串行接口单元分别与中心处理模块连接。通过将依次连接的串行通信设备首尾分别与不同的串行接口单元连接，可实现任意一个节点连接故障或者任意一点连接异常情形下，不影响其他串行通信设备的正常通信。

Description

一种串行通信电路

技术领域

本实用新型属于通信电路技术领域，具体涉及一种串行通信电路。

背景技术

船用电子系统集成时，由于需要采集通信的节点设备较多，一般采用RS485或RS422协议的串行通信方式。为减少线缆布设，传统船用串行通信一般采用总线式电路连接即与中心处理模块连接的一个串行接口依次连接若干套串行通信设备，沿左右舷从船头到船尾各布置一组。

该连接方式存在一个缺陷就是，由于船用串行通信左右舷主电缆每经过一个节点都需要在该节点截断后连接，即不再是一根完整的电缆，每两个节点间独立成段，加之敷设的路径较为复杂，电缆需视各通信设备具体安装位置进出不同舱室，受各节点通信设备需维修、移动以及船舶摇摆、深沉、振动等因素影响，容易出现当中间某串行通信设备节点连接异常，如接触不良等现象，则异常节点后的所有串行通信设备均无法与中心处理模块正常通信，即使他们自身都工作正常。

发明内容

针对以上问题，本实用新型设计了一种串行通信电路，通过将依次连接的串行通信设备首尾分别与不同的串行接口单元连接，可实现任意一个节点连接故障或者任意一点连接异常情形下，不影响其他串行通信设备的正常通信。

本实用新型设计的一种不区分正负极的串行通信模块，一种串行通信电路，包括串行接口模块(M1)和中心处理模块(M2)，其特征在于，所述串行接口模块(M1)包括第一串行接口单元、第二串行接口单元，所述第一串行接口单元、第二串行接口单元为同类型串行接口单元，即所述串行接口模块至少包括2个同类串行接口单元，所述第一串行接口单元与用户起始端第一串行通信设备(ID1)连接，所述第二串行接口单元与用户末端第n串行通信设备(IDn)连接；所述第一串行接口单元、第二串行接口单元分别与中心处理模块连接；所述第一串行通信设备依次连接第二、第三、……第n串行通信设备(ID2、ID3、……、IDn)，其中n为自然数；两个串行接口单元的接收端(RO)、发送端(DI)分别与中心处理模块的接收端(RXD)、发送端(TXD)和/或中心处理模块自定义的I/O口连接，其使能端与中心处理模块的I/O口连接；用户端串行通信设备的接口单元正负信号线(A+、B)与第一串行接口单元、第二串行接口单元的正负信号线分别对应连接，所述串行接口模块(M1)、中心处理模块(M2)和用户端串行通信设备的其他电路连接均为与芯片使用要求相关的常规连接，为成熟技术。

该串行通信电路可以实现：当任意一个节点连接异常时，异常节点两侧的通信设备可以分别通过第一串行接口单元、第二串行接口单元与中心处理模块通信，与传统只采用一个串行接口单元的串行通信连接方式相比，任意一个节点连接异常时，其后的串行通信设备均无法与中心处理模块通信，即使该些通信设备自身工作正常。经本实用新型改进后，增加了一个串行接口单元，使用户串行通信首尾设备均与串行接口单元连接，形成形式上的闭环连接，如此可提高系统的可用性和健壮性。

进一步的，所述同类串行接口单元包括RS485接口和/或RS422接口。

进一步的，所述串行接口模块(M1)还包括第三串行接口单元，所述第三串行接口单元与第二、第三、……第n-1串行通信设备中的任意一个节点连接，所述第三串行接口单元与中心处理模块连接。即若串行通信设备数量较多时，为防止两个串行通信节点同时故障的情形，设置中间连接的串行接口单元，如此可在一定概率上保证除两个故障节点串行通信设备外其他设备依然可以正常通信。

这里所说的一定概率是指当同时故障的两个窜行通信设备节点分别位于所述第三串行接口单元接入的串行通信设备节点的两侧时，可以实现未故障节点的串行通信设备正常通信，若位于同侧，则该两个故障节点中间设备就不能再实现正常通信了。因此理论上分析，若各套串行通信设备故障概率一致的话，第三串行接口单元与中间一套串行通信设备连接，能够实现两套串行通信设备同时故障情况下最大概率保证其它设备正常通信。

以此类推，如果考虑继续提高船用电子集成系统整体正常工作的概率，或者考虑三个以上串行通信设备节点连接同时故障的可能，可以继续增加第四、第五甚至更多的串行通信接口连接。当需要连接的串行通信设备数十或者数百时，这种增加是可以考虑的。但需要注意的是，正常情况下，整船电子信息系统三套以上的通信设备连接节点同时故障的概率是非常低的，几乎可以不予考虑；另一方面布置越多的串行通信接口就意味着敷设更多的通信电缆，与最初的顺序连接方式的初衷相矛盾，因此串行接口单元设置数量需要进行成本、工作量及效益的权衡。

进一步的，当所述n为奇数时，所述第三串行接口单元与第(n+1)/2个串行通信设备节点连接；当n为偶数时，所述第三串行接口单元与第n/2个或第1+n/2个串行通信设备节点连接。

本实用新型的优点和有益效果在于：本实用新型所设计的一种串行通信电路，通过双串口环形连接，可以解决船用串行通信设备依次连接方式下，任意一点连接异常时，传统单串口电路异常节点后设备无法正常工作的问题。即单点连接异常不再影响其他正常设备的正常工作，且该改进对于传统串行通信电路而言仅仅是增加了一组串行通信接口(至多增加一个小芯片和少量外围电路，当然部分串行通信芯片事实上具有多组串行通信接口，此时只要增加少量外围电路即可)和一根较长的通信电缆，原中心处理单元的现有资源可以调配支持增加该接口，但其在船舶电气系统集成中起到的作用确是明显的。因为船舶航行过程中受摇摆、振动的影响，特别容易发生线路接触不良现象。

附图说明

图1是一种串行通信电路连接原理图；

图2是一种串行通信电路与用户串行通信设备连接原理图。

图中标记如下：

串行接口模块M1、中心处理模块M2。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1、图2所示，实施例1设计的一种串行通信电路，包括串行接口模块(M1)和中心处理模块(M2)，所述串行接口模块(M1)包括第一串行接口单元、第二串行接口单元，所述第一串行接口单元、第二串行接口单元为同类型串行接口单元，即所述串行接口模块至少包括2个同类串行接口单元，所述第一串行接口单元与起始端第一串行通信设备(ID1)连接，所述第二串行接口单元与末端第n串行通信设备(IDn)连接；所述第一串行接口单元、第二串行接口单元分别与中心处理模块连接；所述第一串行通信设备依次串行连接第二、第三、……第n串行通信设备(ID2、ID3、……、IDn)，其中n为自然数；两个串行接口单元的接收端(RO)、发送端(DI)分别与中心处理模块的接收端(RXD)、发送端(TXD)和/或中心处理模块自定义的I/O口连接，其使能端与中心处理模块的I/O口连接；用户端串行通信设备的接口单元正负信号线(A+、B)与第一串行接口单元、第二串行接口单元的正负信号线分别对应连接，所述串行接口模块(M1)、中心处理模块(M2)和用户端串行通信设备的其他电路连接均为与芯片使用要求相关的常规连接，为成熟技术。

本实施例1中心处理模块M2的主处理芯片U1A采用ATMEGA64A-AU芯片，第一串行接口单元U8、第二串行接口单元U9均采用SP485EEN芯片，用户端串行通信设备ID1、ID2、……、Idn的串行通信芯片也采用了SP485EEN芯片。本实用新型将以上两个串行接口单元与用户串行通信设备的连接方式称为串行接口电路的闭环连接方式。通过该闭环连接可以降低节点连接故障造成的影响，靠近两个串行接口单元所有正常连接的串行通信设备而均能够正常收发数据，中心处理模块通过对两个串行接口单元收发端接口(RXD、TXD、RXD1、TXD1)的巡检即可判断是否有用户或采样输入信息，或是否需要发送信息。

具体的，如图1所示，本实施例第一串行接口单元U8的第1管脚接收端RO连接中心处理模块U1A的第2管脚(PE0定义的RXD)，第一串行接口单元U8的第3管脚DE连接中心处理模块U1A的第17管脚(PB7定义的DE1)，第一串行接口单元U8的第4管脚DI连接中心处理模块U1A的第3管脚(PE1定义的TXD)；第二串行接口单元U9的第1管脚接收端RO连接中心处理模块U1A的第27管脚(PD2定义的RXD1)，第二串行接口单元U9的第3管脚DE连接中心处理模块U1A的第18管脚(PG3定义的DE2)，第二串行接口单元U9的第4管脚DI连接中心处理模块U1A的第28管脚(PD3定义的TXD1)；如图2所示，第一串行接口单元U8的第7管脚B依次连接用户串行通信设备的接口单元(ID1、ID2、……、IDn)的第7管脚B，最后闭环连接第二串行接口单元U9的第7管脚B；第一串行接口单元U8的第6管脚A+依次连接用户串行通信设备的接口单元(ID1、ID2、……、IDn)的第6管脚A+，最后闭环连接第二串行接口单元U9的第6管脚A+。附图1、图2所示的串行接口单元、中心处理模块外围电路，如振荡器(X1、C1、C2组合)、二极管(D1、D2)、限流保险丝(F1、F2、F3、F4)、限流或钳位电阻(R17、R18、R21、R22、R23、R24)等连接电路属于现有技术。

本实施例串行接口采用RS485接口。

另一实施例2，与实施例1的区别在于采用RS422接口。

另一实施例3，与实施例1的区别在于所述串行接口模块(M1)还包括第三串行接口单元(图中未示出)，所述第三串行接口单元与第二、第三、……第n-1串行通信设备中的任意一个节点连接，所述第三串行接口单元与中心处理模块串行连接。即若串行通信设备数量较多时，为防止两个串行通信节点同时故障的情形，设置中间连接的串行接口单元，如此可在一定概率上保证除两个故障节点串行通信设备外其他设备依然可以正常通信。

这里所说的一定概率是指当同时故障的两个窜行通信设备节点分别位于所述第三串行接口单元接入的串行通信设备节点的两侧时，可以实现未故障节点的串行通信设备正常通信，若位于同侧，则该两个故障节点中间设备就不能再实现正常通信了。因此理论上分析，若各套串行通信设备故障概率一致的话，第三串行接口单元与中间一套串行通信设备连接，能够实现两套串行通信设备同时故障情况下最大概率保证其它设备正常通信。

以此类推，如果考虑继续提高船用电子集成系统整体正常工作的概率，或者考虑三个以上串行通信设备节点连接同时故障的可能，可以继续增加第四、第五甚至更多的串行通信接口连接。当需要连接的串行通信设备数十或者数百时，这种增加是可以考虑的。但需要注意的是，正常情况下，整船电子信息系统三套以上的通信设备连接节点同时故障的概率是非常低的，几乎可以不予考虑；另一方面布置越多的串行通信接口就意味着敷设更多的通信电缆，与最初的顺序连接方式的初衷相矛盾，因此串行接口单元设置数量需要进行成本、工作量及效益的权衡。

另一实施例4，与实施例3的区别在于，当所述n为奇数时，所述第三串行接口单元与第(n+1)/2个串行通信设备节点连接；当n为偶数时，所述第三串行接口单元与第n/2个或第1+n/2个串行通信设备节点连接，本实用新型称之为中点加强连接策略。本实施例采用了中点加强连接策略，当单舷串行通信设备数量超过20台套时，尤其是达到50台套以上时，一般可以考虑使用3个串行通信接口，确保串行通信设备可用性，但从中间节点处需多布设一根电缆至中心处理模块。

本实用新型的基本原理是：通过将依次连接的串行通信设备首尾分别与不同的串行接口单元连接，任意一个节点连接故障或者任意一点连接异常情形下，异常点两侧的串行通信设备依然可以分别通过两个串行接口单元与中心处理模块通信。即单点连接异常不影响其他串行通信设备的正常通信；若两个以上节点同时出现连接异常，则需要通过多布设串行接口单元以降低对通信的影响。

以上所述仅是本实用新型关于RS485接口和RS422接口的闭环连接典型实施例，不采用全闭环方式只针对关键串行通信设备，将其节点连接串行接口单元，实现部分闭环，虽然达不到本实用新型的理想效果，但也能改善串行通信设备的可用性；对其他串行通信协议电路采用类似方式连接，改善整个系统性能等；这些串行接口不同、连接点不同，但连接原理一致的实施方式也应视为本实用新型的保护范围，这里不再一一列举。

Claims (4)

1.一种串行通信电路，包括串行接口模块(M1)和中心处理模块(M2)，其特征在于，所述串行接口模块(M1)包括第一串行接口单元、第二串行接口单元，所述第一串行接口单元、第二串行接口单元为同类型串行接口单元，所述第一串行接口单元与起始端第一串行通信设备(ID1)连接，所述第二串行接口单元与末端第n串行通信设备(IDn)连接；所述第一串行接口单元、第二串行接口单元分别与中心处理模块连接，其中n为自然数。

2.根据权利要求1所述的一种串行通信电路，其特征在于，所述同类串行接口单元包括RS485接口和/或RS422接口。

3.根据权利要求1所述的一种串行通信电路，其特征在于，所述串行接口模块(M1)还包括第三串行接口单元，所述第三串行接口单元与第二、第三、……第n-1串行通信设备中的任意一个节点连接，所述第三串行接口单元与中心处理模块连接。

4.根据权利要求3所述的一种串行通信电路，其特征在于，当所述n为奇数时，所述第三串行接口单元与第(n+1)/2个串行通信设备节点连接；当n为偶数时，所述第三串行接口单元与第n/2个或第1+n/2个串行通信设备节点连接。