CN220829708U - Poe供电的多串口信号采集电路及采集器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种POE供电的多串口信号采集电路及包含此电路的采集器，POE供电的多串口信号采集电路包括主控模块、电源模块、输入模块、输出模块和串口通讯模块，所述主控模块运行、处理所采集的数据；所述输入模块电连接主控模块，传输采集到的数据至主控模块，所述输出模块电连接主控模块，把主控模块处理后的控制信号输出至外部设备；所述电源模块电连接各模块，为各模块供电；所述串口通讯模块电连接所述主控模块，所述串口通讯模块包括有若干不同协议的串口电路。与现有技术相比，采用本实用新型电路的数据采集器具备多个串口接口，支持连接多个外设设备，增强了接口扩展性和灵活性，使得同时采集和控制多个外部设备变得更加便捷。
Description
技术领域
本实用新型涉及信号采集电路技术领域，特别涉及一种POE供电的多串口信号采集电路及采集器。
背景技术
数据采集又称数据收集，是一种从系统外部采集数据并输入系统内部的接口，数据采集模块通常通过传感器或其他方式获取待采集信息，并将该信息转换为数字信号，在数字信号处理阶段，采用相关算法对信息进行滤波、放大、分离等操作，再按照特定协议输出为标准化数据。
传统数据采集模块通常只具备有限的接口和端口，限制了连接外部设备的能力，如果需要连接多个外设设备，可能需要额外的转接模块或设备，影响采集器的使用便捷性。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种POE供电的多串口信号采集电路及包含该电路的采集器，采集器具备多个串口接口，支持连接多个外设设备，增强了接口扩展性和灵活性，使得同时采集和控制多个外部设备变得更加便捷。
本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：POE供电的多串口信号采集电路，其特征在于：包括主控模块，所述主控模块运行、处理所采集的数据；电源模块，所述电源模块电连接各模块，为各模块供电；输入模块，所述输入模块电连接主控模块，传输采集到的数据至主控模块；输出模块，所述输出模块电连接主控模块，把主控模块处理后的控制信号输出至外部设备；串口通讯模块，所述串口通讯模块电连接所述主控模块，用于主控模块与外部设备数据交互；所述串口通讯模块包括有若干不同协议的串口电路。
本实用新型的进一步设置为：所述主控模块包括主控芯片U1，所述芯片U1型号为STM32F103C8T6，所述芯片U1具有USB信号端口和UART信号端口。
本实用新型的进一步设置为：所述串口电路包括USB扩展电路，USB转串口电路，RS232收发电路或/和RS485收发电路；所述USB扩展电路电连接主控模块，所述USB转串口电路电连接USB扩展电路，所述USB转串口电路的输出端分别电连接所述RS232收发电路或/和所述RS485收发电路。
本实用新型的进一步设置为：所述USB扩展电路包括芯片U2,所述芯片U2型号为CH334H,所述芯片U2可把一组USB协议信号扩展到最多四组USB协议信号。
本实用新型的进一步设置为：所述USB转串口电路包括芯片U3和芯片U4，所述芯片U3型号为CH342F，所述芯片U3可把一组USB协议信号转换成最多两组UART协议信号；所述芯片U4型号CH340N，所述芯片U4可转换USB协议信号为UART协议信号。
本实用新型的进一步设置为：所述RS232收发电路包括芯片U6，所述芯片U6型号为SP3232EEY-L/TR，所述芯片U6可转换UART协议信号为最多两组RS232协议信号。
本实用新型的进一步设置为：所述RS485收发电路包括芯片U5，所述芯片U5型号为TD301D485H，所述芯片U5可转换UART协议信号为RS485协议信号。
本实用新型的进一步设置为：所述串口电路包括第二RS232收发电路，所述第二RS232收发电路电连接主控模块，用于主控模块与外部设备直接数据交互；所述第二RS232收发电路包括芯片U7，所述芯片U7型号为MAX3232EUE+T，所述芯片U7可转换UART协议信号为最多两组RS232协议信号。
本实用新型的进一步设置为：所述主控模块还包括无线模块，所述无线模块兼容POE供电功能，可为各模块供电；所述无线模块包括无线芯片U8，所述芯片U8型号为HLK7688A。
一种采集器包括任意一项所述的POE供电的多串口信号采集电路。
与现有技术相比，采用本实用新型电路的数据采集器具备多个串口接口，支持连接多个外设设备，增强了接口扩展性和灵活性，使得同时采集和控制多个外部设备变得更加便捷。例如数据采集器通过485串口连接的刷卡器进行人员的登录登出操作，利用232串口连接MINI屏幕实现对终端用户实地实时展示生产过程中的相关数据、工单信息等，且用户可以直接在终端上进行生产过程中的开工、报工、安灯异常呼叫等动作执行，简单有效的帮助用户更好的管理生产过程。
附图说明
图1是本实用新型实施例的原理框图。
图2是本实用新型实施例中主控芯片原理图。
图3是本实用新型实施例中USB扩展电路原理图。
图4是本实用新型实施例中USB转串口电路原理图。
图5是本实用新型实施例中RS485收发电路原理图。
图6是本实用新型实施例中RS232收发电路原理图。
图7是本实用新型实施例中第二RS232收发电路原理图。
图8是本实用新型实施例中无线芯片原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1-2所示，POE供电的多串口信号采集电路，主要包括主控模块、电源模块、输入模块、输出模块和串口通讯模块，所述主控模块包括主控芯片U1，所述主控芯片U1运行和处理所采集接收的数据并输出控制信号，所述主控芯片U1型号为STM32F103C8T6，STM32F103C8T6芯片是基于Cortex-M3内核的32位微控制器，它提供了扩展接口，可以扩展更多的外设或者接入外部存储器；电源模块，所述电源模块电连接各模块，其中所述电源模块具有电源接口，电源接口输入24V电压，再稳压至5V，再经由低压差稳压器稳压至3.3V给主控芯片U1供电；输入模块，所述输入模块电连接主控模块，用于传输采集到的数据到主控模块；输出模块，所述输出模块电连接主控模块，把主控模块处理后的控制信号输出到外部设备；串口通讯模块，所述串口通讯模块电连接主控模块，用于主控模块与外部设备数据交互；所述串口通讯模块包括有若干不同的串口电路。
如图1所示，串口电路包括USB扩展电路，USB转串口电路，RS232收发电路和RS485收发电路；USB扩展电路信号连接主控模块，USB转串口电路信号连接USB扩展电路，USB转串口电路的输出端分别信号连接RS232收发电路和RS485收发电路。
如图2所示，主控芯片U1型号为STM32F103C8T6，属于ST公司微控制器中的STM32系列，STM32F103C8T6芯片可以运用于多种场景，本实施例运用于信号的采集和处理，其中脚32(PA11脚)和脚33(PA12脚)为一组USB接口引脚，传输USB协议信号，脚21(PB10脚)和脚22(PB11脚)为一组UART接口引脚，传输UART协议信号。
如图3所示，所述USB扩展电路包括芯片U2，芯片U2的型号为CH334H，是符合USB2.0协议规范的4端口USB HUB控制器芯片，可拓展出4组USB信号端口，其中脚14、脚21、脚27和脚28为电源引脚，脚14、脚21、脚27和脚28分别并联接地的去耦电容C21、C23、C25和C26，脚1和脚2为USB上行端口，连接主控芯片U1的USB信号，脚3和脚4、脚6和脚7、脚12和脚13、脚15和脚16分别为4组USB下行端口，脚22、脚23、脚18和脚26分别为对应4组USB信号的LED指示灯，脚10和脚11连接晶体振荡器，晶体振荡器型号为XC32M4-12.000-F10NNFT；实现脚1(USB_DN)和脚2(USB_DP)USB信号输入扩展出4组USB信号输出，分别是脚3(USB_DM1)和脚4(USB_DP1)、脚6(USB_DM2)和脚7(USB_DP2)、脚12(USB_DM3)和脚13(USB_DP3)、脚15(USB_DM4)和脚16(USB_DP4)。
如图4所示，所述USB转串口电路，包括芯片U3和芯片U4，芯片U3型号为CH342F，芯片U3是一个USB总线的转接芯片，实现USB转两个异步串口；可转换两组串口，其中脚2为公共接地点，脚3和脚4为USB信号输入引脚，脚5、脚6和脚7为电源引脚，脚5、脚6和脚7分别并联有接地的去耦电容C24、C22和C27，起到滤波、储能等作用；脚12和脚13、脚20和脚21分别为两组串口引脚，与接口端的信号输入和输出；脚23为MODEM联络信号引脚，接收触发信号，脚23同时连接电阻R23后接地，实现脚3(USB_DP3)和脚4(USB_DM3)USB信号输入两组UART信号输出，分别是脚12(UART1_RX)和脚13(UART1_TX)，脚20(UART0_RX)和脚21(UART0_TX)。
芯片U4型号为CH340N,是一个USB总线的转接芯片，实现USB转串口或者USB转打印口；可转换一个串口，其中脚1和脚2为USB信号输入引脚，脚3为公共接地点，脚5和脚8为电源引脚，脚5并联接地的去耦电容C33，脚8并联两个接地的去耦电容C31和C32，脚6和脚7为串口引脚；实现脚1(USB_DP1)和脚2(USB_DM1)USB信号输入UART信号输出为脚6(UART3_RX)和脚7(UART3_TX)。
如图5所示，RS485收发电路包括芯片U5，芯片U5型号为TD301D485H，是单路高速RS485隔离收发芯片，将逻辑电平转换为RS485协议的差分电平，芯片U5的脚1为电源引脚，脚2为输入接地点，脚3和脚4为输入信号的发送和接收引脚，脚8和脚9为转换后的输出的发送和接收引脚，脚10输出接地点；脚1连接3.3V直流电源，且分别并联接地的去耦电容C11和C12；芯片U5的脚8和脚9分别连接共模滤波器L1的输入端脚1和脚4，共模滤波器L1的输出端脚2和脚3输出RS485协议信号，同时共模滤波器L1的脚1和脚2之间连接有电容C16、二极管Z10，脚4和脚3之间连接有电容C17、二极管Z12，脚2和脚4之间连接有二极管Z11，同时电容C16连接电阻R31接地，电容C17依次串联可变电阻R30和电阻R32后接地，电容C20与电阻R32并联，共模滤波器L1型号为WCM2012F2SF-900T04，与各个电容、电阻一起用于抑制电路中的共模噪声，提高系统的抗干扰性能；UART协议信号端连接有指示灯电路，二极管指示灯D18正极连接3.3V直流电压，负极连接电阻R57，电阻R57另一端连接MOS管Q4的D极，Q4的S极接地，Q4的G极输入UART协议信号电平，信号输入为高电平时，MOS管导通指示灯D18亮，此为信号传输接收线路，信号传输发送线路指示灯电路如图与接收线路相同，MOS管型号为2N7002。
如图6所示，RS232收发电路包括芯片U6，芯片U6型号为SP3232EEY-L/TR,是一款RS232收发芯片，将逻辑电平转换为RS232协议的信号电平，脚1和脚3为芯片电荷泵正负引脚，串联电容C10,脚4和脚5为芯片反相电荷泵正负引脚，串联电容C9,脚16为芯片电源引脚，输入3.3V直流电压，脚16并联接地的去耦电容C15，脚2和脚6为电荷泵产生的电压引脚，分别并联接地的去耦电容C13和C14；脚10为TX的信号输入引脚，脚7为TX的RS232信号输出引脚，脚8为RX的RS232信号输入引脚，脚9为RX的信号输出引脚，实现信号的协议转换和信号的发送、接收；脚7连接电阻R28后连接RS232串口接口，脚7并联接地的耦电容C18，同时脚7并联接地的二极管Z13，二极管Z13为瞬态抑制二极管，型号为SMF15CA，脚8连接电阻R29后连接RS232串口接口，脚8并联接地的耦电容C19，同时脚8并联接地的二极管Z14，二极管Z14为瞬态抑制二极管，型号为SMF15CA；RS232收发具有指示灯，采用MOS管导通控制，UART协议信号端连接有指示灯电路，具体电路为：二极管指示灯D19正极连接3.3V直流电压，负极连接电阻R58，电阻R58另一端连接MOS管Q5的D极，Q5的S极接地，Q5的G极输入UART协议信号电平，信号输入为高电平时，MOS管导通指示灯D19亮，此为信号传输接收线路，信号传输发送线路指示灯电路如图与接收线路相同，MOS管型号为2N7002，芯片U6具有第二组RS232转换端口本实施例只使用了一组转换端口必要时可以使用第二组转换端口。
如图1所述，所述串口通讯电路包括USB扩展电路，USB转串口电路，RS232收发电路或/和RS485收发电路，USB扩展电路电连接主控模块，USB转串口电路电连接USB扩展电路，USB转串口电路的输出端分别电连接RS232收发电路或/和RS485收发电路，主控芯片U1通过USB扩展电路拓展出USBHUB3，再通过USB转串口电路以及RS232收发电路向外提供RS232串口通讯接口；或/和主控芯片U1通过USB扩展电路拓展出USBHUB3，再通过USB转串口电路以及RS485收发电路向外提供RS485串口通讯接口。
如图1所述，所述串口通讯电路包括第二RS232收发电路，所述第二RS232收发电路电连接主控模块，所述第二RS232收发电路连接RS232串口通讯接口；如图7所述，所述第二RS232收发电路包括芯片U7，芯片U7型号为MAX3232EUE+T,MAX3232EUE+T是一款低功耗的RS232收发器，采用16引脚TSSOP封装，该收发器具有低压差发射机输出级，可通过双电荷泵在3V至5.5V的电源下实现真正的RS232性能，如图所示，芯片U7接线与图6相同，使用了两组RS232转换端口，图中俩组收发信号TXD和RXD来自于无线模块，主控模块还包括无线模块，所述无线模块兼容POE供电功能，可为各模块供电如图8所示，无线模块包括无线芯片U8，芯片U8型号为HLK7688A。
与现有技术相比，采用本实用新型电路的数据采集器具备多个串口接口，支持连接多个外设设备，增强了接口扩展性和灵活性，使得同时采集和控制多个外部设备变得更加便捷。例如数据采集器通过485串口连接的刷卡器进行人员的登录登出操作，利用232串口连接MINI屏幕实现对终端用户实地实时展示生产过程中的相关数据、工单信息等，且用户可以直接在终端上进行生产过程中的开工、报工、安灯异常呼叫等动作执行，简单有效的帮助用户更好的管理生产过程。
以上所述仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。
Claims (10)
1.POE供电的多串口信号采集电路，其特征在于：包括
主控模块，所述主控模块运行、处理所采集的数据；
电源模块，所述电源模块电连接各模块，为各模块供电；
输入模块，所述输入模块电连接主控模块，传输采集到的数据至主控模块；
输出模块，所述输出模块电连接主控模块，把主控模块处理后的控制信号输出至外部设备；
串口通讯模块，所述串口通讯模块电连接所述主控模块，用于主控模块与外部设备数据交互；所述串口通讯模块包括有若干不同协议的串口电路。
2.根据权利要求1所述的POE供电的多串口信号采集电路，其特征在于：所述主控模块包括主控芯片U1，所述主控芯片U1型号为STM32F103C8T6，所述主控芯片U1具有USB信号端口和UART信号端口。
3.根据权利要求1所述的POE供电的多串口信号采集电路，其特征在于：所述串口电路包括USB扩展电路，USB转串口电路，RS232收发电路或/和RS485收发电路；所述USB扩展电路电连接主控模块，所述USB转串口电路电连接USB扩展电路，所述USB转串口电路的输出端分别电连接所述RS232收发电路或/和所述RS485收发电路。
4.根据权利要求3所述的POE供电的多串口信号采集电路，其特征在于：所述USB扩展电路包括芯片U2,所述芯片U2型号为CH334H,所述芯片U2可把一组USB协议信号扩展到最多四组USB协议信号。
5.根据权利要求3所述的POE供电的多串口信号采集电路，其特征在于：所述USB转串口电路包括芯片U3和芯片U4，所述芯片U3型号为CH342F，所述芯片U3可把一组USB协议信号转换成最多两组UART协议信号；所述芯片U4型号CH340N，所述芯片U4可转换USB协议信号为UART协议信号。
6.根据权利要求3所述的POE供电的多串口信号采集电路，其特征在于：所述RS232收发电路包括芯片U6，所述芯片U6型号为SP3232EEY-L/TR，所述芯片U6可转换UART协议信号为最多两组RS232协议信号。
7.根据权利要求3所述的POE供电的多串口信号采集电路，其特征在于：所述RS485收发电路包括芯片U5，所述芯片U5型号为TD301D485H，所述芯片U5可转换UART协议信号为RS485协议信号。
8.根据权利要求3所述的POE供电的多串口信号采集电路，其特征在于：所述串口电路包括第二RS232收发电路，所述第二RS232收发电路电连接主控模块，用于主控模块与外部设备直接数据交互；所述第二RS232收发电路包括芯片U7，所述芯片U7型号为MAX3232EUE+T，所述芯片U7可转换UART协议信号为最多两组RS232协议信号。
9.根据权利要求1所述的POE供电的多串口信号采集电路，其特征在于：所述主控模块还包括无线模块，所述无线模块兼容POE供电功能，可为各模块供电；所述无线模块包括无线芯片U8，所述芯片U8型号为HLK7688A。
10.一种采集器，其特征在于：包括权利要求1-9中任意一项所述的POE供电的多串口信号采集电路。
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