一种显微镜的数据通信设备及具有其的装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种通信设备，特别是关于一种显微镜的数据通信设备及具有其的装置。


背景技术：

2.串口通信方式在低速传输模式下得以被广泛应用，例如被用作上位机与下位机之间的通信。例如：目前的超分辨显微成像系统中上位机与多器件下位机的通信，普遍采用串行总线集线器(usb hub)的方式。集线器的工作机理是广播，无论是从哪一个端口接收到什么类型的信包，都以广播的形式将信包发送给其余的所有端口，由连接在这些端口上的网卡判断处理这些信息，符合的留下处理，否则丢弃掉，这样很容易产生广播风暴，当网络较大时网络性能会受到很大的影响，因此，集线器存在执行效率比较低，安全性差的缺点。而且，一次只能处理一个信包，在多个端口同时出现信包的时候就出现碰撞，信包按照串行进行处理，通信效率低，不适合应用在较大的网络主干中。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种显微镜的数据通信设备来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
4.为实现上述目的，本实用新型提供一种显微镜的数据通信设备，其包括：
5.交换机，其具有信号输入端和信号输出端；
6.网口，其连接在所述交换机与所述下位机之间；
7.功能性接口组件，其连接在所述交换机与所述下位机之间；
8.信号转换模块，其适配性连接在所述交换机与所述功能性接口组件之间，用于将所述交换机的输出的以太网电平信号转换成可供所述功能性接口组件识别并接收的ttl电平信号。
9.进一步地，所述网口的数量至少为1个。
10.进一步地，所述功能性接口组件包括rs232接口、usb接口和rs485接口中的至少一种。
11.进一步地，所述信号转换模块包括：
12.以太网双向透传模块，其连接所述交换机的输出端，用于接收所述以太网电平信号，将所述以太网电平信号转换成ttl电平信号，并输出；
13.电平转换电路，其连接在所述以太网双向透传模块的输出端与所述功能性接口组件之间，用于接收所述ttl电平信号，将所述ttl电平信号转换成与所述功能性接口组件相适配的电平信号，输出给所述功能性接口组件。
14.进一步地，所述功能性接口组件包括rs232接口、usb接口和rs485接口中的至少一种；
15.所述电平转换电路包括ttl转rs232电平转换电路、ttl转usb电平转换电路和ttl
转rs485电平转换电路中的至少一种；其中：
16.所述ttl转rs232电平转换电路接在一所述以太网双向透传模块的输出端与所述rs232接口之间，用于接收所述ttl电平信号，并将所述ttl电平信号转换成所述rs232信号后，输出给所述rs232接口；
17.所述ttl转usb电平转换电路连接在一所述以太网双向透传模块的输出端与所述usb接口之间，用于接收所述ttl电平信号，并将所述ttl电平信号转换成所述usb信号后，输出给所述usb接口；
18.所述ttl转rs485电平转换电路连接在一所述以太网双向透传模块的输出端与所述rs485接口之间，用于接收所述ttl电平信号，并将所述ttl电平信号转换成所述rs485信号后，输出给所述rs485接口。
19.进一步地，所述交换机包括网络变压器和以太网开关控制器，其中，所述网络变压器和网口组合为10/100m以太网物理接口，输入信号和输出信号分别采用差分走线处理，并用预设阻值的差分阻抗进行匹配，所述以太网开关控制器为5通道太网开关控制器。
20.进一步地，本实用新型提供一种具有如上所述的显微镜的数据通信设备的装置。
21.本实用新型由于使用交换机的方式替代集线器，用以在上位机对多个下位机的通信和控制，通过交换机通过分析ethernet包的包头信息，取得目标mac地址后，查找交换机中存储的地址对照表，确认具有此mac地址的网卡连接在哪个端口上，然后仅将信包送到对应端口，因此，本实用新型能够有效地抑制广播风暴的产生。而且，交换机内部转发信包的背板带宽也远大于端口带宽，因此信包之间能够处于并行状态，效率较高，可以满足大型网络环境大量数据并行处理的要求。
附图说明
22.图1为本实用新型实施例提供的显微镜的数据通信设备的框架示意图。
23.图2为本实用新型实施例提供的5口交换机的原理图框图。
24.图3为本实用新型实施例提供的以太网双向透传模块的原理示意图。
25.图4为本实用新型实施例提供的电平转换电路的原理示意图。
具体实施方式
26.在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
27.在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
28.在不冲突的情况下，本实用新型各实施例及各实施方式中的技术特征可以相互组合，并不局限于该技术特征所在的实施例或实施方式中。
29.下面结合附图以及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，需要指出的是，下面仅以一种最优化的技术方案对本实用新型的技术方案以及设计原理进行详细阐述，但本
实用新型的保护范围并不仅限于此。
30.本文涉及下列术语，为便于理解，对其含义说明如下。本领域技术人员应当理解，下列术语也可能有其它名称，但在不脱离其含义的情形下，其它任何名称都应当被认为与本文所列术语一致。
31.如图1所示，本实用新型实施例提供的显微镜的数据通信设备包括交换机1、网口2、功能性接口组件3和信号转换模块4，其中：
32.交换机1具有信号输入端和信号输出端，用于在上位机和下位机之间传递信息。网口2连接在交换机1与所述下位机之间。网口2的数量至少为1个。功能性接口组件3连接在交换机1与下位机之间，信号转换模块4适配性连接在交换机1与功能性接口组件3之间，用于将交换机1的输出的以太网电平信号转换成可供所述功能性接口组件3识别并接收的ttl电平信号。
33.本实施例通过以太网交换机替换了目前大部分系统中采用集线器的通信方式，解了决目前超分辨显微成像系统中上位机对多个下位机的通信存在的稳定性差、执行效率低、和容易掉线等问题。
34.如图2所示，本实施例提供的交换机1包括网络变压器和以太网开关控制器，其中，网络变压器和网口(rj45连接器)组合为一个标准的10/100m以太网物理接口。交换机1的信号输出端的数量至少为2个，因此，交换机1能够并行处理至少两路信号，而且，输入(rx)、输出(tx)信号分别用差分走线处理，并采用预设阻值(比如100欧姆)的差分阻抗进行匹配，以保证通信信号的完整性。
35.以太网开关控制器采用的是5通道太网开关控制器，其型号有ip175g、rtl8305、sja1105或ksz889等。下面以ip175g为例，介绍交换机1的工作原理。ip175g包括一个5端口开关控制器、ssram和5个10/100以太网收发器，每个收发器都符合ieee 802.3、ieee 802.3u和ieee 802.3x规范。ip175g还能提供高速宽带有线互联网服务的所有丰富功能，包括无阻塞交换结构，特别适用于通信电路的集成设计：
36.首先，上位机或网口接收到的以太网数据，经过网络变压器进行隔离和滤波处理后，发送到以太网开关控制器ip175g。然后，以太网开关控制器ip175g具备自动寻址能力和交换作用，根据所传递数据包的目的地址，将每一数据包独立地从源端口送至目的端口，这样便能够避免和其它端口发生碰撞。
37.在一个实施例中，由于交换机1的输出信号是以太网信号，那么针对网口以外的下位机的通信接口，需要在交换机1的信号输出端接入以太网双向透传模块，将以太网信号转换成ttl电平信号。然后，在以太网双向透传模块的输出端，再添加一个电平转换电路，将ttl电平信号转换成与下位机的通信接口匹配的电平信号。也就是说，以太网双向透传模块用于在网口与ttl串口之间传输数据。
38.在一个实施例中，如图4所示，信号转换模块4包括以太网双向透传模块41和电平转换电路。其中：
39.以太网双向透传模块41连接交换机1的输出端，用于接收所述以太网电平信号，将所述以太网电平信号转换成ttl电平信号，并输出。
40.具体地，如图3所示，以太网双向透传模块可以采用市面上直接购置得到的产品，其包括网络变压器、以太网驱动芯片和mcu(microcontroller unit；微控制单元)，其工作
方式之一是通过以太网驱动芯片接收交换机1的网口传输的数据，并将接收到的数据经过spi等串口通信的方式传输给mcu，mcu对收到的数据作存储、转发的处理，将数据以ttl电平的方式发送出去。其中，从mcu发送出去ttl电平信号采用的通信方式为通用异步收发传输器(uart)。以太网双向透传模块的另一种工作方式是：从下位机发送到上位机的信号也是先将数据转换成ttl电平信号，ttl电平信号经过ttl串口以通用异步收发传输器的方式发送给以太网双向透传模块中的mcu，mcu经过存储和转发，再将收到的数据经过spi串口通信发送给以太网驱动芯片，以太网驱动芯片将数据转换成以太网数据，以太网数据经过网络变压器的隔离、滤波处理，最后经过交换机1将数据发送到上位机。
41.由于市面上的以太网双向透传模块都是网口转ttl串口，无法直接连接到下位机与之进行通信。因此，在本实施例中，对常用的以太网双向透传模块做了升级改造。在以太网双向透传模块输出的ttl串口增加适配具体下位机的电平转换电路。结合图1和图4，电平转换电路连接在以太网双向透传模块41的输出端与功能性接口组件3之间，用于接收所述ttl电平信号，将所述ttl电平信号转换成与功能性接口组件3相适配的电平信号，输出给功能性接口组件3。
42.在一个实施例中，功能性接口组件3可以但不限于包括rs232接口31、usb接口32和rs485接口33中的至少一种，用于适配下位机端口的型号。那么，针对rs232接口31的下位机，则需要ttl转rs232的转换电路；针对usb接口的下位机，则需要ttl转usb转换电路等。也就是说，所述电平转换电路包括ttl转rs232电平转换电路42、ttl转usb电平转换电路43和ttl转rs485电平转换电路44中的至少一种。
43.其中：ttl转rs232电平转换电路42连接在一以太网双向透传模块41的输出端与rs232接口31之间，用于接收所述ttl电平信号，并将所述ttl电平信号转换成rs232信号后，输出给rs232接口31。
44.ttl转usb电平转换电路43连接在一以太网双向透传模块41的输出端与usb接口32之间，用于接收所述ttl电平信号，并将所述ttl电平信号转换成所述usb信号后，输出给所述usb接口32。
45.ttl转rs485电平转换电路44连接在一以太网双向透传模块41的输出端与rs485接口33之间，用于接收所述ttl电平信号，并将所述ttl电平信号转换成所述rs485信号后，输出给rs485接口33。
46.电平转换电路主要是基于电平转换芯片实现，针对不同的信号电平，选择其对应的电平转换芯片型号。比如市面上常用的ttl转rs232的电平转换芯片有max232、sp3232等，ttl转rs485的电平转换芯片有max485，ttl转usb的电平转换芯片有ch240g、cp2102等。
47.本实用新型采用以太网交换机结合透明传输模块、各种串口电平转换电路的方式，实现网口与rs485、网口与rs232、网口与usb等串口之间直接的数据透明传输，使该上位机能兼容rs232、rs485、usb等多种类型接口下位机通信。
48.需要说明的是，功能性接口组件3除了上述实施例列举的之外，还可以包括其它的功能性接口，在此不再一一赘述。与之相匹配地，所述电平转换电路也适配性地进行调整，使与所采用的功能性接口组件3相匹配。
49.本实用新型还提供一种具有如上述实施例所述的显微镜的数据通信设备的装置。例如：超分辨显微成像系统，通过上述实施例所述的显微镜的数据通信设备，可以实现上位
机与系统中的激光器、调制器、位移平台和控制电路板等多器件的上、下位机通信的装置。该系统内，各个下位机器件中的通信接口类型各不相同，比如有的器件通信接口为网口、有的通信接口为rs232接口、rs485接口或者usb口等。那么，针对下位机的接口类型不统一的情况，本实用新型利用以太网交换机通信效率高、速度快等优势，搭配以太网双向透传模块和各种串口电平转换电路，使上位机能与网口、rs232接口、usb接口和rs485接口等多种下位机同时进行通信，能够实现上位机与各种接口的下位机器件的数据通信。
50.最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。