基于以太网Cat.5布线架构的远距离串口通信系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及串口通信技术领域，具体来讲是一种基于以太网Cat.5(超五类网络传输线)布线架构的远距离串口通信系统及方法。
【背景技术】
[0002]UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用串行数据总线)是一种用于异步通信的串行数据总线。由于UART通信技术可以实现全双工传输和接收，因此被广泛用于计算机、设备及芯片之间的相互通信，可实现信息交互、设备控制、设备调试等用途;是数据通信基础协议之一，具有用途广泛而又不可替代的特性。
[0003]为适应不同环境下UART的应用需求，当前主要的UART通信传输技术有以下三种:
[0004](I)专用线缆连接技术:通过专用的RS232通信线缆，来连接通信设备、PC或芯片，以实现信息交互。该技术虽然简单易行，但易受干扰，传输距离受限，最大传输距离不超过15米，无法实现远距离通信。
[0005](2)无线UART/RS232串口通信技术:例如RF无线串口、WIFI无线串口、蓝牙无线串口等。该技术需在发送端及接收端分别安装一个RF/WIFI/蓝牙UART/RS232串口通信芯片，通信设备、PC、芯片的串口对接无线收发模组串口，由模组转换成无线信号，再经接收端接收解调，还原UART交互信息，从而实现UART信息交互。该技术虽然可适用于10?300米左右的通信传输，但是因收发模组一般需配对使用，从而使得通用适配性差，且无线通信也极易受电磁干扰或物体遮挡而信号中断，稳定性差，因此只可在特定条件下使用，具有明显的使用局限性。
[0006](3)Telnet(网络远程登录服务)协议登录技术= Telnet协议是TCP/IP协议族中的一员，是Internet远程登陆服务的标准协议和主要方式。它为用户提供了在本地计算机上完成远程主机工作的能力。终端使用者可以在telnet程序中输入命令，这些命令会在服务器上运行，就像直接在服务器的控制台上输入一样，可以在本地就能控制服务器，从而实现远程UART/RS232串口通信。该种技术虽然不受传输距离的限制，但是要求设备必须支持Telnet协议，并且在通过Telnet协议远程登录服务器时，协议进程不可终止，对系统的使用要求较高，也具有一定的使用局限性。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为了克服上述【背景技术】的不足，提供一种基于以太网Cat.5布线架构的远距离串口通信系统及方法，能实现远距离的串口通信，且使用局限性小、抗干扰性强、稳定可靠。
[0008]为达到以上目的，本发明提供一种基于以太网Cat.5布线架构的远距离串口通信系统，包括主控端和与主控端进行串口通信的受控端，所述主控端与受控端均包括UART/RS232通信接口、差分驱动芯片和RJ45网络接口，UART/RS232通信接口通过差分驱动芯片与RJ45网络接口的第4、5、7、8管脚连接，所述差分驱动芯片用于将UART/RS232通信接口的两路信号分别转换为两对差分信号，并将两对差分信号一一对应地传输到RJ45网络接口的第
4、5、7、8管脚上:所述两路信号为接收数据信号UART_RXD、发送数据信号UART_TXD，所述两对差分信号中的一对为接收正极信号UART_RX+和接收负极信号UART_RX-，另一对为发送正极信号UART_TX+和发送负极信号UART_TX-;且主控端的RJ45网络接口与受控端的RJ45网络接口通过Cat.5标准网线连接。
[0009]在上述技术方案的基础上，所述差分驱动芯片包括8个管脚:第I管脚为电源管脚VCC;第2管脚为接收数据管脚RXD;第3管脚为发送数据管脚TXD;第4管脚为信号地管脚GND;第5管脚为发送正极信号UART_TX+管脚;第6管脚为发送负极信号UART_TX-管脚;第7管脚为接收负极信号UART_RX-管脚;第8管脚为接收正极信号UART_RX+管脚。
[0010]在上述技术方案的基础上，所述主控端的RJ45网络接口的第4管脚为接收正极信号UART_RX+管脚，与差分驱动芯片对应的第8管脚连接;第5管脚为接收负极信号UART_RX-管脚，与差分驱动芯片对应的第7管脚连接;第7管脚为发送正极信号UART_TX+管脚，与差分驱动芯片对应的第5管脚连接;第8管脚为发送负极信号UART_TX-管脚，与差分驱动芯片对应的第6管脚连接。
[0011]在上述技术方案的基础上，所述受控端的RJ45网络接口的第4管脚为发送正极信号UART_TX+管脚，与差分驱动芯片对应的第5管脚连接;第5管脚为发送负极信号UART_TX-管脚，与差分驱动芯片对应的第6管脚连接;第7管脚为接收正极信号UART_RX+管脚，与差分驱动芯片对应的第8管脚连接;第8管脚为接收负极信号UART_RX-管脚，与差分驱动芯片对应的第7管脚连接。
[0012]在上述技术方案的基础上，所述差分驱动芯片的第5、6、7、8管脚各外接有终端电阻。
[0013]在上述技术方案的基础上，当UART/RS232通信接口为RS232信号接口时，所述RS232信号接口与所述差分驱动芯片之间设置有具有RS232转UART功能的芯片，所述芯片用于将RS232信号接口输出的发送数据信号RS232_TX、接收数据信号RS232_RX信号，转换成发送数据信号UART_TXD、接收数据信号UART_RXD，然后再将转换后的信号发送至差分驱动芯片。
[0014]在上述技术方案的基础上，所述差分驱动芯片采用SP3077E芯片；所述Cat.5标准网线支持标准直连或交叉线序。
[0015]在上述技术方案的基础上，所述UART/RS232通信接口采用接插件或是PCB走线的方式与差分驱动芯片连接。
[0016]本发明还提供一种应用上述串口通信系统的基于以太网Cat.5布线架构的远距离串口通信方法，包括以下步骤:
[0017]S1:将主控端的UART/RS232通信接口的两路信号:接收数据信号UART_RXD、发送数据信号UART_TXD，分别转换为两对差分信号:接收正极信号UART_RX+、接收负极信号UART_RX-;发送正极信号UART_TX+、发送负极信号UART_TX-;
[0018]S2:将两对差分信号——对应地传输到主控端RJ45网络接口的第4、5、7、8管脚;再通过Cat.5标准网线将两对差分信号传输至受控端的RJ45网络接口的第4、5、7、8管脚；
[0019]S3:将受控端接收到的两对差分信号转换成对应的接收数据信号UART_RXD、发送数据信号UART_TXD，并将转换后的信号传输至受控端的UART/RS232通信接口，从而实现串口通信。
[0020]本发明的有益效果在于:
[0021 ]本发明通过差分驱动芯片能将UART/RS232通信接口的接收数据信号UART_RXD、发送数据信号UART_TXD转换为两对差分信号，然后利用RJ45网络接口中两对闲置的管脚(4、
5、7、8)将两对差分信号通过Cat.5网线传输至远程的另一端，并与另一端具有同原理功能的受控端对接，进而实现远距离的串口通信。与现有技术相比，本发明无需专用线缆单独布线，无需安装RF/WIFI等专用无线设备，也无需要求设备必须支持Telnet协议，充分利用了现有的Cat.5网络布线架构，与网络通信共用RJ45网络接口，能在标准Internet通信网络的布线条件下，实现远距离的串口通信，具有直接可使用Internet标准Cat.5布线架构的连接方式简易性，不但通用适配性好，而且抗干扰性强、稳定可靠。
【附图说明】
[0022]图1是本发明实施例中基于以太网Cat.5布线架构的远距离串口通信系统的框图；
[0023]图2是本发明实施例中差分驱动芯片的电路原理图；
[0024]图3是本发明实施例中主控端RJ45网络接口的线序图；
[0025]图4是本发明实施例中受控端RJ45网络接口的线序图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0027]IEEE802.3i/u规范定义了 10/100MbpS传输网络采用2对双绞线进行信息传输，也就说我们通常所用的Cat.5网线中，只用到了其中的2对双绞线(1、2、3、6)，而另外两对双绞线(4、5、7、8)是闲置状态的。而本发明，就是刚好利用了这两对闲置的双绞线(即利用对应的町45网络接口的第4、5、7、8管脚)，来实现基于现有0&丨.5网络布线架构的远程1^1^/RS232串口通信的物理线缆连接。由于利用了现有的Cat.5网络布线架构(已大规模使用)，因此，本发明无需单独布线，通用适配性好，使用局限性小，且稳定可靠。但需说明的是:本方案只适用与IEEE802.3i/u定义的10/100Mbps网络接口共用，与IEEE802.3Z定义的1000Mbps网络接口不兼容(如非共用网线连接，则无此问题)。
[0028]参见图1所示，本发明实施例提供一种基于以太网Cat.5布线架构的远距离串口通信系统，包括主控端和与主控端进行串口通信的受控端，主控端作为UART/RS232串口主要控制器，是串口命令或参数的主要发出方(例如:PC机、控制台等)，受控端作为UART/RS232串口被动控制器，是串口命令或参数的主要接收方(例如:前端设备、显示终端等)。其中，主控端与受控端均包括UART/RS232通信接口、差分驱动芯片和RJ45网络接口，UART/RS232通信接口通过差分驱动芯片与RJ45网络接口的第4、5、7、8管脚连接，该差分驱动芯片用于将UART/RS232通信接口的两路信号(接收数据信号UART_RXD和发送数据信号UART_TXD)分别转换为两对差分信号(一对为接收正极信号UART_RX+和接收负极信号UART_RX_;另一对为发送正极信号UART_TX+和发送负极信号UART_TX-)，并将两对差分信号一一对应地传输到RJ45网络接口的第4、5、7、8管脚上;且主控端的RJ45网络接口与受控端的RJ45网络接口通过Cat.5标准网线连接，该Cat.5标准网线支持标准直连或交叉线序。本实施例中，UART/RS232通信接口采用接插件或是PCB走线的方式与差分驱动芯片连接。
[0029]具体来说，参见图2所示，所述差分驱动芯片包括8个管脚:第I管脚为电源管脚VCC;第2管脚为接收数据管脚RXD;第3管脚为发送数据管脚TXD;第4管脚为信号地管脚GND;第5管脚为发送正极信号UART_TX+管脚;第6管脚为发送负极信号UART_TX-管脚;第7管脚为接收负极信号UART_RX-管脚;第8管脚为接收正极信号UART_RX+管脚。实际使用时，为了改善信号质量，提高通信稳定性，可在差分驱动芯片的第5、6、7、8管脚各外接终端电阻(如图2中的1?1、1?2、1?3、1?4、1?5和1?6)，且每个管脚外接的终端电阻之和为100 0?120 0。更进一步地，为了增强差分信号的可靠性，可在差分输出端，即差分驱动芯片的第5、6、7、8管脚中的至少一个的外端增设防雷电器件/防静电电器件/电压钳位电器件等，以获得更好的接口保护。本实施例中，所述差分驱动芯片采用SP3077E芯片，其具有高达16Mbps的数据传输速率，土 15KV的ESD防护能力，独立收、发两个通道，特有自动中断机制，能满足UART/RS232全双工数据信号差分传输的所