一种通用串口的端口自动识别切换装置及其工作方法与流程

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种通用串口的端口自动识别切换装置及其工作方法。

背景技术：

目前，工业或通信监控领域智能设备通信接口主要有RS485和RS232两种规格。往往是到施工现场才知道所接入设备的接口类型，而与其配套设备都是单一的RS485或RS232连接接口，造成现场接入接口的不匹配。常用的解决方式是更换接入设备或增加一级RS485转RS232、RS232转RS485转换模块，但这2种解决方式的缺点是延误项目工期，增加施工和维护难度，还需要额外投入大量设备和人力成本。

技术实现要素：

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种通用串口的端口自动识别切换装置及其工作方法，该装置通过采用模拟开关以及电平转换电路实现了通用串口的自动检测及切换。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种通用串口的端口自动识别切换装置，其特征在于：包括自动识别控制单元、第一级模拟开关单元、RS485电平转换电路、RS232电平转换电路、第二级模拟开关单元以及通用接口单元；所述自动识别控制单元设置有串行接口以及控制端；所述第一级模拟开关单元连接所述RS485电平转换电路、RS232电平转换电路以及所述串行接口，并在所述控制端的控制下将所述串行接口与所述RS485电平转换电路或所述RS232电平转换电路连接；所述第二级模拟开关单元连接所述RS485电平转换电路、所述RS232电平转换电路以及所述通用接口单元，并在所述控制端的控制下将所述通用接口单元与所述RS485电平转换电路或所述RS232电平转换电路连接。

所述串行接口与所述第一级模拟开关单元之间设置有光耦隔离模块；所述控制端与所述第一级模拟开关单元以及所述第二级模拟开关单元设置有光耦隔离模块。

所述RS485电平转换电路包括TTL电平接口以及RS485电平接口；所述RS485电平转换电路用于将所述TTL电平接口的信号以及所述RS485电平接口的信号进行相互转换；所述TTL电平接口连接所述第一级模拟开关单元，所述RS485电平接口连接所述第二级模拟开关单元。

所述RS232电平转换电路包括TTL电平接口以及RS232电平接口；所述RS232电平转换电路用于将所述TTL电平接口的信号以及所述RS232电平接口的信号进行相互转换；所述TTL电平接口连接所述第一级模拟开关单元，所述RS232电平接口连接所述第二级模拟开关单元。

所述RS232电平转换电路以及所述RS485电平转换电路均连接有隔离电源。

一种涉及任一上述通用串口的端口自动识别切换装置的工作方法，其特征在于包括以下步骤：所述自动识别控制单元通过轮询的方式检测连接在所述通用接口单元上的设备类型；所述自动识别控制单元根据检测结果，通过所述控制端持续选通RS232电平转换通道或RS485电平转换通道。

所述RS485电平转换通道包括所述第一级模拟开关单元、所述RS485电平转换电路以及所述第二级模拟开关单元；当所述RS485电平转换通道被选通时，所述RS485电平转换电路分别通过所述第一级模拟开关单元以及所述第二级模拟开关单元连接所述串行接口以及所述通用接口单元；所述RS232电平转换通道包括所述第一级模拟开关单元、所述RS232电平转换电路以及所述第二级模拟开关单元；当所述RS232电平转换通道被选通时，所述RS232电平转换电路分别通过所述第一级模拟开关单元以及所述第二级模拟开关单元连接所述串行接口以及所述通用接口单元。

检测连接在所述通用接口单元上的设备类型具体包括以下步骤：所述自动识别控制单元通过控制端选通所述RS485电平转换通道，并通过所述RS485电平转换通道与连接在所述通用接口单元上的设备进行尝试通信；当通信成功时，所述通用接口单元上的设备为RS485设备；当尝试通信失败时，所述自动识别控制单元通过控制端选通所述RS232电平转换通道，并通过所述RS232电平转换通道与连接在所述通用接口单元上的设备进行再次尝试通信；当通信成功时，所述通用接口单元上的设备为RS232设备，当尝试通信失败时所述自动识别控制单元间隔预定时间后重新检测连接在所述通用接口单元上的设备类型。

本发明的优点是，采用统一的对外接口硬件电路设计和结合自动识别切换控制程序的方法可高效稳定的实现RS485与RS232接口设备的自动识别切换和设备接入，处理方法简单，并可以大幅度减少现场施工和维护的复杂性，以及极大的减少设备和人力的投入成本，适合在工业或通信监控技术领域大规模推广使用。

附图说明

图1为本发明通用串口的端口自动识别切换装置的结构框图；

图2为本发明中的自动识别控制单元、光耦隔离模块以及第一级模拟开关单元的电路图；

图3为本发明中的RS485电平转换电路、RS232电平转换电路以及第二级模拟开关单元的电路图；

图4为本发明中的通用接口单元的电路图；

图5为本发明中的隔离电源的电路图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-5，图中标记1-10分别为：自动识别控制单元1、第一级模拟开关单元2、RS485电平转换电路3、RS232电平转换电路4、第二级模拟开关单元5、通用接口单元6、光耦隔离模块7、隔离电源8、RS232独立电源模块9、RS485独立电源模块10。

实施例：如图1所示，本实施例具体涉及一种通用串口的端口自动识别切换装置，其包括自动识别控制单元1、第一级模拟开关单元2、RS485电平转换电路3、RS232电平转换电路4、第二级模拟开关单元5以及通用接口单元6。

如图1、2所示，自动识别控制单元1设置有串行接口Uart1以及控制端ComSel；自动识别控制单元1的选择包括但不限于单片机、PLC或外设控制芯片；串行接口Uart1包括发送信号线Uart1_Tx以及发送信号线Uart1_Rx，串行接口Uart1的两根信号线通过光耦隔离模块7连接第一级模拟开关单元2；控制端ComSel通过光耦隔离模块7连接第一级模拟开关单元2以及第二级模拟开关单元5，自动识别控制单元1可通过控制端ComSel控制第一级模拟开关单元2以及第二级模拟开关单元5的导通动作。

如图1、2所示，第一级模拟开关单元2连接RS485电平转换电路3、RS232电平转换电路4以及自动识别控制单元1的串行接口Uart1；第一级模拟开关单元2可以在自动识别控制单元1的控制端ComSel的控制下，将串行接口Uart1与RS485电平转换电路3或RS232电平转换电路4连接在一起；具体的，第一级模拟开关单元2的COM1引脚以及COM2引脚分别通过光耦隔离模块7连接串行接口Uart1的发送信号线Uart1_Tx以及发送信号线Uart1_Rx；当控制端ComSel的信号为高电平时，第一级模拟开关单元2将RS485电平转换电路3连接至串行接口Uart1；当ComSel的信号为低电平时，第一级模拟开关单元2将RS232电平转换电路4连接至串行接口Uart1。

如图1所示，自动识别控制单元1的串行接口Uart1的信号经过光耦隔离模块7转换后为TTL电平，与RS485电平以及RS232电平不兼容，因此需要分别使用RS485电平转换电路以及RS232电平转换电路进行信号的电平转换。

如图1、3所示，RS485电平转换电路3包括TTL电平接口以及RS485电平接口；RS485电平转换电路3包括接收端Com1Rx_485以及发送端Com1Tx_485；RS485电平转换电路3的接收端Com1Rx_485以及发送端Com1Tx_485分别连接第一级模拟开关单元2的Com1Rx_485引脚以及Com1Tx_485引脚；RS485电平转换电路3的RS485电平接口连接至第二级模拟开关单元5的S1A引脚以及S2A引脚；RS485电平转换电路3用于将TTL电平接口的信号以及RS485电平接口的信号进行相互转换。

如图1、2、3所示，RS232电平转换电路4包括TTL电平接口以及RS232电平接口；RS232电平转换电路4包括接收端Com1Rx_TTL以及发送端Com1Tx_TTL；RS232电平转换电路4的接收端Com1Rx_TTL以及发送端Com1Tx_TTL分别连接第一级模拟开关单元2的Com1Rx_TTL引脚以及Com1Tx_TTL引脚；RS232电平转换电路4的RS232电平接口连接至第二级模拟开关单元5的S1B引脚以及S2B引脚；RS232电平转换电路4用于将TTL电平接口的信号以及RS232电平接口的信号进行相互转换。

如图1、2、3所示，第二级模拟开关单元5连接RS485电平转换电路3、RS232电平转换电路4以及通用接口单元6；第二级模拟开关单元5可以在自动识别控制单元1的控制端ComSel的控制下，将通用接口单元6与RS485电平转换电路3或RS232电平转换电路4连接在一起；具体的，第二级模拟开关单元5的S1A引脚以及S2A引脚连接RS485电平转换电路3的RS485电平接口；第二级模拟开关单元5的S1B引脚以及S2B引脚连接RS232电平转换电路4的RS232电平接口；当控制端ComSel的信号为高电平时，第二级模拟开关单元5将RS485电平转换电路3连接至通用接口单元6；当ComSel的信号为低电平时，第二级模拟开关单元5将RS232电平转换电路4连接至通用接口单元6。

第一级模拟开关单元2以及第二级模拟开关单元5起接通信号或断开信号的作用。模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等优点；此外模拟开关还可以保持总线正负电平不变，即模拟开关前后总线信号电压可以保持完全一致。

如图1、4所示，通用接口单元6用于连接外部设备；通用接口单元6的ARX1引脚以及BTX1分别连接在第二级模拟开关单元5的D1引脚以及D2引脚。

如图1、5所示，RS232电平转换电路4以及RS485电平转换电路3均由隔离电源8供电；在本实施例中，隔离电源8包括RS232独立电源模块9以及RS485独立电源模块10，RS232独立电源模块9可输出正负15V的电压。

如图1至5所示，本实施例还包括一种通用串口的端口自动识别切换装置的工作方法，该方法包括以下步骤：

1）自动识别控制单元1通过轮询的方式检测连接在通用接口单元6上的设备类型；当外部设备连接至通用接口单元6时，为了适配RS232接口以及RS485协议，自动识别控制单元1需要检测外部设备采用的接口类型；检测过程中，自动识别控制单元1依次选通RS485电平转换通道以及RS232电平转换通道，同时通过上述转换通道进行尝试通信。

RS485电平转换通道包括第一级模拟开关单元2、RS485电平转换电路3以及第二级模拟开关单元5；当RS485电平转换通道被选通时，RS485电平转换电路3分别通过第一级模拟开关单元2以及第二级模拟开关单元5连接串行接口Uart1以及通用接口单元6；在通信过程中，串行接口Uart1以及通用接口单元6之间的信号由RS485电平转换电路3进行电平转换。

RS232电平转换通道包括第一级模拟开关单元2、RS232电平转换电路4以及第二级模拟开关单元5；当RS232电平转换通道被选通时，RS232电平转换电路4分别通过第一级模拟开关单元2以及第二级模拟开关单元5连接串行接口Uart1以及通用接口单元6；在通信过程中，串行接口Uart1以及通用接口单元6之间的信号由RS232电平转换电路4进行电平转换。

检测外部设备采用的接口类型具体包括以下步骤：自动识别控制单元1通过控制端ComSel选通RS485电平转换通道，并通过RS485电平转换通道与连接在通用接口单元6上的设备进行尝试通信；当通信成功时，可以判定通用接口单元6上的设备为RS485设备；当尝试通信失败时，自动识别控制单元1通过控制端选通RS232电平转换通道，并通过RS232电平转换通道与连接在通用接口单元6上的设备进行再次尝试通信；当通信成功时，可以判定连接在通用接口单元6上的设备为RS232设备；如果再次尝试通信失败，表明连接在通用接口单元6上的设备非RS485和RS232接口设备，或接入设备出现故障；当再次尝试通信失败时，自动识别控制单元间隔预定时间后重新检测连接在通用接口单元上的设备类型。

2）当自动识别控制单元1根据根据检测结果，通过控制端ComSel持续选通RS232电平转换通道或RS485电平转换通道；当连接在通用接口单元6上的设备为RS232设备时，自动识别控制单元1持续选通RS232电平转换通道；当连接在通用接口单元6上的设备为RS485设备时，自动识别控制单元1持续选通RS485电平转换通道。

本实施例的有益技术效果为：采用统一的对外接口硬件电路设计和结合自动识别切换控制程序的方法可高效稳定的实现RS485与RS232接口设备的自动识别切换和设备接入，处理方法简单，并可以大幅度减少现场施工和维护的复杂性，以及极大的减少设备和人力的投入成本，适合在工业或通信监控技术领域大规模推广使用。