串口通信电路的制作方法

1.本实用新型涉及工业控制技术领域，尤其涉及一种串口通信电路。


背景技术：

2.目前，在工业控制行业，大多数需要串口通信设备或装置来实现与设备层的传感器或执行装置之间的数据交互，该数据交互是通过rs485/rs232总线的方式来实现的。在实际应用中，有些传感器或执行装置仅支持rs485总线，而有些仅支持rs232总线，因此，这些串口通信设备或装置需要有同时支持rs485/rs232总线的接口。
3.在现有技术中，大多数的接口不能兼容rs485/rs232总线，需要靠机械触点对rs232和rs485总线进行分时切换，但是由于这种串口总线信号驱动电流很小，用继电器来切换不能可靠的进行小信号的分断，而且继电器的机械触点的寿命有限，不能保证其可靠性。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型实施例提供一种串口通信电路，以实现提高串口通信电路的可靠性、减少电路构造、以及降低成本的目的。
5.为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：
6.本实用新型实施例公开一种串口通信电路，所述串口通信电路包括：控制电路单元、隔离电路单元、串口多协议电路单元和远端传感器；
7.其中，所述控制电路单元通过所述隔离电路单元与所述串口多协议电路单元相连，所述串口多协议电路单元的输出管脚通过串口总线与所述远端传感器相连；
8.所述控制电路单元根据所述远端传感器的串口状态输出相应电平，通过所述隔离电路单元控制所述串口多协议电路单元的发送或接收的使能，使所述串口多协议电路单元完成ttl电平和rs485或rs232电平转换。
9.可选的，所述控制电路单元的发送管脚tx与所述隔离电路单元的第一输入管脚in1相连，所述控制电路单元的接收管脚rx与所述隔离电路单元的第一输出管脚out1相连，所述控制电路单元的rs485的发送或接收使能控制管脚io1与所述隔离电路单元的第二输入管脚in2相连，所述控制电路单元的rs232或rs485电平输出使能管脚io2与所述隔离电路单元的第三输入管脚in3相连；
10.所述隔离电路单元的第一输出管脚out1与所述串口多协议电路单元的发送管脚tx相连，所述隔离电路单元的第一输入管脚in1与所述串口多协议电路单元的接收管脚rx相连，所述隔离电路单元的第二输出管脚out2与所述串口多协议电路单元的rs485的发送或接收使能控制管脚相连，所述隔离电路单元的第三输出管脚out3与所述串口多协议电路单元的rs485或rs232电平输出使能管脚相连；
11.所述串口多协议电路单元的第一输出管脚和第二输出管脚分别通过两条串口总线与远端传感器的两个串口相连；
12.远端传感器若所述远端传感器的串口是rs485电平接口，配置所述控制电路单元的io1管脚和io2管脚输出高电平，根据所述电平状态通过所述隔离电路单元控制所述串口多协议电路单元的发送的使能，并控制所述串口多协议电路单元将ttl电平转换成rs485电平；
13.若所述远端传感器的串口是rs232电平接口，配置所述控制电路单元的io1管脚和io2管脚输出低电平，根据所述电平状态通过所述隔离电路单元控制所述串口多协议电路单元的接收是的使能，并控制所述串口多协议电路单元将ttl电平转换成rs232电平。
14.可选的，所述控制电路单元包括fpga芯片和外围电路。
15.可选的，所述隔离电路单元包括磁耦合器和外围阻容元件。
16.可选的，所述耦合器为adum141e型号的耦合器，所述adum141e型号的耦合器的传输传输速率为150mbps，隔离耐压为3.0kvrms。
17.可选的，所述串口多协议电路单元包括ltc2873芯片，所述ltc2873芯片设置有一个rs485和rs232电平转换单元。
18.可选的，还包括：串口防护电路单元；
19.所述串口防护电路单元的输出端与串口总线并联，所述串口防护电路单元的接地端接地。
20.可选的，所述串口防护电路单元包括两端双向tvs、共模电感、退耦电阻和三端气体放电管。
21.可选的，还包括：人机界面组态；
22.所述人机界面组态与控制电路相连，通过pc机上的界面设置串口是rs232或rs485的电平输出。
23.基于上述本实用新型实施例提供的一种串口通信电路，该串口通信电路包括：控制电路单元、隔离电路单元、串口多协议电路单元和远端传感器。所述控制电路单元通过所述隔离电路单元与所述串口多协议电路单元相连，所述串口多协议电路单元的输出管脚通过串口总线与所述远端传感器相连；所述控制电路单元根据所述远端传感器的串口状态输出相应电平，通过所述隔离电路单元控制所述串口多协议电路单元的发送或接收的使能，使所述串口多协议电路单元完成ttl电平和rs485或rs232电平转换。在本方案中，将控制电路单元、隔离电路单元、串口多协议电路单元和远端传感器对应相连在一起，根据远端传感器的串口状态，配置控制电路单元的输出相应电平，根据电平的状态控制串口多协议电路单元的发送或接收的使能和控制串口多协议电路单元完成ttl电平和rs485或rs232电平转换，从而实现提高串口通信电路的可靠性、减少电路构造、以及降低成本的目的。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
25.图1为本实用新型实施例提供的一种串口通信电路的结构示意图；
26.图2为本实用新型实施例提供的另一种串口通信电路的结构示意图；
27.图3为本实用新型实施例提供的又一种串口通信电路的结构示意图；
28.图4为本实用新型实施例提供的一种控制电路单元的结构示意图；
29.图5为本实用新型实施例提供的一种控制电路单元的部分外围电路的结构示意图。
具体实施方式
30.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。
31.在本实用新型中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
32.在本实用新型实施例中，通过将控制电路单元、隔离电路单元、串口多协议电路单元和远端传感器对应相连在一起，根据远端传感器的串口状态，配置控制电路单元的输出相应电平，根据电平的状态控制串口多协议电路单元的发送或接收的使能和控制串口多协议电路单元完成ttl电平和rs485或rs232电平转换，从而实现提高串口通信电路的可靠性、减少电路构造、以及降低成本的目的。具体实现过程通过以下实施例进行详细说明。
33.参见图1，为本实用新型实施例提供的一种串口通信电路的结构示意图，该串口通信电路1包括：控制电路单元11、隔离电路单元12、串口多协议电路单元13和远端传感器14。
34.在本实用新型实施例中，控制电路单元11、隔离电路单元12、串口多协议电路单元13和远端传感器14之间依次电性连接。
35.具体的，控制电路单元11、隔离电路单元12、串口多协议电路单元13和远端传感器14的先后位置关系依次为：控制电路单元11、隔离电路单元12、串口多协议电路单元13和远端传感器14；或者，远端传感器14、串口多协议电路单元13、隔离电路单元12和控制电路单元11。
36.但是，具体的位置并不局限于此，只要控制电路单元11、隔离电路单元12、串口多协议电路单元13和远端传感器14之间依次电性连接即可。
37.在具体实现串口通信过程中，控制电路单元11通过隔离电路单元12与串口多协议电路单元13相连，串口多协议电路单元13的输出管脚通过串口总线与远端传感器14相连。
38.控制电路单元11根据远端传感器14的串口状态输出相应电平，通过隔离电路单元12控制串口多协议电路单元13的发送或接收的使能，使串口多协议电路单元13完成ttl电平和rs485或rs232电平转换。
39.在具体实现中，控制电路单元11的发送管脚tx与隔离电路单元12的第一输入管脚in1相连，控制电路单元11的接收管脚rx与隔离电路单元12的第一输出管脚out1相连，控制电路单元11的rs485的发送或接收使能控制管脚io1与隔离电路单元12的第二输入管脚in2相连，控制电路单元11的rs232或rs485电平输出使能管脚io2与隔离电路单元12的第三输
入管脚in3相连。
40.在本实用新型实施例中，控制电路单元11可以通过发送管脚tx将控制信号发送至隔离电路单元12。
41.控制电路单元11也可以通过rs485的发送或接收使能控制管脚io1将控制信号发送至隔离电路单元12。
42.控制电路单元11还可以通过rs232或rs485电平输出使能管脚io2将控制信号发送至隔离电路单元12。
43.在本实用新型实施例中，控制电路单元11可以通过接收管脚rx接收来自隔离电路单元12发送的控制信息。
44.在本实用新型实施例中，根据控制电路单元11的rs485的发送或接收使能控制管脚io1的电平状态，通过隔离电路单元12控制串口多协议电路单元13完成rs485的发送或接收使能控制。
45.具体的，当io1是低电平时，控制电路单元11处于rs485电平接收状态，通过隔离电路单元12控制串口多协议电路单元13完成rs485的接收使能控制；当io1是高电平时，控制电路单元11处于rs485电平发送状态，通过隔离电路单元12控制串口多协议电路单元13完成rs485的发送使能控制。
46.根据控制电路单元11的rs232或rs485电平输出使能管脚io2的电平状态，通过隔离电路单元12控制串口多协议电路单元13完成rs232或rs485电平输出，具体的，当io2管脚是高电平时，通过隔离电路单元12控制串口多协议电路单元13完成ttl电平转换成rs485电平，并使串口多协议电路单元13输出rs485电平，当io2管脚是低电平时，通过隔离电路单元12控制串口多协议电路单元13完成ttl电平转换成rs232电平，并使串口多协议电路单元13输出rs232电平。
47.在本实用新型实施例中，控制电路单元11包括fpga芯片和外围电路。
48.可选的，fpga芯片可以是max10系列的芯片。
49.在本实用新型实施例中，控制电路单元11可完成远端传感器14的数据收发和串口多协议电路单元13的控制命令的下发。
50.在具体实现中，隔离电路单元12的第一输出管脚out1与串口多协议电路单元13的发送管脚tx相连，隔离电路单元12的第一输入管脚in1与串口多协议电路单元13的接收管脚rx相连，隔离电路单元12的第二输出管脚out2与串口多协议电路单元13的rs485的发送或接收使能控制管脚相连，隔离电路单元12的第三输出管脚out3与串口多协议电路单元13的rs485或rs232电平输出使能管脚相连。
51.在本实用新型实施例中，隔离电路单元12可以通过第一输入管脚in1接收来自控制电路单元11发送的控制信号。
52.隔离电路单元12也可以通过第二输入管脚in2接收来自控制电路单元11发送的控制信号。
53.隔离电路单元12还可以通过第三输入管脚in3接收来自控制电路单元11发送的控制信号。
54.隔离电路单元12又可以通过第一输入管脚in1接收串口多协议电路单元13发送的控制信息。
55.在本实用新型实施例中，隔离电路单元11可以通过第一输出管脚out1将所接收到的控制信号发送至串口多协议电路单元13。
56.隔离电路单元11也可以通过第二输出管脚out2将所接收到的控制信号发送至串口多协议电路单元13。
57.隔离电路单元11还可以通过第三输出管脚out3将所接收到的控制信号发送至串口多协议电路单元13。
58.在本实用新型实施例中，隔离电路单元12包括磁耦合器和外围阻容元件。
59.可选的，该耦合器为adum141e型号的耦合器，其传输传输速率为150mbps，隔离耐压为3.0kvrms。
60.在本实用新型实施例中，隔离电路单元12的输入管脚和控制电路单元11相连接，输出管脚连接至串口多协议电路单元13，实现fpga系统侧和远端传感器14侧的电气隔离。
61.在具体实现中，串口多协议电路单元13的第一输出管脚和第二输出管脚分别通过两条串口总线与远端传感器14的两个串口相连。
62.在本实用新型实施例中，串口多协议电路单元13可以通过第一输出管脚和第二输出管脚将控制信号发送至远端传感器14。
63.串口多协议电路单元13也可以通过接收管脚rx将控制信号发送至隔离电路单元12。
64.在本实用新型实施例中，串口多协议电路单元13可以通过发送管脚tx接收隔离电路单元12发送的控制信号。
65.串口多协议电路单元13也可以通过rs485的发送或接收使能控制管脚接收隔离电路单元12发送的控制信号。
66.串口多协议电路单元13还可以通过rs485或rs232电平输出使能管脚接收隔离电路单元12发送的控制信号。
67.在本实用新型实施例中，串口多协议电路单元13包括ltc2873芯片。
68.其中，ltc2873芯片设置有一个rs485和rs232电平转换单元。
69.在本实用新型实施例中，串口多协议电路单元13在不同的逻辑控制信号的驱动下，将控制电路单元11的ttl电平信号转换成所需的rs232或rs485电平或者将rs232或rs485电平转换成控制电路单元11所需的ttl电平。
70.其中，不同的逻辑控制信号指控制电路单元11中的io1管脚的高低电平可使能串口多协议电路单元13进入rs232或者rs485电平模式；io2管脚可控制在rs485模式下的接收或发生使能。
71.在具体实现中，远端传感器14用于根据其上的串口状态，配置控制电路单元11的io1管脚和io2管脚输出相应电平，根据电平状态，通过隔离电路单元12控制串口多协议电路单元13的发送或接收的使能，以及控制串口多协议电路单元13完成ttl电平和rs485或rs232电平转换。
72.若远端传感器14的串口是rs485电平接口，配置控制电路单元11的io1管脚和io2管脚输出高电平，根据控制信号为高电平状态，通过隔离电路单元12控制串口多协议电路单元13的发送的使能，并控制串口多协议电路单元13将ttl电平转换成rs485电平。
73.若远端传感器14的串口是rs232电平接口，配置控制电路单元11的io1管脚和io2
管脚输出低电平，根据控制信号为低电平状态，通过隔离电路单元12控制串口多协议电路单元13的接收的使能，并控制串口多协议电路单元13将ttl电平转换成rs232电平。
74.基于上述本实用新型实施例公开的串口通信电路，该串口通信电路包括：控制电路单元、隔离电路单元、串口多协议电路单元和远端传感器。控制电路单元通过隔离电路单元与所述串口多协议电路单元相连，串口多协议电路单元的输出管脚通过串口总线与远端传感器相连；控制电路单元根据远端传感器的串口状态输出相应电平，通过隔离电路单元控制串口多协议电路单元的发送或接收的使能，使串口多协议电路单元完成ttl电平和rs485或rs232电平转换。在本方案中，将控制电路单元、隔离电路单元、串口多协议电路单元和远端传感器对应相连在一起，根据远端传感器的串口状态，配置控制电路单元的输出相应电平，根据电平的状态控制串口多协议电路单元的发送或接收的使能和控制串口多协议电路单元完成ttl电平和rs485或rs232电平转换，从而实现提高串口通信电路的可靠性、减少电路构造、以及降低成本的目的。
75.结合图1，如图2所示为本实用新型实施例提供的另一种串口通信电路的结构示意图，该串口通信电路1还包括：串口防护电路单元15。
76.具体的，串口防护电路单元15设置在串口多协议电路单元13与远端传感器14之间，即设置在串口多协议电路单元13的右侧、远端传感器14的左侧。
77.在具体实现中，串口防护电路单元13的输出端与串口总线并联，串口防护电路单元13的接地端接地。
78.在本实用新型实施例中，串口防护电路单元13的输出端有两个，分别接至串口总线，接地端接入现场测地。
79.在本实用新型实施例中，串口防护电路单元13包括两端双向tvs、共模电感、退耦电阻和三端气体放电管。
80.在本实用新型实施例中，串口防护电路单元13并联接在串口总线上，实现串口接口的抗共模干扰和浪涌保护。
81.基于上述本实用新型实施例公开的串口通信电路，将控制电路单元、隔离电路单元、串口多协议电路单元和远端传感器对应相连在一起，根据远端传感器的串口状态，配置控制电路单元的输出相应电平，根据电平的状态控制串口多协议电路单元的发送或接收的使能和控制串口多协议电路单元完成ttl电平和rs485或rs232电平转换，从而实现提高串口通信电路的可靠性、减少电路构造、以及降低成本的目的。
82.结合图1、图2，如图3所示为本实用新型实施例提供的又一种串口通信电路的结构示意图，该串口通信电路1还包括：人机界面组态16。
83.具体的，人机界面组态16设置在远端传感器14的右侧。
84.人机界面组态16也可以设置在控制电路单元11的左侧。
85.在具体实现中，人机界面组态16与控制电路相连，通过pc机上的界面设置串口是rs232或rs485的电平输出。
86.在本实用新型实施例中，人机界面组态16是指pc机端的专用配置界面或plc系统专用的组态软件。
87.通过与控制电路相连，在人机界面组态16上设置远端传感器14的不同串口状态的电平输出，若远端传感器14的串口状态为rs485电平接口时，通过人机界面组态16配置控制
电路单元11的io2管脚输出高电平，若远端传感器14的串口状态为rs232电平接口时，通过人机界面组态16配置控制电路单元11的io2管脚输出低电平。
88.基于上述本实用新型实施例公开的串口通信电路，将控制电路单元、隔离电路单元、串口多协议电路单元和远端传感器对应相连在一起，根据远端传感器的串口状态，配置控制电路单元的输出相应电平，根据电平的状态控制串口多协议电路单元的发送或接收的使能和控制串口多协议电路单元完成ttl电平和rs485或rs232电平转换，从而实现提高串口通信电路的可靠性、减少电路构造、以及降低成本的目的。
89.为了更好地理解上述本实用新型实施例涉及的一种串口通信电路的结构示意图，在本实用新型一种应用场景中，如图4所示，为本实用新型实施例提供的一种控制电路单元的结构示意图。
90.在图4中，示出了主控模块41、外部时钟模块42、fpga模块43、控制外设44、总线通信模块45和背板总线46。
91.在具体实现中，主控模块41上设置有gd32f407芯片。
92.在本实用新型实施例中，主控模块41通过exmc并行总线与fpga模块43连接。
93.需要说明的是，控制模块41与fpga模块43之间是进行双向数据传输的。
94.外部时钟模块42将数据单向传输至fpga模块43。
95.在具体实现中，fpga模块43是max10系列的芯片，该芯片上设置有ram区，用于实现数据的传输。
96.fpga模块43通过两个线路与总线通信模块45连接，fpga模块43与控制外设44单向连接。
97.具体的，fpga模块43上的ram区的发送端口tx通过其中一条线路向总线通信模块45传输数据。
98.fpga模块43上的ram区的接收端口rx通过另一条线路接收总线通信模块45所传输的数据。
99.具体的，fpga模块43与控制外设连接，向控制外设44传输所接收到的数据。
100.在具体实现中，总线通信模块45通过两个线路与背板总线46连接。
101.需要说明的是，总线通信模块45与背板总线46之间连接的两条线路都是进行双向数据传输的。
102.在本实用新型实施例中，控制模块41通过exmc并行总线将数据传输至fpga模块43，fpga模块43根据外部时钟模块42所设置的时钟间隔，通过发送引脚tx将接收到的数据传输至总线通信模块45，总线通信模块45将接收到的数据传输至背板总线46，背板总线46根据所接收到的数据向总线通信模块45反馈数据，总线通信模块45将反馈数据传输至fpga模块43中的接收引脚rx，fpga模块43将反馈数据输出至控制外设44，完成主控模块41的数据传输。
103.基于上述本实用新型实施例公开的串口通信电路，将控制电路单元、隔离电路单元、串口多协议电路单元和远端传感器对应相连在一起，根据远端传感器的串口状态，配置控制电路单元的输出相应电平，根据电平的状态控制串口多协议电路单元的发送或接收的使能和控制串口多协议电路单元完成ttl电平和rs485或rs232电平转换，从而实现提高串口通信电路的可靠性、减少电路构造、以及降低成本的目的。
104.为了更好地理解上述本实用新型实施例涉及的一种串口通信电路的结构示意图，在本实用新型一种应用场景中，结合图4，如图5所示，为本实用新型实施例提供的一种控制电路单元的部分外围电路的结构示意图。
105.在图5中，示出了下载模块51、复位模块52、逻辑或门53、逻辑与门54和主控模块55。
106.主控模55上设置有gd32f407芯片。
107.在具体实现中，下载模块51的串行数据输入输出引脚swdio和串行线时钟引脚swclk分别与主控模块55连接。
108.下载模块51的复位使能引脚swrst与逻辑与门54的第一输入引脚连接，在下载模块51的复位使能引脚swrst与逻辑与门54之间外接上拉电阻。
109.下载模块51的引脚in
‑
put与逻辑或门53的第一输入引脚连接。
110.复位模块52的引脚rst与逻辑或门53的第二输入引脚连接。
111.逻辑或门53的输出引脚与逻辑与门54的第二输入引脚连接。
112.逻辑与门54的输出引脚与主控模块55的异步复位使能引脚nrst连接。
113.需要说明的是，下载模块51的串行数据输入输出引脚swdio与主控模块55之间是双向传输数据的，其他模块之间是单向传输数据的。
114.在本实用新型实施例中，下载模块51接收控制电路传输的数据，通过串行数据输入输出引脚swdio和串行线时钟引脚swclk将数据传输至主控模块55，主控模块55将接收到的数据反馈至下载模块51，下载模块51接收主控模块55所反馈的的数据，并通过复位使能引脚swrst和引脚in
‑
put将接收到的反馈数据分别传输至逻辑与门54的第一输入引脚和逻辑或门53的第一输入引脚，复位模块52通过引脚rst向逻辑或门53传输复位数据。
115.逻辑或门53根据接收来自下载模块51的数据和复位模块52的复位数据，进行逻辑或计算，得出计算结果，并将计算结果通过输出引脚传输至逻辑与门54的第二输入引脚。
116.逻辑或门53根据接收来自下载模块51的数据和逻辑或门54的计算结果，进行逻辑与计算，得出计算结果，并将计算结果通过输出引脚传输至主控模块55的异步复位使能引脚nrst，实现复位功能。
117.基于上述本实用新型实施例公开的串口通信电路，将控制电路单元、隔离电路单元、串口多协议电路单元和远端传感器对应相连在一起，根据远端传感器的串口状态，配置控制电路单元的输出相应电平，根据电平的状态控制串口多协议电路单元的发送或接收的使能和控制串口多协议电路单元完成ttl电平和rs485或rs232电平转换，从而实现提高串口通信电路的可靠性、减少电路构造、以及降低成本的目的。
118.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
119.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
120.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。