专利名称：智能式多串口交换机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工业控制网络领域，特别涉及一种智能式多串口交换机。
背景技术：
随着计算机网络发展，互联网的兴起，越来越多的智能仪器接入网络已成为一种趋势。接入以太网后可以实现数据的共享与远程管理。但目前大多智能仪器使用的是异步串行通信接口无网络接口，所以迫切需要一种能将异步串行通信协议转换为以太网TCP/IP协议的协议转换器。在集散式计算机测控领域中，多台智能仪器要与上位机(即主机)进行联网通讯，传统的解决方法是在计算机中加入多串口卡，但在实际的使用过程中多串口卡成本高、使用不方便、维护成本也高，且串行通信在可靠性、传输距离方面还是有很大的局限性。若要实现数目众多的智能仪器与远端主机之间的通信甚至与多个主机进行通信，多串口卡将不能胜任，并且基于RS-232C或RS-485总线方式的控制网络会变得非常复杂。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种智能式多串口交换机，可实现现有32台串行通讯仪器与以太网之间数据交互，成本低，使用方便。为了达到上述的目的，本实用新型提供一种智能式多串口交换机，包括底板，设置在所述底板上的串行通讯模块、光耦隔离模块、串口扩展模块和以太网卡模块，以及核心板；所述串口扩展模块与所述核心板连接；所述串行通讯模块通过所述光耦隔离模块与所述串口扩展模块连接；所述以太网卡模块与所述核心板连接。上述智能式多串口交换机，其中，所述串行通讯模块为32路RS-422差动电流驱动的串行通讯接口，包括RS-422总线驱动器AM26LS31和RJ-45插口 ；所述RJ-45插口与外部串行通讯仪器连接，所述RS-422总线驱动器AM26LS31实现TTL/C0MS电平的异步通信逻辑与RS-422电平的转换及驱动。上述智能式多串口交换机，其中，所述串口扩展模块由8片16C554A芯片组成。上述智能式多串口交换机，其中，所述核心板包括处理器、内存和闪存；所述内存和闪存均与所述处理器连接；所述处理器分别连接所述以太网卡模块和串口扩展模块。上述智能式多串口交换机，其中，所述处理器51采用以ARM920T为内核的S3C2440A微处理器，且运行Linux操作系统。上述智能式多串口交换机，其中，所述以太网卡模块包括网卡控制器接口芯片DM9000AEP和带隔离变压器的HR911105A网口座；所述带隔离变压器的HR911105A网口座通过以太网与外部主机连接；所述网卡控制器接口芯片控制所述带隔离变压器的HR911105A网口座与外部主机之间的数据传输。 上述智能式多串口交换机，其中，所述智能式多串口交换机还包括USB与JIAG调试模块，所述USB与JIAG调试模块与所述核心板连接。[0012]上述智能式多串口交换机，其中，所述智能式多串口交换机还包括串口打印控制台模块，所述串口打印控制台模块与所述核心板连接。上述智能式多串口交换机，其中，所述智能式多串口交换机还包括启动模式选择模块，所述启动模式选择模块与所述核心板连接。使用本实用新型智能式多串口交换机，无需对传统串行智能仪器进行更换或者升级，就能将多台(例如32台)串行智能仪器接入以太网，通过以太网进行数据的远程传输与处理，经济、快捷。
本实用新型的智能式多串口交换机由以下的实施例及附图给出。图1是本实用新型实施例的智能式多串口交换机的示意图。
具体实施方式
以下将结合图1对本实用新型的智能式多串口交换机作进一步的详细描述。参见图1，本实施例的智能式多串口交换机包括底板I，设置在所述底板I上的串行通讯模块2、光耦隔离模块3、串口扩展模块4、核心板5、USB与JIAG调试模块6、电源模块7、启动模式选择模块8、以太网卡模块9和串口打印控制台模块10 ；所述串口扩展模块4与所述核心板5连接，用于扩展所述核心板5的串行通信接Π ；所述串行通讯模块2通过所述光耦隔离模块3与所述串口扩展模块4连接，所述串行通讯模块2用于与外部串行通讯仪器连接，所述光耦隔离模块3用于通讯的隔离；[0021 ] 所述USB与JIAG调试模块6、启动模式选择模块8、以太网卡模块9和串口打印控制台模块10均与所述核心板5连接；往所述核心板5内植入程序通过所述USB与JIAG调试模块6 ;所述以太网卡模块9可通过以太网与外部主机连接；所述串口打印控制台模块10与外部上位机连接，可向外部上位机输出所述智能式多串口交换机各个模块运行状态；所述电源模块7分别连接所述串行通讯模块2、光耦隔离模块3、串口扩展模块4、核心板5、USB与JIAG调试模块6、启动模式选择模块8、以太网卡模块9和串口打印控制台模块10，用于给所述智能式多串口交换机的各个模块供电。本实施例中，所述串行通讯模块2为32路RS-422差动电流驱动的串行通讯接口，包括RS-422总线驱动器AM26LS31和RJ-45插口 ；所述RJ-45插口用于与外部串行通讯仪器连接，所述RS-422总线驱动器AM26LS31用于实现TTL/C0MS电平的异步通信逻辑与RS-422电平的转换及驱动。本实施例中，所述光耦隔离模块3采用HCPL-2300芯片。本实施例中，所述串口扩展模块4由8片16C554A芯片组成。继续参见图1，所述核心板5包括处理器51、内存52和闪存53 ;所述内存52和闪存53均与所述处理器51连接；所述处理器51分别连接所述串口扩展模块4、USB与JIAG调试模块6、启动模式选择模块8、以太网卡模块9和串口打印控制台模块10。本实施例中，所述处理器51采用以ARM920T为内核的S3C2440A微处理器，且运行Linux操作系统；所述内存52采用HY57V561620FTP-H芯片；所述闪存53采用K9F2G08芯片。[0027]本实施例中，所述以太网卡模块9包括网卡控制器接口芯片(DM9000AEP)和带隔离变压器的HR911105A网口座；所述带隔离变压器的HR911105A网口座可通过以太网与外部主机连接；所述DM9000AEP用于控制所述带隔离变压器的HR911105A网口座与外部主机之间的数据传输。所述核心板5、串行通讯模块2、串口扩展模块4和光耦隔离模块3形成串口数据处理及协议转换功能模块，完成从外部串行通讯仪器接收数据，向外部串行通讯仪器发送数据，数据处理及转换工作。所述核心板5和以太网卡模块9形成网络TCP/IP协议转换功能模块，该部分主要处理来自网口的数据，由网卡控制器接口芯片进行数据的接收并传输给微处理器，微处理器通过移植在它上面的Iinux操作系统完成TCP/IP五层协议的解析与打包工作。数据从串口发往网口时，处理器51将以太网发送缓冲区(内存)中的串行通信数据包进行封装并传输给IP层；当数据由网口发往串口时，处理器51接收以太网的数据并开始解析协议、解包等工作，最后分离出应用层数据，然后将应用层数据交付给串口数据处理及协议转换功能模块，这样就实现了数据从网口到串口，再从串口到网口的双向传输。本实用新型软件的实现为:通过socket编程使得外部主机与所述智能式多串口交换机能够进行网络通信，完成以太网报文和串口数据格式的转换，成为以太网与串行通讯仪器之间交互的桥梁。所述智能式多串口交换机主要完成的任务:从串口读取数据，通过TCP/IP协议，将串口数据帧转换为网络套接字(socket)形式发出；同样也可以接收来自网络客户端(外部主机)的数据，通过转换网关将网络套接字变为串口数据帧向串口发送。所述智能式串口交换机启动Linux操作系统并将自动运行根文件系统里的程序，为每一个串口打开两路线程函数，这样，32个串口同时运行时就打开了 64路线程函数，并且在网络连接正常及客户端没有断开连接时，64路线程函数将不会结束。本实用新型开发了一种基于ARM9和Linux操作系统的嵌入式智能式多串口交换机，该智能式多串口交换机能同时将32台串行智能仪器接入以太网，并能准确的将接收到的以太网数据包进行解包、分析，智能的辨识出数据该发往哪个串行智能仪器，同时也能将串行智能仪器发来的数据进行打包，转换成以太网数据包从以太网口发送出去。采用以ARM920T为内核的S3C2440A微处理器运行Linux操作系统使用IOOMBase-T网络在串行设备与远端主机之间有效的进行传输数据，采用了分层的设计思想。在硬件电路的设计上采用嵌入式系统中较常用的DM9000AEP以太网控制器芯片作为系统的网卡芯片，利用8片TI公司的16C554A芯片扩展了 32路串行通信口，另外考虑到串行通讯速率与以太网通讯速率不匹配的情况，系统还扩展了 256M的SDRAM作为数据传输的缓存。在软件上采用了当下较新的Linux内核进行了系统的移植、裁剪，针对于智能式串口专用交换机编写了 16C554A的驱动与DM9000AEP的网卡芯片驱动，成功完成了嵌入式系统的构建。为了实现32路串行口数据与以太网数据的互相传输，并且能够让用户感觉到通过网络就可以直接控制32路串行设备中的任何一台设备。本设计利用Linux强大的网络支持功能，结合Linux多线程技术与socket网络套接字编程方法，为每一个串口打开两路线程函数，一路是串行设备数据发往以太网口，另一路是以太网口数据发往指定的串行设备。这样系统有32个串口同时运行时就打开了 64路线程函数，由于为每一个串口的上行，下行数据的传输都各自开了两路独立的线程函数，所以用户可以在远程独立的操作本地的每个串□。 本实用新型的智能式多串口交换机能够为串行设备增加联网功能，具有极高的实用价值，应用前景非常广阔，可应用于工业自动化、环境实时监控、智能公路管理、POS消费系统、楼宇自控系统、智能家居系统、远程数据采集与控制等领域。
权利要求1.一种智能式多串口交换机，其特征在于，包括底板，设置在所述底板上的串行通讯模块、光耦隔离模块、串口扩展模块和以太网卡模块，以及核心板； 所述串口扩展模块与所述核心板连接； 所述串行通讯模块通过所述光耦隔离模块与所述串口扩展模块连接； 所述以太网卡模块与所述核心板连接。
2.如权利要求1所述的智能式多串口交换机，其特征在于，所述串行通讯模块为32路RS-422差动电流驱动的串行通讯接口，包括RS-422总线驱动器AM26LS31和RJ-45插口；所述RJ-45插口与外部串行通讯仪器连接，所述RS-422总线驱动器AM26LS31实现TTL/COMS电平的异步通信逻辑与RS-422电平的转换及驱动。
3.如权利要求1所述的智能式多串口交换机，其特征在于，所述串口扩展模块由8片16C554A芯片组成。
4.如权利要求1所述的智能式多串口交换机，其特征在于，所述核心板包括处理器、内存和闪存；所述内存和闪存均与所述处理器连接；所述处理器分别连接所述以太网卡模块和串口扩展模块。
5.如权利要求4所述的智能式多串口交换机，其特征在于，所述处理器(51)采用以ARM920T为内核的S3C2440A微处理器，且运行Linux操作系统。
6.如权利要求1所述的智能式多串口交换机，其特征在于，所述以太网卡模块包括网卡控制器接口芯片DM9000AEP和带隔离变压器的HR911105A网口座；所述带隔离变压器的HR911105A网口座通过以太网与外部主机连接；所述网卡控制器接口芯片DM9000AEP控制所述带隔离变压器的HR911105A网口座与外部主机之间的数据传输。
7.如权利要求1所述的智能式多串口交换机，其特征在于，所述智能式多串口交换机还包括USB与JIAG调试模块，所述USB与JIAG调试模块与所述核心板连接。
8.如权利要求1所述的智能式多串口交换机，其特征在于，所述智能式多串口交换机还包括串口打印控制台模块，所述串口打印控制台模块与所述核心板连接。
9.如权利要求1所述的智能式多串口交换机，其特征在于，所述智能式多串口交换机还包括启动模式选择模块，所述启动模式选择模块与所述核心板连接。
专利摘要本实用新型的智能式多串口交换机包括底板，设置在所述底板上的串行通讯模块、光耦隔离模块、串口扩展模块和以太网卡模块，以及核心板；所述串口扩展模块与所述核心板连接；所述串行通讯模块通过所述光耦隔离模块与所述串口扩展模块连接；所述以太网卡模块与所述核心板连接。本实用新型的智能式多串口交换机可实现现有串行通讯仪器与以太网之间数据交互，成本低，使用方便。
文档编号H04L29/06GK202918326SQ20122058129
公开日2013年5月1日 申请日期2012年11月7日 优先权日2012年11月7日
发明者王海勇 申请人:上海航天设备制造总厂