一种有源以太网设备的串口设计电路及有源以太网设备的制作方法

本申请涉及以太网技术领域，尤其涉及一种有源以太网(Power Over Ethernet，POE)设备的串口设计电路及有源以太网设备。

背景技术：

POE指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端(如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等)传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。采用这种方式供电的产品称之为POE设备。为POE设备供电的设备称为供电设备(Power Sourcing Equipment，PSE)。

通常，POE设备的网口和串口架构可以如图1所示。POE设备的RJ45网络接口可传输八路信号，标号为1、2、3、6的数据端口可用于接收外接电源输入的信号，标号为4、5、7、8的数据端口也可用于接收外接电源输入的信号。此外，标号为1、2、3、6的数据端口还用于传输数据信号。

在图1所示的POE设备中，通用串行数据总线(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)模块为POE设备的内部模块，也就是说，POE设备并未对外提供UART接口，因而要使用POE设备的串口功能进行数据传输，需要对设备进行拆解，该过程操作起来比较繁琐，且不易于工程实现。

因此，亟需一种POE设备的串口设计方案，用以为POE设备提供实现串口通信的对外接口。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种POE设备的串口设计电路及POE设备，用以为POE设备提供实现串口通信的对外接口。

第一方面，本申请实施例提供一种有源以太网POE设备的串口设计电路，该电路包括：检测模块，用于检测POE设备的以太网接口中的第一部分数据端口是否带电，并根据检测结果输出控制信号；第一部分数据端口与POE设备中的通用串行数据总线UART模块连接时用于传输串口数据，第一部分数据端口与POE设备中的电源模块连接时用于传输电源信号；开关模块，与检测模块连接，用于根据控制信号将第一部分数据端口与UART模块或电源模块切换连接。

可选地，开关模块在根据控制信号将第一部分数据端口与UART模块或电源模块切换连接时，具体用于：若控制信号指示第一部分数据端口带电，将第一部分数据端口与电源模块连接；或者，若控制信号指示第一部分数据端口不带电，将第一部分数据端口与UART模块连接。

可选地，该POE设备上电时，第一部分数据端口与电源模块连接。

可选地，检测模块在检测POE设备的以太网接口中的第一部分数据端口是否带电时，具体用于：检测第一部分数据端口中用于与电源模块的正极连接的第一数据端口和用于与电源模块的负极连接的第二数据端口的电压之差，以确定第一部分数据端口是否带电。

可选地，检测模块包括：第一分压电阻，第一分压电阻的第一端与第一数据端口连接；第二分压电阻，第二分压电阻的第一端与第一分压电阻的第二端连接，第二分压电阻的第二端与第二数据端口连接；第一MOS管，第一MOS管的栅极与第一分压电阻的第一端连接，第一MOS管的源极与第二分压电阻的第二端连接；光耦，光耦的第一输入端通过输入电阻与第一数据端口连接，光耦的第二输入端与第一MOS管的漏极连接，光耦的输出端与开关模块连接，光耦的输出端通过上拉电阻与上拉电源的正极连接。

可选地，检测模块还包括：滤波电容，滤波电容的第一端与第二分压电阻的第一端连接，滤波电容的第二端与第二分压电阻的第二端连接。

可选地，开关模块包括：第二MOS管，第二MOS管的栅极与检测电路连接，第二MOS管的漏极通过第一电容与第二MOS管的源极连接，第二MOS管的源极接地；第一继电器，第一继电器与第二MOS管的漏极连接，用于根据第二MOS管的输出信号将第一部分数据端口与UART模块或电源模块切换连接。

第二方面，本申请实施例提供一种有源以太网POE设备的串口设计电路，该电路包括：第一网络接口，第一网络接口与POE设备中的以太网接口对接，以太网接口中的第一部分网络接口用于传输串口数据，以太网接口中的第二部分网络接口用于传输以太网数据或用于传输电源信号；RS232收发器，用于将第一部分数据端口中传输的串口数据转换为RS232协议下的串口数据；RS232接口，与RS232收发器的输出端连接，用于将RS232协议下的串口数据输出；第二网络接口，与第一网络接口连接，用于将第二部分数据端口中传输的以太网数据或者电源信号输出。

第三方面，本申请实施例提供一种POE设备，该POE设备包括上述第一方面及其任一可选实现方式中提供的POE设备的串口设计电路。

综上，采用本申请提供的POE设备的串口设计电路，由于开关模块可以将第一部分数据端口与UART模块连接或电源模块切换连接，那么，当第一部分数据端口与UART模块连接时，POE设备中的第一部分数据端口即可视为POE设备中用于实现串口通信的对外接口。

附图说明

图1为现有技术提供的一种POE设备的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的第一种POE设备的串口设计电路的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种POE设备的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种检测模块和开关模块的运行流程图；

图5为本申请实施例提供的一种检测模块的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种检测模块和开关模块的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的第二种POE设备的串口设计电路的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种POE设备的串口设计电路与POE设备的连接示意图；

图9为本申请实施例提供的第三种POE设备的串口设计电路的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种POE设备的串口设计电路，用以为POE设备提供实现串口通信的对外接口。

下面结合附图对本申请实施例提供的串口设计方案进行详细介绍。

参见图2为本申请实施例提供的一种有源以太网POE设备的串口设计电路。该电路200包括检测模块201和开关模块202。

检测模块201，用于检测POE设备的以太网接口中的第一部分数据端口是否带电，并根据检测结果输出控制信号；第一部分数据端口与POE设备中的UART模块连接时用于传输串口数据，第一部分数据端口与POE设备中的电源模块连接时用于传输电源信号；

开关模块202，与检测模块201连接，用于根据控制信号将第一部分数据端口与UART模块或电源模块切换连接。

其中，POE设备的以太网接口可以为RJ45网络接口；第一部分数据端口可以为POE设备的以太网接口中可以复用为串口的端口。示例性地，第一部分数据端口可以为POE设备中标号为4、5、7、8的数据端口。这是因为，POE设备中标号为1、2、3、6的数据端口已经用于同时传输数据信号和电源信号，复用难度较大。

其中，开关模块202中用于切换的开关可以为两个单刀双掷开关。具体实现时，单刀双掷开关可以采用继电器实现。

采用上述方案，由于开关模块202可以将第一部分数据端口与UART模块连接或电源模块切换连接，那么，当第一部分数据端口与UART模块连接时，POE设备中的第一部分数据端口即可视为POE设备中用于实现串口通信的对外接口。

具体地，将上述POE设备的串口设计电路应用于图1所示的POE设备时，该POE和设备可以如图3所示。

图3中，检测模块的输入信号可以为标号为4、5、7、8的数据端口传输的信号，检测模块201可通过检测标号为4、5、7、8的数据端口上是否带电来将4、5、7、8的数据端口与UART模块或PD端连接。其中，与PD端连接即相当于与电源模块连接。

可选地，开关模块202在根据控制信号将第一部分数据端口与UART模块或电源模块切换连接时，具体用于：若控制信号指示第一部分数据端口带电，将第一部分数据端口与电源模块连接；或者，若控制信号指示第一部分数据端口不带电，将第一部分数据端口与UART模块连接。

若检测模块201输出的控制信号指示第一部分数据端口带电，则第一部分数据端口中正在传输电源信号，以给POE设备供电。那么，此时可优先给POE设备供电，开关模块202可将第一部分数据端口与电源模块连接，给POE设备供电。若检测模块201输出的控制信号指示第一部分数据端口不带电，则表明第一部分数据端口没有给POE设备供电，此时开关模块202可以将第一部分数据端口与UART模块连接，从而通过POE设备的对外接口(即第一部分数据端口)实现串口通信。

此外，在POE设备上电时，开关模块202可默认将第一部分数据端口与电源模块连接。

采用这种方案，可以优先抱枕POE设备的供电，避免在POE上电时占用第一部分数据端口进行串口通信，导致POE设备的供电无法保证，影响POE设备的正常运行。

示例性地，检测模块和开关模块的运行流程图可以如图4所示。图4中，POE设备上电时，4578线接到电源模块，优先给POE设备供电。检测模块检测4578线上是否有电(即检测第一部分数据端口是否带电)。若4578线上带电，则判断POE设备通过4578线供电，此时开关模块不动作，即4578线仍用于给POE设备供电；若4578线上不带电，则判断4578线空闲，此时开关模块可将4578线转到UART模块，以传输串口数据。

可选地，检测模块201在检测POE设备的以太网接口中的第一部分数据端口是否带电时，具体用于：检测第一部分数据端口中用于与电源模块的正极连接的第一数据端口和用于与电源模块的负极连接的第二数据端口的电压之差，以确定第一部分数据端口是否带电。

在通过第一部分数据端口为POE设备供电时，第一部分数据端口包含的端口数量可以为四个，其中两个端口用于连接电源模块的正极、另外两个端口用于连接电源模块的负极。具体地，一个正极端口和一个负极端口用于传输一对隔离电源信号。在检测第一部分数据端口是否带电时，可检测用于与电源模块的正极连接的第一数据端口和用于与电源模块的负极连接的第二数据端口的电压之差：若二者电压差为零，则表示第一部分数据端口不带电；若二者电压差不为零，则表示第一部分数据端口带电。

需要说明的是，PSE在对POE设备供电前，会对POE设备进行PD检测，因此在设计检测电路201时，要注意两个问题：一是不能影响PD检测过程，另一个是PSE供电的电源与系统电源是隔离的。

为解决上述问题，首先介绍一下PD检测的过程。PD检测的目的是PSE确认下挂设备是否为一个有效的受电设备，同时确认该设备的功耗等级。在加电之前，PSE先用2.8V～10V的探测电压去侦测是否有POE设备接入，通过测得的特征阻抗来确认下挂设备是否为有效的POE设备。一个有效的POE设备在供电端呈现一个23.7K～26.3K的电阻，并联电容在0.05uF～0.12uF之间。检测完之后，PSE再向下挂设备施加一个15.5V～20.5V的电压来测量该设备的电流分级。完成上述过程之后，PSE确认下挂设备为合法的POE设备，并完成对该设备的分级，PSE开始对该POE设备进行供电，输出一个44V～57V的电压。

从上述检测过程可以看出，PSE供电的电压并不是一步到位的，而是慢慢升上去的。因此本申请提供的检测电路，可以考虑如下设计理念：在PSE进行PD检测的过程中，检测电路201不工作，PSE正常开始对POE设备供电时，检测电路201才开始检测。

具体地，检测模块201可以包括：第一分压电阻，第一分压电阻的第一端与第一数据端口连接；第二分压电阻，第二分压电阻的第一端与第一分压电阻的第二端连接，第二分压电阻的第二端与第二数据端口连接；第一MOS管，第一MOS管的栅极与第一分压电阻的第一端连接，第一MOS管的源极与第二分压电阻的第二端连接；光耦，光耦的第一输入端通过输入电阻与第一数据端口连接，光耦的第二输入端与第一MOS管的漏极连接，光耦的输出端与开关模块202连接，光耦的输出端通过上拉电阻与上拉电源的正极连接。

此外，检测模块201还可以包括：滤波电容，滤波电容的第一端与第二分压电阻的第一端连接，滤波电容的第二端与第二分压电阻的第二端连接。

本申请中，可以通过对两个分压电阻(第一分压电阻和第二分压电阻)的阻值设置，实现如下过程：当PSE的输出电压为PD检测过程中输出的较小电压值时，第一MOS管不开启，此时检测电路201不工作；当PSE的输出电压为正常供电电压时，第一MOS管开启，此时检测电路201开始检测。具体地，可以通过光耦对第一数据端口和第二数据端口的电压差进行检测。

此外，本申请中，第一部分数据端口中与电源模块的负极连接的第二数据端口与光耦的接地端不共地，从而使得PSE供电的电源与系统电源隔离。

示例性地，检测模块201的一种可能的结构示意图可以如图5所示。图5中，+48_IN2为第一数据端口的一个具体示例，GND2_POE为第二数据端口的一个具体示例，R1为第一分压电阻的一个示例，R2为第二分压电阻的一个示例，R3与R12的并联电阻为输入电阻的一个具体示例，C1为滤波电容的一个具体示例，M1为第一MOS管的一个具体示例，U1为光耦的一个具体示例，R4为上拉电阻的一个具体示例，上拉电源为光耦U1提供3.3V的上拉电压。此外，光耦的接地端与GND2_POE隔离，使得PSE供电的电源与系统电源隔离。

图5所示的检测模块201的工作原理如下：

(1)在+48_IN2和GND2_POE间串联两个大电阻进行分压(R1和R2，R1和R2均可根据实际情况修改阻值)，电容C1用来吸收可能出现的高频噪声干扰，二者分压后接入压控器件(NMOS管M1)，M1的开启电压为Vth。在PD检测过程中，由于PSE最大输出电压20V左右，通过R1和R2是阻值设置，可以使得分压到M1上的电压小于Vth，不足以开启M1，此时M1处于关断状态。只有当PSE正常供电时，M1的栅极电压大于Vth，M1才开始导通，检测模块201开始工作。因此，采用图5所示的检测电路201，检测电路不会对PD检测造成影响。

(2)因为+48_IN2和GND2_POE是一对隔离电源信号，因此可选用光耦(U1)来实现这对隔离信号的检测。将两个信号通过电阻R3和R12(此处用两个电阻并联是考虑到电阻的功耗要求，可根据实际调试进行修改，也可采用一个电阻实现)接入光耦U1输入端1。POE设备上电后，输入电压在48V左右，可以在光耦U1的输入端1产生电流，光耦输出端采用OPEN DRAIN的连接方式进行输出，输出端输出DET_CTRL(即控制信号)，以控制开关模块202。

(3)当+48_IN2和GND2_POE上无电压时，M1和U1均关断，DET_CTRL为高电平。当+48_IN2和GND2_POE上有POE电压时，M1和U1导通，DET_CTRL为低电平。因此，开关模块202根据DET_CTRL的电平状态即可判断+48_IN2和GND2_POE是否带电。

可选地，开关模块包括：第二MOS管，第二MOS管的栅极与检测电路连接，第二MOS管的漏极通过第一电容与第二MOS管的源极连接，第二MOS管的源极接地；第一继电器，第一继电器与第二MOS管的漏极连接，用于根据第二MOS管的输出信号将第一部分数据端口与UART模块或电源模块切换连接。

此外，开关模块还可以通过两个MOS管(例如MOS1和MOS2)和两个继电器(例如JK1和JK2)实现，MOS1+JK1的组合用于将第一部分数据端口中的一部分数据端口(例如标号为4和5的数据端口)与UART模块或电源模块切换连接，MOS2+JK2的组合用于将第一部分数据端口中的另一部分数据端口(例如标号为7和8的数据端口)与UART模块或电源模块切换连接。其具体连接方式与实现原理与采用一个MOS管+一个继电器的方案类似，此处不再赘述。

示例性地，当检测模块201采用图5中的实现方式时，开关模块202和图5中的检测模块201想配合，可以实现第一部分数据端口用于传输电源信号或传输串口数据，如图6所示。

图6中，通过两个MOS管(M2和M3)以及两个继电器(JK1和JK2)实现开关模块，其工作原理如下：当+48_IN2和GND2_POE上无电压时，M1和U1均关断，DET_CTRL为高电平，M2和M3导通，4578确认为空闲线，继电器JK1和JK2切换，将4578线接到UART模块。当+48_IN2和GND2_POE上有POE电压时，M1和U1导通，DET_CTRL输出低电平，M2和M3关断，4578确认为电源线，继电器JK1和JK2不切换，维持默认状态，为POE设备供电。

综上，采用图2所示的POE设备的串口设计电路，由于开关模块202可以将第一部分数据端口与UART模块连接或电源模块切换连接，那么，当第一部分数据端口与UART模块连接时，POE设备中的第一部分数据端口即可视为POE设备中用于实现串口通信的对外接口。

此外，本申请实施例还提供一种POE设备，该POE设备包括图2所示的POE设备的串口设计电路。

此外，本申请还提供另一种POE设备的串口设计电路，用以为POE设备提供实现串口通信的对外接口。如图7所示，该POE设备的串口设计电路700包括：

第一网络接口701，第一网络接口701与POE设备中的以太网接口对接，以太网接口中的第一部分网络接口用于传输串口数据，以太网接口中的第二部分网络接口用于传输以太网数据或电源信号；

RS232收发器702，用于将第一部分数据端口中传输的串口数据转换为RS232协议下的串口数据；

RS232接口703，与RS232收发器702的输出端连接，用于将RS232协议下的串口数据输出；

第二网络接口704，与第一网络接口701连接，用于将第二部分数据端口中传输的以太网数据或者电源信号输出。

其中，该POE设备的串口设计电路700可视为POE设备外部的接口板电路，将POE设备的串口设计电路700应用于图1所示的POE设备时，可以如图8所示。

在POE设备的串口设计电路700中，与POE设备的串口设计电路200不同的是，第一部分数据端口(例如标号为4、5、7、8、的数据端口)仅用于传输串口数据，第二部分数据端口用于传输以太网数据和电源信号，也就是说，4、5、7、8、的数据端口不再用于给POE设备供电。那么，在POE设备的串口设计电路700中，将第一部分数据端口和第二部分数据端口分离开来，从而将独立出来的第一部分数据端口进行RS232转换后，专门用于传输串口数据。

示例性地，POE设备的串口设计电路700的一种可能的实现方式可以如图9所示。图9中，J2为第一网络接口的一个具体示例，J1为RS2323接口的一个具体示例，J4为第二网络接口的一个具体示例。

图9所示的POE设备的串口设计电路中，J2连接POE设备的RJ45网络接口，1236线直接与J1连接，用作以太网数据/电源信号的传输。J2的4578线连接到RS232收发器U3，输出RS232_RXD和RS232_TXD信号到9pin的RS232接口(J4)，可直接连PC机或POE交换机。

需要说明的是，图9所示的POE设备的串口设计电路中，为了表达方式简化，并未将J2、J1、U3、J4用信号线连接起来，而是用不同器件管脚中的信号名称代替信号线连接的表达。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请实施例的精神和范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。