一种物联网应用的串口混合通信系统的制作方法

本实用新型实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种物联网应用的串口混合通信系统。

背景技术：

串口是一种非常通用的用于设备之间通信的接口，可以作为系统中的控制单元与不同功能外设之间主要的通信媒介。

不同的外设与控制单元的串行通信接口往往有不同的模式，但控制单元的串行通信接口通常仅具有单一模式的串口功能。当需要连接多个不同串行通信模式的外设时，一种方法是分别与控制单元的多个串行通信接口建立通信，对硬件资源的消耗极大，造成资源浪费，成本增加；另一种方法是通过跳线对控制单元的通信接口进行硬件选择，该方法在通信接口转换时会破坏系统整体封装，可靠性低，且灵活性极差。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种物联网应用的串口混合通信系统，可以实现不同串行通信模式的自动选择和灵活切换，从而高效利用系统的硬件资源。

本实用新型实施例提供了一种物联网应用的串口混合通信系统，包括第一串行接口、第二串行接口、串口复用电路和控制单元；其中：

所述第一串行接口与所述串口复用电路电连接，用于实现第一外设与所述控制单元之间的数据传输；

所述第二串行接口与所述串口复用电路电连接，用于实现第二外设与所述控制单元之间的数据传输；

所述串口复用电路与所述控制单元电连接，用于实现所述第一串行接口或所述第二串行接口与所述控制单元之间的数据传输。

可选的，所述串口复用电路包括第一二极管和第二二极管；其中：

所述第一二极管的输入端与所述第一串行接口的第一内部发送端电连接，输出端与所述控制单元的第一串口接收端电连接，用于对所述第一串行接口发送的第一通信数据传输至所述控制单元；所述第一通信数据为所述第一外设向所述第一串行接口的第一外部接收端发送的数据；

所述第二二极管的输入端与所述第二串行接口的第二内部发送端电连接，输出端与所述控制单元的第一串口接收端电连接，用于对所述第二串行接口发送的第二通信数据传输至所述控制单元；所述第二通信数据为所述第二外设向所述第二串行接口的第二外部接收端发送的数据；

所述控制单元用于通过第一串口发送端向所述第一串行接口的第一内部接收端或所述第二串行接口的第二内部接收端发送第三通信数据；所述第一串行接口还用于通过第一外部发送端将所述第三通信数据发送至所述第一外设；所述第二串行接口还用于通过第二外部发送端将所述第三通信数据发送至所述第二外设。

可选的，所述串口复用电路还包括第一电阻和第二电阻；其中：

所述第一电阻的输入端与所述第一串行接口的第一内部发送端电连接，输出端与所述第一二极管的输入端电连接，用于对所述第一通信数据进行限流保护；

所述第二电阻的输入端与所述控制单元的发送端电连接，输出端与所述第一串行接口的第一内部接收端电连接，用于对所述第三通信数据进行限流保护。

可选的，所述系统还包括无线通信单元；其中：

所述无线通信单元与所述控制单元的第二串口电连接，用于接收所述控制单元发送的第四通信数据，并对所述第四通信数据进行向外转发；还用于向所述控制单元发送第五通信数据。

可选的，所述系统还包括流量数据提供单元；其中：

所述流量数据提供单元与所述无线通信单元通信连接，用于对所述无线通信单元提供流量，以使所述无线通信单元向外转发所述第四通信数据。

可选的，所述系统还包括数据采集单元；其中：

所述数据采集单元的输出端与所述控制单元的第一i/o口通信连接，用于采集所述第一外设或所述第二外设的传感器信号。

可选的，所述数据采集单元包括数据采集光耦隔离模块；其中：

所述数据采集光耦隔离模块的输入端与所述第一外设或所述第二外设中的数字传感器通信连接，输出端与所述控制单元的第一i/o口通信连接，用于对数字传感器信号进行采集，并对所述的第一i/o口进行隔离保护。

可选的，所述数据采集单元包括数据采集光耦隔离模块和模拟传感器接口模块；其中：

所述数据采集光耦隔离模块的输入端与所述模拟传感器接口单元的输出端通信连接，输出端所述控制单元的第一i/o口通信连接，用于接收所述模拟传感器接口单元发送的数字传感器信号，并对所述的第一i/o口进行隔离保护；

所述模拟传感器接口单元的输入端与所述第一外设或所述第二外设通信连接，用于对所述第一外设或所述第二外设采集模拟传感器信号，并对所述模拟传感器信号转换为所述数字传感器信号。

可选的，所述系统还包括开关控制单元；其中：

所述开关控制单元的输入端与所述控制单元的第二i/o口通信连接，输出端与所述第一外设和所述第二外设电连接，用于对所述第一外设或所述第二外设进行开关控制。

可选的，所述开关控制单元还包括开关控制光耦隔离模块；其中：

所述开关控制光耦隔离模块的输入端与所述控制单元的第二i/o口通信连接，输出端与所述第一外设和所述第二外设电连接，用于对所述的第二i/o口进行隔离保护。

本实用新型实施例的技术方案根据第一串行接口、第二串行接口、串口复用电路和控制单元组成一种物联网应用的串口混合通信系统，并通过第一串行接口实现第一外设与控制单元之间的数据传输，通过第二串行接口实现第二外设与控制单元之间的数据传输，通过串口复用电路实现所述第一串行接口或第二串行接口与控制单元之间的数据传输，实现了利用串口复用电路对串口信号进行混合处理，使系统中控制单元的一个串行通信接口可以支持两种不同的串口通信模式，可以同时连接不同类型串口的外设，分别进行串行通信，实现不同串行通信模式的自动选择和灵活切换，从而高效利用系统的硬件资源。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种物联网应用的串口混合通信系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例二提供的一种物联网应用的串口混合通信系统的结构示意图。

图3为本实用新型实施例二提供的又一种物联网应用的串口混合通信系统的结构示意图。

图4为本实用新型实施例二提供的又一种物联网应用的串口混合通信系统的结构示意图。

图5为本实用新型实施例二提供的一种光耦隔离模块的电路图。

图6为本实用新型实施例二提供的又一种物联网应用的串口混合通信系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种物联网应用的串口混合通信系统的结构示意图。本实施例提供的串口混合通信系统可适用于控制单元通过同一个串口同时连接不同类型接口的外设，分别进行串行通信的情况。结合图1所示，本实用新型实施例提供的串口混合通信系统，包括第一串行接口110、第二串行接口120、串口复用电路130和控制单元140。

其中，第一串行接口110与串口复用电路130电连接，用于实现第一外设与控制单元140之间的数据传输；第二串行接口120与串口复用电路130电连接，用于实现第二外设与控制单元140之间的数据传输；串口复用电路130与控制单元140电连接，用于实现第一串行接口110或第二串行接口120与控制单元140之间的数据传输。

具体的，第一串行接口110可以是控制单元140支持的任意串行通信模式的串行通信接口，可以包括任意串行通信模式对应的收发电路和连接器。第一外设可以是任意包括与第一串行接口110可以电连接且串行通信模式相同的串行通信接口的外设。第二串行接口120可以是控制单元140支持的任意串行通信模式的串行通信接口，可以包括任意串行通信模式对应的收发电路和连接器。第二外设可以是任意包括与第二串行接口120可以电连接且串行通信模式相同的串行通信接口的外设。可选的，第二串行接口120与第一串行接口110的串行通信模式不同。

示例性的，第一串行接口110可以是rs232串口，第二串行接口120可以是rs485串口，支持mudbus485以及串口透传协议。相应的，第一外设可以是包括rs232串口的外设，第一外设的串口可以与第一串行接口110通过连接器和串口线电连接，第二外设可以是包括rs485串口的外设，第二外设的串口可以与第二串行接口120通过连接器和串口线电连接。

串口复用电路130可以是用于对控制单元140的串口进行复用的电路，可以实现控制单元140的同一个串口同时与第一串行接口110和第二串行接口120电连接，以使控制单元140通过同一个串口接收第一串行接口110或第二串行接口120发送的通信数据。串口复用电路130可以包括选择性导通的电子元件，可以对第一串行接口110或第二串行接口120发送的通信数据信号导通至控制单元140。

控制单元140可以是支持串口通信的集成芯片，包括支持第一串行接口110和第二串行接口120的串行通信模式的串行通信接口。可选的，控制单元140可以是mcu(microcontrolunit，微控制单元)。

相应的，第一串行接口110可以包括一组与第一外设电连接的第一外部发送端和第一外部接收端，还可以包括一组与串口复用电路130连接的第一内部发送端和第一内部接收端。第一外部接收端可以接收第一外设发送的信号，将该信号通过第一内部发送端发送至串口复用电路130。如果此时串口复用电路130可以对该信号导通，则控制单元140可以通过串口复用电路130接收到第一外设发送的信号，实现第一外设至控制单元140的通信数据传输。第一内部接收端可以接收控制单元140通过串口复用电路130发送的信号，将该信号通过第一外部发送端发送至第一外设，实现控制单元140至第一外设的通信数据传输。

第二串行接口120可以包括一组与第二外设电连接的第二外部发送端和第二外部接收端，还可以包括一组与串口复用电路130连接的第二内部发送端和第二内部接收端。第二外部接收端可以接收第二外设发送的信号，将该信号通过第二内部发送端发送至串口复用电路130，如果此时串口复用电路130可以对该信号导通，则控制单元140可以通过串口复用电路130接收到第二外设发送的信号，实现第二外设至控制单元140的通信数据传输。第二内部接收端可以接收控制单元140通过串口复用电路130发送的信号，将该信号通过第二外部发送端发送至第二外设，实现控制单元140至第二外设的通信数据传输。

本实用新型实施例的技术方案根据第一串行接口、第二串行接口、串口复用电路和控制单元组成一种物联网应用的串口混合通信系统，并通过第一串行接口实现第一外设与控制单元之间的数据传输，通过第二串行接口实现第二外设与控制单元之间的数据传输，通过串口复用电路实现所述第一串行接口或第二串行接口与控制单元之间的数据传输，实现了利用串口复用电路对串口信号进行混合处理，使系统中控制单元的一个串行通信接口可以支持两种不同的串口通信模式，可以同时连接不同类型串口的外设，分别进行串行通信，实现不同串行通信模式的自动选择和灵活切换，从而高效利用系统的硬件资源。

实施例二

图2是本实用新型实施例二提供的一种物联网应用的串口混合通信系统的结构示意图。如图2所示，在上述实施例的基础上，本实施例对串口复用电路的内部结构进行具体化，将串口复用电路130的内部结构进一步细化为第一二极管131和第二二极管132。

其中，第一二极管131的输入端与第一串行接口110的第一内部发送端电连接，输出端与控制单元140的第一串口接收端电连接，用于对第一串行接口110发送的第一通信数据传输至控制单元140；所述第一通信数据为所述第一外设向第一串行接口110的第一外部接收端发送的数据。

第二二极管132的输入端与第二串行接口120的第二内部发送端电连接，输出端与控制单元140的第一串口接收端电连接，用于对第二串行接口120发送的第二通信数据传输至控制单元140；所述第二通信数据为所述第二外设向第二串行接口120的第二外部接收端发送的数据。

控制单元140用于通过第一串口发送端向第一串行接口110的第一内部接收端或第二串行接口120的第二内部接收端发送第三通信数据；第一串行接口110还用于通过第一外部发送端将所述第三通信数据发送至所述第一外设；第二串行接口120还用于通过第二外部发送端将所述第三通信数据发送至所述第二外设。

具体的，第一通信数据、第二通信数据和第三通信数据可以是不同传输方向的通信数据。

需要说明的是，图2中的第一二极管131和第二二极管132的连接方向仅为示例性的连接方向。具体的，第一二极管131和第二二极管132的连接方向可以分别根据第一串行接口110和第二串行接口120的串口通信模式进行设置。对于低电平有效的第一串行接口110，第一二极管131的输入端为阴极，输出端为阳极；对于高电平有效的第一串行接口110，第一二极管131的输入端为阳极，输出端为阴极。同样的，对于低电平有效的第二串行接口120，第二二极管132的输入端为阴极，输出端为阳极；对于高电平有效的第二串行接口120，第二二极管132的输入端为阳极，输出端为阴极。

可选的，第一串行接口110可以是rs232串口，第二串行接口120可以是rs485串口，均采用低电平有效的传输方式。相应的，第一串行接口110的第一内部发送端发送的第一通信数据可以从第一二极管131的阴极输入，阳极输出，以使串口复用电路130将第一通信数据导通至控制单元140的第一串口接收端。第二串行接口120的第二内部发送端发送的第二通信数据可以从第二二极管132的阴极输入，阳极输出，以使串口复用电路130将第二通信数据导通至控制单元140的第一串口接收端。

图3是本实用新型实施例二提供的又一种物联网应用的串口混合通信系统的结构示意图。如图3所示，在本实用新型的一个可选实施例中，串口复用电路130还包括第一电阻133和第二电阻134。

其中，第一电阻133的输入端与第一串行接口110的第一内部发送端电连接，输出端与第一二极管131的输入端电连接，用于对所述第一通信数据进行限流保护。

第二电阻134的输入端与控制单元140的发送端电连接，输出端与第一串行接口110的第一内部接收端电连接，用于对所述第三通信数据进行限流保护。

在本实用新型的一个可选实施例中，所述串口混合通信系统还可以包括无线通信单元。

其中，所述无线通信单元与所述控制单元的第二串口电连接，用于接收所述控制单元发送的第四通信数据，并对所述第四通信数据进行向外转发，还用于向所述控制单元发送第五通信数据。

具体的，第四通信数据可以是由控制单元向无线通信单元传输的通信数据，可以包括控制单元接收到的第一通信数据和/或第二通信数据，还可以包括控制单元根据接收到的第一通信数据和/或第二通信数据做出响应而生成的通信数据。第五通信数据可以是由无线通信单元向控制单元传输的通信数据，可以包括无线通信单元进行无线通信接收到的通信数据。无线通信单元可以将串口混合系统接入广域网，以进行网络通信。可选的，无线通信单元可以是cat.1(lteue-category1)通信模组。

图4是本实用新型实施例二提供的又一种物联网应用的串口混合通信系统的结构示意图。其中，控制单元为mcu，第一串行接口为rs232接口，第二串行接口为rs485接口，串口复用电路，无线通信单元为cat.1通信模组。其中，rs232接口和rs485接口均为低电平有效。

在本实用新型的一个可选实施例中，所述串口混合通信系统还包括流量数据提供单元。

其中，所述流量数据提供单元与所述无线通信单元通信连接，用于对所述无线通信单元提供流量，以使所述无线通信单元向外转发所述第四通信数据和接收第五通信数据。可选的，流量数据提供单元可以是与cat.1通信模组匹配的数据卡。

上述实施方式提供了包括无线通信单元和流量数据提供单元的一种物联网应用的串口混合通信系统，可以通过接入广域网进行网络数据通信，将广域网网络通信数据转换为串口通信数据，实现数据转换。

在本实用新型的一个可选实施例中，所述串口混合通信系统还包括数据采集单元。

其中，所述数据采集单元的输出端与所述控制单元的第一i/o口通信连接，用于采集所述第一外设或所述第二外设的传感器信号。

具体的，第一i/o口处于输入状态，以使传感器信号输入至控制单元140。传感器信号可以是模拟信号或数字信号，可以由预先安装在第一外设或第二外设中的传感器生成。

可选的，所述数据采集单元可以包括数据采集光耦隔离模块。

其中，所述数据采集光耦隔离模块的输入端与所述第一外设或所述第二外设中的数字传感器通信连接，输出端与所述控制单元的第一i/o口通信连接，用于对数字传感器信号进行采集，并对所述第一i/o口进行隔离保护。

可选的，所述数据采集单元包括数据采集光耦隔离模块和模拟传感器接口电路。

其中，所述数据采集光耦隔离模块的输入端与所述模拟传感器接口单元的输出端通信连接，输出端所述控制单元的第一i/o口通信连接，用于接收所述模拟传感器接口单元发送的数字传感器信号，并对所述的第一i/o口进行隔离保护。

所述模拟传感器接口单元的输入端与所述第一外设或所述第二外设通信连接，用于对所述第一外设或所述第二外设采集模拟传感器信号，并对所述模拟传感器信号转换为所述数字传感器信号。

在本实用新型的一个可选实施例中，所述串口混合通信系统还包括开关控制单元。

其中，所述开关控制单元的输入端与所述控制单元的第二i/o口通信连接，输出端与所述第一外设和所述第二外设电连接，用于对所述第一外设或所述第二外设进行开关控制。

具体的，第二i/o口处于输出状态，以使开关控制信号输入至第一外设和第二外设。开关控制信号可以是数字信号。

可选的，所述开关控制单元还包括开关控制光耦隔离模块。

其中，所述开关控制光耦隔离模块的输入端与所述控制单元的第二i/o口通信连接，输出端与所述第一外设和所述第二外设电连接，用于对所述的第二i/o口进行隔离保护。

图5是本实用新型实施例二提供的一种光耦隔离模块的电路图。如图5所示，光耦隔离模块可以包括输入电路和输出电路。其中，输入电路包括发光二极管d3和电阻r3串联连接，发光二极管d3的阴极负载3.3v电压，阳极串联连接于电阻r3的一端，电阻r3的另一端为光耦隔离模块的输入端。输出电路包括光敏三极管t4和电阻r4，光敏三极管t4的基极负载3.3v电压，发射极接地，集电极为光耦隔离模块的输出端，电阻r4的两端分别连接于光敏三极管t4的基极和集电极。发光二极管d3和光敏三极管t4形成光耦u101。

在本实用新型的一个可选实施例中，所述串口混合通信系统还包括电源单元，分别与串口复用电路、控制单元和无线通信单元电连接，用于提供串口复用电路、控制单元和无线通信单元的工作电压。

图6是本实用新型实施例二提供的又一种物联网应用的串口混合通信系统的结构示意图。如图6所示，串口混合通信系统包括本实用新型实施例提供的上述第一串行接口、第二串行接口、串口复用电路、控制单元、无线通信单元、流量数据提供单元、数据采集单元、开关控制单元和电源单元。

本实用新型实施例的技术方案根据第一串行接口、第二串行接口、串口复用电路和控制单元组成一种物联网应用的串口混合通信系统，并通过第一串行接口实现第一外设与控制单元之间的数据传输，通过第二串行接口实现第二外设与控制单元之间的数据传输，通过串口复用电路实现所述第一串行接口或第二串行接口与控制单元之间的数据传输，实现了利用串口复用电路对串口信号进行混合处理，使系统中控制单元的一个串行通信接口可以支持两种不同的串口通信模式，可以同时连接不同类型串口的外设，分别进行串行通信，实现不同串行通信模式的自动选择和灵活切换，从而高效利用系统的硬件资源；进一步地，通过提供无线通信单元和流量数据提供单元，可以通过接入广域网进行网络数据通信，将广域网网络通信数据转换为串口通信数据，实现数据转换。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。