CN104579886B - 一种基于串口实现无地址标识设备无线通信的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于串口实现无地址标识设备无线通信的系统，包括PC机、接口转换器、第一无线传输模块、通信控制器和若干个无地址标识设备，PC机通过接口转换器与第一无线传输模块双向连通，通信控制器包括单片机最小系统、第二无线传输模块、地址选择电路、地址识别电路、电平转换电路，第一无线传输模块通过第二无线传输模块与单片机最小系统的单片机双向连接，单片机的第一路通过地址选择电路与电平转换电路连接，单片机的第二路与地址识别电路双向连接，单片机的第三路与电平转换电路双向连接，电平转换电路与若干个无地址标识设备通信连接，电平转换电路将接收的无地址标识设备通信控制信号传送至地址识别电路。

Description

一种基于串口实现无地址标识设备无线通信的系统

技术领域

本发明涉及基于串口无线通信技术领域，特别涉及一种基于串口实现无地址标识设备无线通信的系统。

背景技术

21世纪，无论人们的生活用品，还是工业机器、系统，高速发展的PC机技术让它们越来越智能化、网络化。人们的生活、工作也变得越来越便捷、轻松。同时，如何用好大型老机器、系统，如数控机床，各种冶炼、化工大型自动化工艺/工序系统等无地址标识的设备为现在的生产服务这一问题越来越受到人们的关注。

相对于现在的同类机器、系统，无地址标识设备的精度可能不太高，但仍能完成一定精度的加工或冶炼、化工工艺来满足目前一定的生产需求。为了适合现代的工作方式，需要将集中处于一个工业现场的多套无地址标识设备组网从而实现集中监控、操作。这样既能提高劳动效率、节约劳动成本，又能很好地改善工作环境、提高工作质量。不对无地址标识设备作任何改动的组网不失为一种行之有效的组网方式。

要实现一台PC机对多套无地址标识设备的监控、操作，首先需要该PC机能识别这些设备。工程上通常以设备的地址标识来识别它们，而无地址标识设备却没有它们自己的地址标识。为此，人们一般以现场总线来对它们进行组网，PC机上需配置总线控制器以实现对网络总线的控制，各套无地址标识设备上需配置节点用以设置无地址标识设备的地址并完成现场总线与串口总线的转换(无地址标识设备只能通过串口通信)及通信相关协议的转换，结构复杂，操作烦琐。

现有技术还可以利用串口总线直接对集中处于某一工业现场的多套无地址标识设备组网，但这种方式会遇上一些实际问题，如每套无地址标识设备上需要安置一个通信控制器，在安装、维护上不方便；一个通信控制器仅仅控制一套无地址标识设备的通信，而且该通信不需要较高实时性能，对于现在的微处理器而言，大有“牛刀杀鸡”之意，也就是说，通信控制器中微处理器的处理能力远远未获得充分利用；组网后的监控、操作室距无地址标识设备现场有一定距离，工业现场的振动等干扰环境比较恶劣，无地址标识设备原有通信协议的可靠性会面临一些实际问题。另外，两个以上无线通信间的相互干扰对通信可靠性也会有一定的影响，而工业通信的可靠性要求一般都很高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种布线简单、且可靠性高的基于串口实现无地址标识设备无线通信的系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于串口实现无地址标识设备无线通信的系统，包括PC机、接口转换器、第一无线传输模块、通信控制器和若干个无地址标识设备，PC机通过接口转换器与第一无线传输模块双向连通，通信控制器包括单片机最小系统、第二无线传输模块、地址选择电路、地址识别电路、电平转换电路，第一无线传输模块通过第二无线传输模块与单片机最小系统的单片机双向连接，单片机的第一路通过地址选择电路与电平转换电路连接，单片机的第二路与地址识别电路双向连接，单片机的第三路与电平转换电路双向连接，电平转换电路与若干个无地址标识设备通信连接，电平转换电路将接收的无地址标识设备通信控制信号传送至地址识别电路；第二无线传输模块与单片机最小系统中的一个串口连接，并通过接口转换器与PC机相连，形成PC机与通信控制器之间的通信通路，单片机最小系统通过地址选择电路构建通信控制器与无地址标识设备之间的通信通路，并通过地址识别电路获知申请串口通信的无地址标识设备，电平转换电路的串口通信线路的TTL端与单片机最小系统中的另一个串口连接，其各串口输入端子与若干个无地址标识设备的串口端子通过RS232对应连接。

优选的，在上述技术方案中，接口转换器为RS232/TTL转换器，用来将PC机的电平信号与第一无线传输模块能识别的电平信号进行相互转换。

优选的，在上述技术方案中，电平转换电路为TTL/RS232电平转换电路，用来将无地址标识设备识别的电平信号与单片机识别的电平信号进行相互转换。

优选的，在上述技术方案中，通信控制器为一个。

优选的，在上述技术方案中，该系统的通信协议是Modbus通信协议。

优选的，在上述技术方案中，单片机至少有两个串口。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明利用适用于工业现场的Modbus通信协议，PC机与多套无地址标识设备进行通信时，一方面当PC机给某无地址标识设备传送工艺/工序及其参数或指令时，首先将这些信息以Modbus协议的方式经两个无线传输模块发送给通信控制器，再由通信控制器进行协议转换，转换成该无地址标识设备遵循的通信协议，并将该信息发送给该无地址标识设备。另一方面当某套或者多套无地址标识设备给PC机发送工作状态等信息时，首先将信息发送给通信控制器，再由通信控制器将无地址标识设备的通信协议转换成相应的Modbus协议，转换后的信息经第二无线发/收模块、第一无线收/发模块发送给PC机。即PC机与多套无地址标识设备之间的网络通信，由通信控制器实现协议转换、信息传送、无地址标识设备地址通路选择、发送信息的无地址标识设备的地址识别，从而实现PC机与多套无地址标识设备之间的网络通信。

本发明充分利用了通信控制器中微处理器的处理能力，地址分配与识别电路的灵活应用实现了一台计算对多套无地址标识设备的定位与识别，Modbus协议的应用让无地址标识设备监控网络具有非常高的抗干扰能力合理，尤适用于工业现场。采用本发明的技术路线组网无地址标识设备，益处是多套无地址标识设备只需要本发明中的一个通信控制器，在底层所做的工作仅仅是将无地址标识设备的串口总线接入本发明的通信控制器，将无地址标识设备的通信协议写入该通信控制器，然后按照本发明的结构接好线就可以了。本发明的技术路线仅仅使用了一对无线传输模块，将因无线通信而导致的不良影响降至最低。Modbus协议的应用则从根本上消除了这些影响。相对于现场总线、直接串口总线方式等其他技术方案，本发明专利构建的系统简单、可靠性高、成本低。

本发明合理、有效地使用在Modbus协议发明前生产出来的如数控机床，各种冶炼、化工大型自动化工艺/工序系统等大型无地址标识的老设备为现在的生产服务，充分发挥无地址标识设备的作用，对于我国国民经济建设具有非常重要的意义。本发明针对此而产生的。本发明系统结构简单、成本低，且能够可靠实现对无地址标识设备的组网，便于人们在舒适的监控、操作工作环境中高效地使用无地址标识设备服务于生产，因此本发明具有很高的社会效益、经济效益。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明一个具体实施例的整体结构框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的一种基于串口实现无地址标识设备无线通信的系统，包括PC机、RS232/TTL转换器、第一无线传输模块PTR2000、通信控制器和若干个无地址标识设备，PC机通过RS232/TTL转换器与第一无线传输模块PTR2000双向连通，通信控制器包括单片机最小系统、第二无线传输模块PTR2000、地址选择电路、地址识别电路、TTL/RS232电平转换电路，第一、二无线传输模块PTR2000之间通过无线方式进行无线通信，单片机最小系统中的一个串口与第二无线传输模块PTR2000连接，使单片机最小系统与PC机形成通信通路，单片机最小系统通过地址选择电路构建通信控制器与无地址标识设备之间的通信通路，并通过地址识别电路识别申请串口通信的无地址标识设备，TTL/RS232电平转换电路串口通信线路的TTL端与单片机最小系统中的单片机另一个串口连接，TTL/RS232电平转换电路各串口输入端子与若干个无地址标识设备的串口端子通过RS232对应连接，并将无地址标识设备的通信信息传送至单片机最小系统处理。

本实施例优先选用的通信控制器中单片机最小系统选用具有双串口的STC12C5A60S2单片机作为控制芯片，PC机通过无线传输模块PTR2000与通信控制器进行信息传输。无线传输模块PTR2000是一种超小型、低功耗、高速率的无线传输模块，它的通信速率最高可以达到20kbps，最大发射功率为+10dBm，接收灵敏度高达-105dBm，在开阔地的使用距离最远可以达到1000m。无线数据传输部分包括通信控制器端和PC机端两部分。就PC机而言，由于无线传输模块PTR2000支持TTL电平，而PC机串口串行输入、输出的信号满足RS232标准，所以需要在无线传输模块PTR2000和PC机串口之间进行RS232和TTL电平转换，因此采用RS232/TTL转换器。

由于通信控制器选用的是单片机作为控制芯片，而单片机使用的也是TTL电平，所以无线传输模块PTR2000可以与单片机串口部分直接相连。

当通信控制器与无地址标识设备进行信息传输时，通信控制器与无地址标识设备之间的距离很近，可以直接利用无地址标识设备的RS232接口来实现异步串行通信。同样的，单片机使用的TTL电平与无地址标识设备的RS232电平，需要进行TTL/RS232电平转换后，才能进行信息的传输，因此选用TTL/RS232电平转换电路。

通信控制器中的地址选择电路的功能是完成PC机和无地址标识设备之间地址通道的选择，从而实现在单片机的控制下，PC机与指定的无地址标识设备进行网络通信。比如当PC机和无地址标识设备通信时，单片机控制地址选择电路，打通PC机与无地址标识设备之间的信息通道，从而实现PC机与无地址标识设备之间的信息传输。

通信控制器中的地址识别电路的功能是当无地址标识设备向PC机发送信息时，对发送信息的无地址标识设备进行记录，通过单片机控制，使得这些无地址标识设备按一定的规则与PC机进行信息传输。比如当无地址标识设备1、2同时向PC机发送信息时，单片机通过地址识别电路辨识并记录下无地址标识设备1和无地址标识设备2，然后按照一定的先后顺序，打通PC机与无地址标识设备1、无地址标识设备2之间的信息通道，实现PC机与无地址标识设备1、无地址标识设备2之间的信息传输。

通信控制器中的单片机最小应用系统优选以STC12C5A60S2单片机为核心构建的能让单片机STC12C5A60S2正常工作的系统，包括复位电路、频率为22.1184MHz的晶振电路等。

本发明工作过程如下：

当PC机向无地址标识设备n发送信息时，首先经过无线传输模块PTR2000把以Modbus协议封装的信息传送到通信控制器，通信控制器将Modbus协议转换成相应无地址标识设备的通信协议，然后通过单片机控制地址选择电路打通无地址标识设备n的通路链，接着将转换后的信息经过电平转换，转换成能被无地址标识设备识别的信号，最终实现信息从PC机至无地址标识设备n的传送。当某套无地址标识设备或者多套无地址标识设备向PC机发送信息时，信息首先经过TTL/RS232电平转换电路，转换成能被通信控制器识别的信号，然后通过地址识别电路辨识出申请通信的无地址标识设备，由此控制地址选择电路打通这些设备与控制器之间的通路，将这些设备的信息传送到通信控制器，通信控制器将无地址标识设备的通信协议转换成Modbus协议并封装无地址标识设备上传的信息，接着由单片机STC12C5A60S2按照一定的规则与PC机进行通信，最终实现信息从无地址标识设备至PC机的上传。即通过本发明方案可以实现PC机与多套无地址标识设备之间的无线网络通信。

根据本发明的结构试制出了本实施例所描述的系统，并将本发明试用于某化工厂20套无地址标识设备的局域监控、操作网络组建并进行了相关实验。实验结果表明，该系统能对20套无地址标识设备如工作温度、湿度、浓度、成分、压力等工作状态进行每套每秒16次的精确、可靠监测，能及时地响应任一无地址标识设备的故障报警，能可靠地实现对任一无地址标识设备工艺流程及相关参数和操作指令的传送。实验中，未发现信息的错误传送，试运行情况良好。

上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于串口实现无地址标识设备无线通信的系统，其特征在于，包括PC机、接口转换器、第一无线传输模块、通信控制器和若干个无地址标识设备，所述PC机通过所述接口转换器与所述第一无线传输模块双向连通，所述通信控制器包括单片机最小系统、第二无线传输模块、地址选择电路、地址识别电路、电平转换电路，所述第一无线传输模块通过所述第二无线传输模块与所述单片机最小系统的单片机双向连接，所述单片机的第一路通过所述地址选择电路与所述电平转换电路连接，所述单片机的第二路与所述地址识别电路双向连接，所述单片机的第三路与所述电平转换电路双向连接，所述电平转换电路与若干个所述无地址标识设备通信连接，所述电平转换电路将接收的所述无地址标识设备通信控制信号传送至所述地址识别电路；所述第二无线传输模块与所述单片机最小系统中一个串口连接，并通过所述接口转换器与所述PC机相连，形成所述PC机与所述通信控制器之间的通信通路，所述单片机最小系统通过所述地址选择电路构建所述通信控制器与所述无地址标识设备之间的通信通路，并通过所述地址识别电路获知申请串口通信的无地址标识设备，所述电平转换电路的串口通信线路的TTL端与所述单片机最小系统中的另一个串口连接，其各串口输入端子与若干个所述无地址标识设备的串口端子通过RS232对应连接；

所述地址识别电路的功能是当无地址标识设备向PC机发送信息时，对发送信息的无地址标识设备进行记录，通过所述单片机控制，使得这些无地址标识设备按一定的规则与PC机进行信息传输。

2.根据权利要求1所述的一种基于串口实现无地址标识设备无线通信的系统，其特征在于，所述接口转换器为RS232/TTL转换器，用来将所述PC机的电平信号与所述第一无线传输模块能识别的电平信号进行相互转换。

3.根据权利要求2所述的一种基于串口实现无地址标识设备无线通信的系统，其特征在于，所述电平转换电路为TTL/RS232电平转换电路，用来将所述无地址标识设备识别的电平信号与所述单片机识别的电平信号进行相互转换。

4.根据权利要求1所述的一种基于串口实现无地址标识设备无线通信的系统，其特征在于，所述通信控制器为一个。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于串口实现无地址标识设备无线通信的系统，其特征在于，所述系统的通信协议是Modbus通信协议。

6.根据权利要求5所述的一种基于串口实现无地址标识设备无线通信的系统，其特征在于，所述单片机至少有两个双串口。