RS232接口实现一对多数据传输装置及其数据传输方法

摘要

本发明涉及一种RS232接口实现一对多数据传输装置及其数据传输方法，包括主控制板，与主控制板连接的n个数据采集板，其特征在于：所述主控制板连接有主控RS232接口电路，n个数据采集板均连接有采集板RS232接口电路，n个数据采集板分别通过与其连接的采集板RS232接口电路与主控RS232接口电路连接，最终实现n个数据采集板与主控制板的连接。与现有技术相比，本发明的优点在于：给出了RS232实现一对多高速数据传输的软硬件实现方法，硬件上具有接口简单，通用性强，稳定可靠，能实现高速传输，波特率高达到2Mbit/s，串口带载能力强，可实现1对16通信等特点，软件实现方法上通过设置串口空闲时间阈值，能有效防止总线冲突，提高系统稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种RS232接口实现一对多数据传输装置及其数据传输方法。

背景技术

在某些数据采集系统中，经常会采用主从式结构，主控制板需要与多块数据采集板 进行数据交互，即实现一对多通讯。在这些应用场合中，主控制板和多块数据采集板紧 靠在一起安装，通信距离较近。主控制板和多块数据采集板一般以串行通信为主。传统 的解决方案是通过CAN总线方式或通过转接板进行转接，实现一对多通信。CAN总线 相对复杂，同时需要单片机支持CAN接口，但有很大部分单片机没有CAN接口，故 CAN接口方案不具有通用性。采用转接板方案需要额外的软硬件支持，系统复杂度上 升，成本也增加，也不是最佳方法。采用RS485接口进行数据传输则一般应用在长距离 传输上，且标准的RS485接口传输方式为半双工，不能同时接受和发送数据，在高速数 据传输场合不合适，RS485接口传输方式也不是最佳方案。曾有人提出利用RS232接口 实现一对多数据传输方法，但需要专门驱动电路，且通信速率较低，不适合高速数据传 输场合。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种利用RS232接口 实现一对多数据传输装置，该装置电路结构简单、通信波特率较高，稳定可靠，能实现 一对多高速数据传输。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种RS232接口实现 一对多数据传输装置的数据传输方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种RS232接口实现一对 多数据传输装置，包括主控制板，与主控制板连接的n个数据采集板，其特征在于：所 述主控制板连接有主控RS232接口电路，n个数据采集板均连接有采集板RS232接口电 路，n个数据采集板分别通过与其连接的采集板RS232接口电路与主控RS232接口电路 连接，最终实现n个数据采集板与主控制板的连接；

其中，主控RS232接口电路包括：第一电阻、第二电阻、第一电容、第一三极管、 第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二三极管和第三三极管，主控制板的 RS232接口中TXD引脚与第一电阻的第一端连接，并且主控制板的RS232接口中TXD 引脚还与第二电阻的第一端连接，第一电阻的第二端与第一三极管的基极连接，第二电 阻的第二端与第一电容的第一端连接，第一电容的第二端也与第一三极管的基极连接， 第一三极管的发射极连接+3.3V稳压电源，第一三极管的集电极连接第三电阻后与-12V 稳压电源连接，第一三极管的集电极引出主控RS232接口电路的发送数据端；主控制板 的RS232接口中RXD引脚与第二三极管的集电极连接，同时，第二三极管的集电极连 接第四电阻后与+3.3V稳压电源连接，第二三极管的发射极接地，第三三极管的基极与 第二三极管的发射极连接，第三三极管的集电极接地，第三三极管的发射极与第二三极 管的基极连接，第二三极管的基极还与第五电阻的第一端连接，第六电阻的第一端与第 五电阻(R5)的第二端连接，第六电阻的第二端与-12V稳压电源连接，第五电阻的第二端 引出主控RS232接口电路的接收数据端；主控制板的RS232接口中GND引脚接地；

采集板RS232接口电路包括：第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第二 电容、第四三极管、第五三极管和第六三极管；数据采集板的RS232接口中TXD引脚 与第七电阻的第一端连接，并且数据采集板的RS232接口中TXD引脚还与第八电阻(R8) 的第一端连接，第七电阻的第二端与第四三极管的基极连接，第八电阻(R8)的第二端与 第二电容的第一端连接，第二电容的第二端也与第四三极管的基极连接，第四三极管的 发射极连接+3.3V稳压电源，第四三极管的集电极引出采集板RS232接口电路的发送数 据端；数据采集板的RS232接口中RXD引脚与第五三极管的集电极连接，同时，第五 三极管的集电极连接第十电阻后与+3.3V稳压电源连接，第五三极管的发射极接地，第 六三极管的基极与第五三极管的发射极连接，第六三极管的集电极接地，第六三极管的 发射极与第五三极管的基极连接，第五三极管的基极还与第九电阻的第一端连接，第九 电阻的第二端引出采集板RS232接口电路的接收数据端；数据采集板的RS232接口中 GND引脚接地；

主控RS232接口电路的发送数据端与采集板RS232接口电路的接收数据端连接； 主控RS232接口电路的接收数据端与采集板RS232接口电路的发送数据端连接。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：具有上述结构的RS232接 口实现一对多数据传输装置的数据传输方法，其特征在于：n个数据采集板的地址记为 i，i的取值为1到n，主控制板通过时隙方式轮流查询各采集板，若采集板在规定时间 无应答，则再次发送检测命令，若m次仍无应答，则放弃该数据采集板本轮检测，地址 i加1，启动下一块采集板检测；若数据采集板在规定时间内应答，则主控制板处理该数 据采集板的相关任务，处理完成后，等待RS232接口空闲，当主控制板RS232接口空 闲时间超过设定值阈值，地址i加1，启动下一块采集板检测。

作为优选，所述m的取值为3。

作为改进，数据采集板接收RS232接口数据并存入接收缓存区中，数据采集板对接 收缓存区中的命令进行解析，若解析出来的命令是对本数据采集板的操作，就执行相应 操作，如需向主控制板发送数据的，就启动RS232接口向主控制板发送数据；若不是对 本数据采集板的操作，就清除该命令在接收缓存区中对应的数据包，等待主控制板对本 数据采集板的命令。

与现有技术相比，本发明的优点在于：给出了RS232实现一对多高速数据传输的软 硬件实现方法，硬件上具有接口简单，通用性强，稳定可靠，能实现高速传输，波特率 高达到2Mbit/s，串口带载能力强，可实现1对16通信等特点，软件实现方法上通过设 置串口空闲时间阈值，能有效防止总线冲突，提高系统稳定性，在近距离高速数据通信 中有较强的实用性和通用性。

附图说明

图1为本发明实施例中RS232接口实现一对多数据传输装置的连接图；

图2为本发明实施例中主控RS232接口电路的电路原理图；

图3为本发明实施例中采集板RS232接口电路的电路原理图；

图4为本发明实施例中主控制板数据处理流程图；

图5为本发明实施例中数据采集板数据处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示的RS232接口实现一对多数据传输装置，其包括一块主控制板1和n 块数据采集板21～2n，主控制板连接1有主控RS232接口电路3，n个数据采集板21～ 2n均连接有采集板RS232接口电路4，n个数据采集板21～2n分别通过与其连接的采 集板RS232接口电路4与主控RS232接口电路3连接，最终实现n个数据采集板与主 控制板的连接。

其中主控RS232接口电路包括，参见图2所示：第一电阻R1、第二电阻R2、第一 电容C1、第一三极管Q1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、 第二三极管Q2和第三三极管Q3，主控制板的RS232接口中TXD引脚与第一电阻R1 的第一端连接，并且主控制板的RS232接口中TXD引脚还与第二电阻R2的第一端连 接，第一电阻R1的第二端与第一三极管Q1的基极连接，第二电阻R2的第二端与第一 电容C1的第一端连接，第一电容C1的第二端也与第一三极管Q1的基极连接，第一三 极管Q1的发射极连接+3.3V稳压电源，第一三极管Q1的集电极连接第三电阻R3后与 -12V稳压电源连接，第一三极管Q1的集电极引出主控RS232接口电路的发送数据端； 主控制板的RS232接口中RXD引脚与第二三极管Q2的集电极连接，同时，第二三极 管Q2的集电极连接第四电阻R4后与+3.3V稳压电源连接，第二三极管Q2的发射极接 地，第三三极管Q3的基极与第二三极管Q2的发射极连接，第三三极管Q3的集电极接 地，第三三极管Q3的发射极与第二三极管Q2的基极连接，第二三极管Q2的基极还与 第五电阻R5的第一端连接，第六电阻R6的第一端与第五电阻R5的第二端连接，第六 电阻R6的第二端与-12V稳压电源连接，第五电阻R5的第二端引出主控RS232接口电 路的接收数据端；主控制板的RS232接口中GND引脚接地；

采集板RS232接口电路包括，参见图3所示：第七电阻R7、第八电阻R8、第九 电阻R9、第十电阻R10、第二电容C2、第四三极管Q4、第五三极管Q5和第六三极管 Q6；数据采集板的RS232接口中TXD引脚与第七电阻R7的第一端连接，并且数据采 集板的RS232接口中TXD引脚还与第八电阻R8的第一端连接，第七电阻R7的第二端 与第四三极管Q4的基极连接，第八电阻R8的第二端与第二电容C2的第一端连接，第 二电容C2的第二端也与第四三极管Q4的基极连接，第四三极管Q4的发射极连接+3.3V 稳压电源，第四三极管Q4的集电极引出采集板RS232接口电路的发送数据端；数据采 集板的RS232接口中RXD引脚与第五三极管Q5的集电极连接，同时，第五三极管Q5 的集电极连接第十电阻R10后与+3.3V稳压电源连接，第五三极管Q5的发射极接地， 第六三极管Q6的基极与第五三极管Q5的发射极连接，第六三极管Q6的集电极接地， 第六三极管Q6的发射极与第五三极管Q5的基极连接，第五三极管Q5的基极还与第九 电阻R9的第一端连接，第九电阻R9的第二端引出采集板RS232接口电路的接收数据 端；数据采集板的RS232接口中GND引脚接地；

主控RS232接口电路的发送数据端与采集板RS232接口电路的接收数据端连接； 主控RS232接口电路的接收数据端与采集板RS232接口电路的发送数据端连接。

主控RS232接口电路中第一三极管Q1、第二三极管Q2用于提高串口的驱动能力， 使其能驱动多块采集板，第一电阻R1、第二电阻R2以及第一电容C1对第一三极管起 加速关断作用，提高发送波形质量，使在高波特率下正确发送数据，实现稳定通信；第 四电阻R4、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第五电阻R5实现起电平变换作用；采集 板RS232接口电路中第七电阻R7、第八电阻R8和第二C2对第四三极管起加速关断作 用，提高发送波形质量，使在高波特率下正确发送数据，实现稳定通信；第十电阻R10、 第五三极管Q5、第六三极管Q6、第九电阻R9作用同R4、Q2、Q3、R5。

这两个接口电路简单，无需专门的驱动芯片，只由常见的分立原件构成，就能实现 TTL/CMOS和RS232电平之间的转换，且能达到较高通信速率，实测在2M波特率下 可实现无误码传输。

上述RS232接口实现一对多数据传输装置的数据传输方法如下：

n个数据采集板的地址记为i，i的取值为1到n，主控制板通过时隙方式轮流查询 各采集板，若采集板在规定时间无应答，则再次发送检测命令，若m次仍无应答，本实 施例中m取值为3，则放弃该数据采集板本轮检测，地址i加1，启动下一块采集板检 测；若数据采集板在规定时间内应答，则主控制板处理该数据采集板的相关任务，处理 完成后，等待RS232接口空闲，当主控制板RS232接口空闲时间超过设定值阈值，地 址i加1，启动下一块采集板检测。具体流程图参见图4所示，主控制板上电后，先初 始化主控制板参数，使地址i＝1，检测次数j＝1，然后开始第j次检测数据采集板i， 如果数据采集板i没有在规定时间内应答，判断j是否大于等于m，即j是否大于等于3， 如果是，使i+1，j＝1，启动下一块数据采集板检测，如果j小于m，则使j+1，返回第 j次检测数据采集板i步骤；如果数据采集板i在规定时间内应答，则主控制板处理数据 采集板i采集的任务，处理完成后，判读RS232接口空闲时间是否超过设定阈值，如果 RS232接口空闲时间超过设定阈值，则使i+1，启动下一块数据采集板检测，如果RS232 接口空闲时间没有超过设定阈值，继续等待，直至RS232接口空闲时间超过设定阈值。

数据采集板接收RS232接口数据并存入接收缓存区中，数据采集板对接收缓存区 中的命令进行解析，若解析出来的命令是对本数据采集板的操作，就执行相应操作，如 需向主控制板发送数据的，就启动RS232接口向主控制板发送数据；若不是对本数据采 集板的操作，就清除该命令在接收缓存区中对应的数据包，等待主控制板对本数据采集 板的命令，具体流程图参见图5所示。