(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 106383800 A(43)申请公布日 2017.02.08
(21)申请号 201610745295.4(22)申请日 2016.08.29
(71)申请人 深圳市共济科技股份有限公司
地址 518057 广东省深圳市南山区高新技
术产业园区深圳软件园7栋401、402(72)发明人 林波 陈颖 付伟 张明杰 符长林 (74)专利代理机构 深圳市君胜知识产权代理事
务所(普通合伙) 44268
代理人 王永文 刘文求(51)Int.Cl.
G06F 13/40(2006.01)
权利要求书2页 说明书6页 附图2页
CN 106383800 A(54)发明名称
一种智能串口设备切换装置及方法(57)摘要
本发明公开了一种智能串口设备切换装置及方法。其中，所述智能串口设备切换装置包括信号接口、MCU、切换模块和电平转换模块，信号接口同时收发第一串口信号和第二串口信号；之后MCU根据接收的设备类型指令输出相应的电平信号；之后切换模块根据所述电平信号控制第一串口设备或第二串口设备与MCU之间回路的通断；之后电平转换模块根据所述电平信号将第一串口信号或第二串口信号转换为TTL电平信号，通过采用信号线复用的方式，同时将不同标准的串口信号接入到系统中，根据电平信号自动切换接入的串口设备，无需使用者频繁更换信号线，并且同一时间内只有一种标准的串口回路闭合，也解决了目前由于信号竞争导致的CPU资源浪费的问题。
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权 利 要 求 书
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1.一种智能串口设备切换装置，其特征在于，包括：信号接口，用于同时收发第一串口信号和第二串口信号；MCU，用于根据接收的设备类型指令输出相应的电平信号；切换模块，用于根据所述电平信号控制第一串口设备或第二串口设备与MCU之间回路的通断；
电平转换模块，用于根据所述电平信号将第一串口信号或第二串口信号转换为TTL电平信号；
所述切换模块连接信号接口、MCU和电平转换模块，所述电平转换模块还连接MCU。2.根据权利要求1所述的智能串口设备切换装置，其特征在于，当MCU输出高电平时，由切换模块控制第一串口设备与MCU之间的回路闭合，且第二串口设备与MCU之间的回路断开；当MCU输出低电平时，由切换模块控制第一串口设备与MCU之间的回路断开，且第二串口设备与MCU之间的回路闭合。
3.根据权利要求1所述的智能串口设备切换装置，其特征在于，所述电平转换模块包括第一转换电路和第二转换电路，所述第一转换电路用于当MCU输出高电平时将第一串口信号转换为TTL电平信号，所述第二转换电路用于当MCU输出低电平时将第二串口信号转换为TTL电平信号；所述第一转换电路和第二转换电路均连接切换模块、MCU的串口接收端RXD和串口发送端TXD。
4.根据权利要求3所述的智能串口设备切换装置，其特征在于，所述切换模块包括第一模拟开关、第二模拟开关和第三模拟开关，所述第一模拟开关用于根据所述电平信号控制信号接口的发送端与第一转换电路和第二转换电路的断开或闭合；所述第二模拟开关用于根据所述电平信号控制信号接口的接收端与第一转换电路和第二转换电路的断开或闭合；所述第三模拟开关用于根据所述电平信号控制MCU的串口接收端RXD与第一转换电路和第二转换电路的断开或闭合。
5.根据权利要求4所述的智能串口设备切换装置，其特征在于，所述第一模拟开关的动端连接信号接口的发送端，所述第一模拟开关的一个不动端连接第一转换电路，所述第一模拟开关的另一个不动端连接第二转换电路，所述第一模拟开关的EN端连接MCU的I/O端；所述第二模拟开关的动端连接信号接口的接收端，所述第二模拟开关的一个不动端连接第一转换电路，所述第二模拟开关的另一个不动端连接第二转换电路，所述第二模拟开关的EN端连接MCU的I/O端；所述第三模拟开关的动端连接MCU的串口接收端RXD，所述第三模拟开关的一个不动端连接第一转换电路，所述第三模拟开关的另一个不动端连接第二转换电路，所述第三模拟开关的EN端连接MCU的I/O端。
6.一种智能串口设备切换方法，其特征在于，包括如下步骤：A、由信号接口同时收发第一串口信号和第二串口信号；B、由MCU根据接收的设备类型指令输出相应的电平信号；C、由切换模块根据所述电平信号控制第一串口设备或第二串口设备与MCU之间回路的通断；
D、由电平转换模块根据所述电平信号将第一串口信号或第二串口信号转换为TTL电平信号。
7.根据权利要求6所述的智能串口设备切换方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：
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当MCU输出高电平时，由切换模块控制第一串口设备与MCU之间的回路闭合，且第二串口设备与MCU之间的回路断开；
当MCU输出低电平时，由切换模块控制第一串口设备与MCU之间的回路断开，且第二串口设备与MCU之间的回路闭合。
8.根据权利要求6所述的智能串口设备切换方法，其特征在于，所述步骤D具体包括：当MCU输出高电平时，由第一转换电路将第一串口信号转换为TTL电平信号；当MCU输出低电平时，由第二转换电路将第二串口信号转换为TTL电平信号。
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一种智能串口设备切换装置及方法
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技术领域[0001]本发明涉及串口设备技术领域，特别涉及一种智能串口设备切换装置及方法。背景技术[0002]工业现场常会用到多种串行数据接口，如RS232、RS485、RS422标准接口，因为标准的不同，导致接口的信号定义不同，对于接收处理数据的核心器件来说，需要将不同的串口标准采用独立的串口来接收处理，导致CPU的资源紧张，但实际上外部可能只需要接其中的一种串口标准的设备；现有的技术通常将RS232和RS485信号分别用不同的信号线接入到接口转换芯片，则在安装时，需要使用者区分接入设备的类型，并按照对应的信号线接入，不方便工程安装。[0003]另外，现有技术通过外部独立信号线的方式接入系统，且两种设备里只能同时接入一种，当外部同时接入两种串口设备，并同时发送数据给MCU时，则会出现通信竞争问题。因此通常的应用均需要采用两个独立的串口来应对不同的设备，而往往用户只需要用到其中一种，那CPU的串口就会出现端口空闲的状态。[0004]因而现有技术还有待改进和提高。发明内容[0005]鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种智能串口设备切换装置及方法，采用信号线复用的方式，同时将不同标准的串口信号接入到系统中，切换模块根据电平信号自动切换接入的串口设备，无需使用者频繁更换信号线，也解决了目前由于信号竞争导致的CPU资源浪费的问题。[0006]为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种智能串口设备切换装置，其包括：信号接口，用于同时收发第一串口信号和第二串口信号；MCU，用于根据接收的设备类型指令输出相应的电平信号；切换模块，用于根据所述电平信号控制第一串口设备或第二串口设备与MCU之间回路的通断；
电平转换模块，用于根据所述电平信号将第一串口信号或第二串口信号转换为TTL电平信号。[0007]所述的智能串口设备切换装置中，当MCU输出高电平时，由切换模块控制第一串口设备与MCU之间的回路闭合，且第二串口设备与MCU之间的回路断开；当MCU输出低电平时，由切换模块控制第一串口设备与MCU之间的回路断开，且第二串口设备与MCU之间的回路闭合。[0008]所述的智能串口设备切换装置中，所述电平转换模块包括第一转换电路和第二转换电路，所述第一转换电路用于当MCU输出高电平时将第一串口信号转换为TTL电平信号，所述第二转换电路用于当MCU输出低电平时将第二串口信号转换为TTL电平信号；所述第一
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转换电路和第二转换电路均连接切换模块、MCU的串口接收端RXD和串口发送端TXD。[0009]所述的智能串口设备切换装置中，所述切换模块包括第一模拟开关、第二模拟开关和第三模拟开关，所述第一模拟开关用于根据所述电平信号控制信号接口的发送端TXD0与第一转换电路和第二转换电路的断开或闭合；所述第二模拟开关用于根据所述电平信号控制信号接口的接收端RXD0与第一转换电路和第二转换电路的断开或闭合；所述第三模拟开关用于根据所述电平信号控制MCU的串口接收端RXD与第一转换电路和第二转换电路的断开或闭合。[0010]所述的智能串口设备切换装置中，所述第一模拟开关的动端连接信号接口的发送端，所述第一模拟开关的一个不动端连接第一转换电路，所述第一模拟开关的另一个不动端连接第二转换电路，所述第一模拟开关的EN端连接MCU的I/O端；所述第二模拟开关的动端连接信号接口的接收端，所述第二模拟开关的一个不动端连接第一转换电路，所述第二模拟开关的另一个不动端连接第二转换电路，所述第二模拟开关的EN端连接MCU的I/O端；所述第三模拟开关的动端连接MCU的串口接收端RXD，所述第三模拟开关的一个不动端连接第一转换电路，所述第三模拟开关的另一个不动端连接第二转换电路，所述第三模拟开关的EN端连接MCU的I/O端。[0011]一种智能串口设备切换方法，其包括如下步骤：
A、由信号接口同时收发第一串口信号和第二串口信号；B、由MCU根据接收的设备类型指令输出相应的电平信号；C、由切换模块根据所述电平信号控制第一串口设备或第二串口设备与MCU之间回路的通断；
D、由电平转换模块根据所述电平信号将第一串口信号或第二串口信号转换为TTL电平信号。[0012]所述的智能串口设备切换方法中，所述步骤C具体包括：
当MCU输出高电平时，由切换模块控制第一串口设备与MCU之间的回路闭合，且第二串口设备与MCU之间的回路断开；
当MCU输出低电平时，由切换模块控制第一串口设备与MCU之间的回路断开，且第二串口设备与MCU之间的回路闭合。[0013]所述的智能串口设备切换方法中，所述步骤D具体包括：
当MCU输出高电平时，由第一转换电路将第一串口信号转换为TTL电平信号；当MCU输出低电平时，由第二转换电路将第二串口信号转换为TTL电平信号。[0014]相较于现有技术，本发明提供的智能串口设备切换装置及方法中，所述智能串口设备切换装置包括信号接口、MCU、切换模块和电平转换模块，由信号接口同时收发第一串口信号和第二串口信号；之后由MCU根据接收的设备类型指令输出相应的电平信号；之后切换模块根据所述电平信号控制第一串口设备或第二串口设备与MCU之间回路的通断；之后电平转换模块根据所述电平信号将第一串口信号或第二串口信号转换为TTL电平信号，通过采用信号线复用的方式，同时将不同标准的串口信号接入到系统中，切换模块根据电平信号自动切换接入的串口设备，无需使用者频繁更换信号线，并且同一时间内只有一种标准的串口回路闭合，也解决了目前由于信号竞争导致的CPU资源浪费的问题。
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附图说明[0015]图1 为本发明提供的智能串口设备切换装置的结构框图。[0016]图2 为本发明提供的智能串口设备切换方法的流程图。
具体实施方式[0017]鉴于现有技术中区分接入设备需更换信号线，不方便工程安装，且由于通信竞争导致CPU串口闲置等缺点，本发明的目的在于提供一种智能串口设备切换装置及方法，采用信号线复用的方式，同时将不同标准的串口信号接入到系统中，切换模块根据电平信号自动切换接入的串口设备，无需使用者频繁更换信号线，也解决了目前由于信号竞争导致的CPU资源浪费的问题。[0018]为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0019]请参阅图1，本发明提供的智能串口设备切换装置包括信号接口10、MCU20、切换模块30和电平转换模块40，所述切换模块30连接信号接口10、MCU20和电平转换模块40，所述电平转换模块40还连接MCU20，其中，所述信号接口10用于同时收发第一串口信号和第二串口信号；所述MCU20用于根据接收的设备类型指令输出相应的电平信号；所述切换模块30用于根据所述电平信号控制第一串口设备或第二串口设备与MCU20之间回路的通断；所述电平转换模块40用于根据所述电平信号将第一串口信号或第二串口信号转换为TTL电平信号。[0020]本发明提供的智能串口设备切换装置通过采用信号接口10同时收发第一串口信号和第二串口信号，只需要两根信号线，通过信号线复用的方式，即可将两种不同标准的串口信号接入到系统中，既节约了设计空间，也解决了接入信号线复杂、工程安装不便的问题，用户可选择当前设备类型，由MCU20根据用户选择的设备类型输出相应的电平信号，切换模块30根据该电平信号控制对应的串口设备与MCU20之间回路的通断，由电平转换模块40将相应的串口信号转换为TTL电平信号以便于MCU20的后续数据处理，使用过程中无需使用者频繁更换信号线，只需预先选择好设备类型切换装置即可实现接入设备的智能切换，并且由于同一时间内只有一种标准的串口回路闭合，只需要占用一个串口资源即可满足功能要求，也解决了目前由于信号竞争导致的CPU资源浪费的问题。[0021]具体地，当MCU20输出高电平时，由切换模块30控制第一串口设备与MCU20之间的回路闭合，且第二串口设备与MCU20之间的回路断开；当MCU20输出低电平时，由切换模块30控制第一串口设备与MCU20之间的回路断开，且第二串口设备与MCU20之间的回路闭合。[0022]进一步地，所述电平转换模块40包括第一转换电路401和第二转换电路402，所述第一转换电路401和第二转换电路402均连接切换模块30、MCU20的串口接收端RXD和串口发送端TXD，其中，所述第一转换电路401用于当MCU20输出高电平时将第一串口信号转换为TTL电平信号，所述第二转换电路402用于当MCU20输出低电平时将第二串口信号转换为TTL电平信号。[0023]当用户选择当前设备为第一串口设备时，MCU20输出高电平，切换模块30控制第一
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串口设备与MCU20之间的回路闭合，且第二串口设备与MCU20之间的回路断开，即此时第一转换电路401接入到回路中而第二转换电路402断开，使得第一串口设备与MCU20之间的回路闭合，且由第一转换电路401将第一串口信号转换为TTL电平信号；当用于选择当前为第二串口设备时，MCU20输出低电平，切换模块30控制第一串口设备与MCU20之间的回路断开，且第二串口设备与MCU20之间的回路闭合，即此时第二转换电路402接入到回路中而第一转换电路401断开，使第二串口设备与MCU20之间的回路闭合，且由第二转换电路402将第一串口信号转换为TTL电平信号，同一时间内只有一种标准的串口回路闭合，只需要占用一个串口资源即可满足功能要求，避免端口闲置。[0024]请继续参阅图1，本发明提供的智能串口设备切换装置中，所述切换模块30包括第一模拟开关K1、第二模拟开关K2和第三模拟开关K3，所述第一模拟开关K1用于根据所述电平信号控制信号接口10的发送端TXD0与第一转换电路401和第二转换电路402的断开或闭合；所述第二模拟开关K2用于根据所述电平信号控制信号接口10的接收端RXD0与第一转换电路401和第二转换电路402的断开或闭合；所述第三模拟开关K3用于根据所述电平信号控制MCU20的串口接收端RXD与第一转换电路401和第二转换电路402的断开或闭合，即本发明是通过根据MCU20输出的电平信号控制模拟开关的闭合与断开，进而控制当前接入的串口设备的属性，实现串口设备的智能切换，其中通过模拟开关和电平转换电路可以将外部的串口设备，如RS232/RS485/RS422设备与内部的MCU20隔离开来，在使用时可以起到即插即用（热插拔）的效果，用户只需配置好设备类型，在使用中可以对设备进行带电热插拔操作，不影响通信效果。[0025]具体地，所述第一模拟开关K1的动端连接信号接口10的发送端TXD0，所述第一模拟开关K1的一个不动端连接第一转换电路401，所述第一模拟开关K1的另一个不动端连接第二转换电路402，所述第一模拟开关K1的EN端连接MCU20的I/O端；所述第二模拟开关K2的动端连接信号接口10的接收端RXD0，所述第二模拟开关K2的一个不动端连接第一转换电路401，所述第二模拟开关K2的另一个不动端连接第二转换电路402，所述第二模拟开关K2的EN端连接MCU20的I/O端；所述第三模拟开关K3的动端连接MCU20的串口接收端RXD，所述第三模拟开关K3的一个不动端连接第一转换电路401，所述第三模拟开关K3的另一个不动端连接第二转换电路402，所述第三模拟开关K3的EN端连接MCU20的I/O端。通过模拟开关切断输入信号对转换电路的影响，避免出现信号电平标准不同导致的器件损伤。[0026]具体地，以RS232与RS485设备为例，对切换过程进行说明，此时第一转换电路401和第二转换电路402分别具体设置为RS232电平转换电路和RS485收发电路，RS232设备的RX232_TX信号与RS485设备的D+信号复用一根信号线，RS232设备的RX232_RX信号与RS485设备的D-信号复用另一根信号线，当用户选择RS232设备时，MCU30的I/O端输出高电平至第一模拟开关K1的EN端、第二模拟开关K2的EN端和第三模拟开关K3的EN端，控制所述第一模拟开关K1的动端连接信号接口10的发送端TXD0和第一转换电路401即RS232电平转换电路，第二模拟开关K2的动端连接信号接口10的接收端RXD0和RS232电平转换电路，第三模拟开关K3的动端连接MCU20的串口接收端RXD和RS232电平转换电路，从而将RS232电平转换电路接入到回路中，固定接入的串口设备的属性，插入RS232设备，RS232电平转换电路接收RS232信号并转换为TTL信号，实现RS232设备与MC20U的通信；当用户选择RS485设备时，MCU20的I/O端输出低电平至第一模拟开关K1的EN端、第二模拟开关K2的EN端和第三模拟开
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关K3的EN端，相应控制三个模拟开关动端均连接第二转换电路402即RS485收发电路，固定接入的串口设备属性，插入RS485设备后即可实现其余MCU20的通信。由于在无信号输入的情况下，RS232和RS485的转换电路的TTL信号端均表现为高电平，因此可以复用一个串口端口，节约系统资源。[0027]类似的，本发明还可以实现RS422与RS485设备的切换以及RS232与RS422设备的切换，相应采用对应的转换电路或收发电路即可，具体可根据实际需要选择，本发明对此不作限定。[0028]同时本发明还可通过采用一个串口资源，同时挂接多种外部串口设备，如同时挂接RS232、RS485和RS422三种设备，通过分时轮询操作的模式，逐个对不同的串口设备进行通信，通过分别控制两条信号线的电平来控制多路模拟开关进行通道切换，从而达到设备切换的目的。[0029]本发明还相应提供一种智能串口设备切换方法，如图2所示，所述智能串口设备切换方法包括：
S100、由信号接口同时收发第一串口信号和第二串口信号；S200、由MCU根据接收的设备类型指令输出相应的电平信号；S300、由切换模块根据所述电平信号控制第一串口设备或第二串口设备与MCU之间回路的通断；
S400、由电平转换模块根据所述电平信号将第一串口信号或第二串口信号转换为TTL电平信号。[0030]本发明提供的智能串口设备切换方法通过采用信号接口同时收发第一串口信号和第二串口信号，只需要两根信号线，通过信号线复用的方式，即可将两种不同标准的串口信号接入到系统中，既节约了设计空间，也解决了接入信号线复杂、工程安装不便的问题，用户可选择当前设备类型，由MCU根据用户选择的设备类型输出相应的电平信号，切换模块根据该电平信号控制对应的串口设备与MCU之间回路的通断，由电平转换模块将相应的串口信号转换为TTL电平信号以便于MCU的后续数据处理，使用过程中无需使用者频繁更换信号线，只需预先选择好设备类型切换装置即可实现接入设备的智能切换，并且由于同一时间内只有一种标准的串口回路闭合，只需要占用一个串口资源即可满足功能要求，也解决了目前由于信号竞争导致的CPU资源浪费的问题。[0031]具体地，所述步骤S300包括：当MCU输出高电平时，由切换模块控制第一串口设备与MCU之间的回路闭合，且第二串口设备与MCU之间的回路断开；当MCU输出低电平时，由切换模块控制第一串口设备与MCU之间的回路断开，且第二串口设备与MCU之间的回路闭合。[0032]所述步骤S400具体包括：当MCU输出高电平时，由第一转换电路将第一串口信号转换为TTL电平信号；当MCU输出低电平时，由第二转换电路将第二串口信号转换为TTL电平信号。具体请参阅上述装置对应的实施例。[0033]综上所述，本发明提供的智能串口设备切换装置及方法中，所述智能串口设备切换装置包括信号接口、MCU、切换模块和电平转换模块，由信号接口同时收发第一串口信号和第二串口信号；之后由MCU根据接收的设备类型指令输出相应的电平信号；之后切换模块根据所述电平信号控制第一串口设备或第二串口设备与MCU之间回路的通断；之后电平转换模块根据所述电平信号将第一串口信号或第二串口信号转换为TTL电平信号，通过采用
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信号线复用的方式，同时将不同标准的串口信号接入到系统中，切换模块根据电平信号自动切换接入的串口设备，无需使用者频繁更换信号线，并且同一时间内只有一种标准的串口回路闭合，也解决了目前由于信号竞争导致的CPU资源浪费的问题。[0034]可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
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