基于以太網(wǎng)Cat.5布線架構(gòu)的遠(yuǎn)距離串口通信系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及串口通信技術(shù)領(lǐng)域，具體來講是一種基于以太網(wǎng)Cat.5(超五類網(wǎng)絡(luò)傳輸線)布線架構(gòu)的遠(yuǎn)距離串口通信系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用串行數(shù)據(jù)總線)是一種用于異步通信的串行數(shù)據(jù)總線。由于UART通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸和接收，因此被廣泛用于計(jì)算機(jī)、設(shè)備及芯片之間的相互通信，可實(shí)現(xiàn)信息交互、設(shè)備控制、設(shè)備調(diào)試等用途;是數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)協(xié)議之一，具有用途廣泛而又不可替代的特性。
[0003]為適應(yīng)不同環(huán)境下UART的應(yīng)用需求，當(dāng)前主要的UART通信傳輸技術(shù)有以下三種:
[0004](I)專用線纜連接技術(shù):通過專用的RS232通信線纜，來連接通信設(shè)備、PC或芯片，以實(shí)現(xiàn)信息交互。該技術(shù)雖然簡(jiǎn)單易行，但易受干擾，傳輸距離受限，最大傳輸距離不超過15米，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。
[0005](2)無線UART/RS232串口通信技術(shù):例如RF無線串口、WIFI無線串口、藍(lán)牙無線串口等。該技術(shù)需在發(fā)送端及接收端分別安裝一個(gè)RF/WIFI/藍(lán)牙UART/RS232串口通信芯片，通信設(shè)備、PC、芯片的串口對(duì)接無線收發(fā)模組串口，由模組轉(zhuǎn)換成無線信號(hào)，再經(jīng)接收端接收解調(diào)，還原UART交互信息，從而實(shí)現(xiàn)UART信息交互。該技術(shù)雖然可適用于10?300米左右的通信傳輸，但是因收發(fā)模組一般需配對(duì)使用，從而使得通用適配性差，且無線通信也極易受電磁干擾或物體遮擋而信號(hào)中斷，穩(wěn)定性差，因此只可在特定條件下使用，具有明顯的使用局限性。
[0006](3)Telnet(網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程登錄服務(wù))協(xié)議登錄技術(shù)= Telnet協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族中的一員，是Internet遠(yuǎn)程登陸服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和主要方式。它為用戶提供了在本地計(jì)算機(jī)上完成遠(yuǎn)程主機(jī)工作的能力。終端使用者可以在telnet程序中輸入命令，這些命令會(huì)在服務(wù)器上運(yùn)行，就像直接在服務(wù)器的控制臺(tái)上輸入一樣，可以在本地就能控制服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程UART/RS232串口通信。該種技術(shù)雖然不受傳輸距離的限制，但是要求設(shè)備必須支持Telnet協(xié)議，并且在通過Telnet協(xié)議遠(yuǎn)程登錄服務(wù)器時(shí)，協(xié)議進(jìn)程不可終止，對(duì)系統(tǒng)的使用要求較高，也具有一定的使用局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了克服上述【背景技術(shù)】的不足，提供一種基于以太網(wǎng)Cat.5布線架構(gòu)的遠(yuǎn)距離串口通信系統(tǒng)及方法，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的串口通信，且使用局限性小、抗干擾性強(qiáng)、穩(wěn)定可靠。
[0008]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供一種基于以太網(wǎng)Cat.5布線架構(gòu)的遠(yuǎn)距離串口通信系統(tǒng)，包括主控端和與主控端進(jìn)行串口通信的受控端，所述主控端與受控端均包括UART/RS232通信接口、差分驅(qū)動(dòng)芯片和RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，UART/RS232通信接口通過差分驅(qū)動(dòng)芯片與RJ45網(wǎng)絡(luò)接口的第4、5、7、8管腳連接，所述差分驅(qū)動(dòng)芯片用于將UART/RS232通信接口的兩路信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為兩對(duì)差分信號(hào)，并將兩對(duì)差分信號(hào)一一對(duì)應(yīng)地傳輸?shù)絉J45網(wǎng)絡(luò)接口的第
4、5、7、8管腳上:所述兩路信號(hào)為接收數(shù)據(jù)信號(hào)UART_RXD、發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)UART_TXD，所述兩對(duì)差分信號(hào)中的一對(duì)為接收正極信號(hào)UART_RX+和接收負(fù)極信號(hào)UART_RX-，另一對(duì)為發(fā)送正極信號(hào)UART_TX+和發(fā)送負(fù)極信號(hào)UART_TX-;且主控端的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口與受控端的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口通過Cat.5標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線連接。
[0009]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述差分驅(qū)動(dòng)芯片包括8個(gè)管腳:第I管腳為電源管腳VCC;第2管腳為接收數(shù)據(jù)管腳RXD;第3管腳為發(fā)送數(shù)據(jù)管腳TXD;第4管腳為信號(hào)地管腳GND;第5管腳為發(fā)送正極信號(hào)UART_TX+管腳;第6管腳為發(fā)送負(fù)極信號(hào)UART_TX-管腳;第7管腳為接收負(fù)極信號(hào)UART_RX-管腳;第8管腳為接收正極信號(hào)UART_RX+管腳。
[0010]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述主控端的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口的第4管腳為接收正極信號(hào)UART_RX+管腳，與差分驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)應(yīng)的第8管腳連接;第5管腳為接收負(fù)極信號(hào)UART_RX-管腳，與差分驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)應(yīng)的第7管腳連接;第7管腳為發(fā)送正極信號(hào)UART_TX+管腳，與差分驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)應(yīng)的第5管腳連接;第8管腳為發(fā)送負(fù)極信號(hào)UART_TX-管腳，與差分驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)應(yīng)的第6管腳連接。
[0011]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述受控端的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口的第4管腳為發(fā)送正極信號(hào)UART_TX+管腳，與差分驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)應(yīng)的第5管腳連接;第5管腳為發(fā)送負(fù)極信號(hào)UART_TX-管腳，與差分驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)應(yīng)的第6管腳連接;第7管腳為接收正極信號(hào)UART_RX+管腳，與差分驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)應(yīng)的第8管腳連接;第8管腳為接收負(fù)極信號(hào)UART_RX-管腳，與差分驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)應(yīng)的第7管腳連接。
[0012]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述差分驅(qū)動(dòng)芯片的第5、6、7、8管腳各外接有終端電阻。
[0013]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，當(dāng)UART/RS232通信接口為RS232信號(hào)接口時(shí)，所述RS232信號(hào)接口與所述差分驅(qū)動(dòng)芯片之間設(shè)置有具有RS232轉(zhuǎn)UART功能的芯片，所述芯片用于將RS232信號(hào)接口輸出的發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)RS232_TX、接收數(shù)據(jù)信號(hào)RS232_RX信號(hào)，轉(zhuǎn)換成發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)UART_TXD、接收數(shù)據(jù)信號(hào)UART_RXD，然后再將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)發(fā)送至差分驅(qū)動(dòng)芯片。
[0014]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述差分驅(qū)動(dòng)芯片采用SP3077E芯片；所述Cat.5標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線支持標(biāo)準(zhǔn)直連或交叉線序。
[0015]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述UART/RS232通信接口采用接插件或是PCB走線的方式與差分驅(qū)動(dòng)芯片連接。
[0016]本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述串口通信系統(tǒng)的基于以太網(wǎng)Cat.5布線架構(gòu)的遠(yuǎn)距離串口通信方法，包括以下步驟:
[0017]S1:將主控端的UART/RS232通信接口的兩路信號(hào):接收數(shù)據(jù)信號(hào)UART_RXD、發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)UART_TXD，分別轉(zhuǎn)換為兩對(duì)差分信號(hào):接收正極信號(hào)UART_RX+、接收負(fù)極信號(hào)UART_RX-;發(fā)送正極信號(hào)UART_TX+、發(fā)送負(fù)極信號(hào)UART_TX-;
[0018]S2:將兩對(duì)差分信號(hào)——對(duì)應(yīng)地傳輸?shù)街骺囟薘J45網(wǎng)絡(luò)接口的第4、5、7、8管腳;再通過Cat.5標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線將兩對(duì)差分信號(hào)傳輸至受控端的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口的第4、5、7、8管腳；
[0019]S3:將受控端接收到的兩對(duì)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的接收數(shù)據(jù)信號(hào)UART_RXD、發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)UART_TXD，并將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)傳輸至受控端的UART/RS232通信接口，從而實(shí)現(xiàn)串口通信。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:
[0021 ]本發(fā)明通過差分驅(qū)動(dòng)芯片能將UART/RS232通信接口的接收數(shù)據(jù)信號(hào)UART_RXD、發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)UART_TXD轉(zhuǎn)換為兩對(duì)差分信號(hào)，然后利用RJ45網(wǎng)絡(luò)接口中兩對(duì)閑置的管腳(4、
5、7、8)將兩對(duì)差分信號(hào)通過Cat.5網(wǎng)線傳輸至遠(yuǎn)程的另一端，并與另一端具有同原理功能的受控端對(duì)接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的串口通信。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明無需專用線纜單獨(dú)布線，無需安裝RF/WIFI等專用無線設(shè)備，也無需要求設(shè)備必須支持Telnet協(xié)議，充分利用了現(xiàn)有的Cat.5網(wǎng)絡(luò)布線架構(gòu)，與網(wǎng)絡(luò)通信共用RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，能在標(biāo)準(zhǔn)Internet通信網(wǎng)絡(luò)的布線條件下，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的串口通信，具有直接可使用Internet標(biāo)準(zhǔn)Cat.5布線架構(gòu)的連接方式簡(jiǎn)易性，不但通用適配性好，而且抗干擾性強(qiáng)、穩(wěn)定可靠。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中基于以太網(wǎng)Cat.5布線架構(gòu)的遠(yuǎn)距離串口通信系統(tǒng)的框圖；
[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中差分驅(qū)動(dòng)芯片的電路原理圖；
[0024]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中主控端RJ45網(wǎng)絡(luò)接口的線序圖；
[0025]圖4是本發(fā)明實(shí)施例中受控端RJ45網(wǎng)絡(luò)接口的線序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0027]IEEE802.3i/u規(guī)范定義了 10/100MbpS傳輸網(wǎng)絡(luò)采用2對(duì)雙絞線進(jìn)行信息傳輸，也就說我們通常所用的Cat.5網(wǎng)線中，只用到了其中的2對(duì)雙絞線(1、2、3、6)，而另外兩對(duì)雙絞線(4、5、7、8)是閑置狀態(tài)的。而本發(fā)明，就是剛好利用了這兩對(duì)閑置的雙絞線(即利用對(duì)應(yīng)的町45網(wǎng)絡(luò)接口的第4、5、7、8管腳)，來實(shí)現(xiàn)基于現(xiàn)有0&丨.5網(wǎng)絡(luò)布線架構(gòu)的遠(yuǎn)程1^1^/RS232串口通信的物理線纜連接。由于利用了現(xiàn)有的Cat.5網(wǎng)絡(luò)布線架構(gòu)(已大規(guī)模使用)，因此，本發(fā)明無需單獨(dú)布線，通用適配性好，使用局限性小，且穩(wěn)定可靠。但需說明的是:本方案只適用與IEEE802.3i/u定義的10/100Mbps網(wǎng)絡(luò)接口共用，與IEEE802.3Z定義的1000Mbps網(wǎng)絡(luò)接口不兼容(如非共用網(wǎng)線連接，則無此問題)。
[0028]參見圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于以太網(wǎng)Cat.5布線架構(gòu)的遠(yuǎn)距離串口通信系統(tǒng)，包括主控端和與主控端進(jìn)行串口通信的受控端，主控端作為UART/RS232串口主要控制器，是串口命令或參數(shù)的主要發(fā)出方(例如:PC機(jī)、控制臺(tái)等)，受控端作為UART/RS232串口被動(dòng)控制器，是串口命令或參數(shù)的主要接收方(例如:前端設(shè)備、顯示終端等)。其中，主控端與受控端均包括UART/RS232通信接口、差分驅(qū)動(dòng)芯片和RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，UART/RS232通信接口通過差分驅(qū)動(dòng)芯片與RJ45網(wǎng)絡(luò)接口的第4、5、7、8管腳連接，該差分驅(qū)動(dòng)芯片用于將UART/RS232通信接口的兩路信號(hào)(接收數(shù)據(jù)信號(hào)UART_RXD和發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)UART_TXD)分別轉(zhuǎn)換為兩對(duì)差分信號(hào)(一對(duì)為接收正極信號(hào)UART_RX+和接收負(fù)極信號(hào)UART_RX_;另一對(duì)為發(fā)送正極信號(hào)UART_TX+和發(fā)送負(fù)極信號(hào)UART_TX-)，并將兩對(duì)差分信號(hào)一一對(duì)應(yīng)地傳輸?shù)絉J45網(wǎng)絡(luò)接口的第4、5、7、8管腳上;且主控端的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口與受控端的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口通過Cat.5標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線連接，該Cat.5標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線支持標(biāo)準(zhǔn)直連或交叉線序。本實(shí)施例中，UART/RS232通信接口采用接插件或是PCB走線的方式與差分驅(qū)動(dòng)芯片連接。
[0029]具體來說，參見圖2所示，所述差分驅(qū)動(dòng)芯片包括8個(gè)管腳:第I管腳為電源管腳VCC;第2管腳為接收數(shù)據(jù)管腳RXD;第3管腳為發(fā)送數(shù)據(jù)管腳TXD;第4管腳為信號(hào)地管腳GND;第5管腳為發(fā)送正極信號(hào)UART_TX+管腳;第6管腳為發(fā)送負(fù)極信號(hào)UART_TX-管腳;第7管腳為接收負(fù)極信號(hào)UART_RX-管腳;第8管腳為接收正極信號(hào)UART_RX+管腳。實(shí)際使用時(shí)，為了改善信號(hào)質(zhì)量，提高通信穩(wěn)定性，可在差分驅(qū)動(dòng)芯片的第5、6、7、8管腳各外接終端電阻(如圖2中的1?1、1?2、1?3、1?4、1?5和1?6)，且每個(gè)管腳外接的終端電阻之和為100 0?120 0。更進(jìn)一步地，為了增強(qiáng)差分信號(hào)的可靠性，可在差分輸出端，即差分驅(qū)動(dòng)芯片的第5、6、7、8管腳中的至少一個(gè)的外端增設(shè)防雷電器件/防靜電電器件/電壓鉗位電器件等，以獲得更好的接口保護(hù)。本實(shí)施例中，所述差分驅(qū)動(dòng)芯片采用SP3077E芯片，其具有高達(dá)16Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，土 15KV的ESD防護(hù)能力，獨(dú)立收、發(fā)兩個(gè)通道，特有自動(dòng)中斷機(jī)制，能滿足UART/RS232全雙工數(shù)據(jù)信號(hào)差分傳輸?shù)乃?