一种RS‑422总线系统的实时监控器的制作方法

本实用新型涉及一种RS-422总线系统的实时监控器。

背景技术：

当今社会正处在智能化、自动化的浪潮当中，所以各种通信总线的应用十分广泛。其中RS422总线作为一种双向全双工总线，其支持远距离传输、多从机模式、全双工通信等优良特点，已经广泛应用于工业自动化、机器智能化及相关智能系统中。由于现在数据传输量巨大、传输数据的重要性提高，故为了提高总线传输数据的可靠性，大量的总线监控系统被引入。这些监控系统需要实时的监控总线上双向传输的所有数据，记录并保存，但又不影响主从双方的正常通信。

传统方案的RS422总线监控技术通过有限长度的通讯线缆，从RS422总线传输线中某一位置引出信号线直接连接到电脑上,通过上位机软件进行观察和记录总线上的数据信息，此方案由于要实地监控，且要根据监控者所在位置引出总线线缆，故增加了总线布线的复杂性，同时由于接收到的数据为总线上的真实传输数据信息，上位机无法确定总线上的数据流向，同时要时刻在现场进行监控，无法进行远程上位机监控。

而且，由于RS422总线通常作为长距离传输、多从机总线，最大传输距离为4000英尺，最多10个从机，实际总线通信系统为保证发送机与所有从机通讯的可靠性，通常需要在一个通讯系统中多个位置进行总线监控，并且可以实现远程监控办公；而传统的RS422总线监控方案未能实现该需求。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种RS-422总线系统的实时监控器。

解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种RS-422总线系统的实时监控器，其特征在于：所述的实时监控器设有发送线电平转换模块、接收线电平转换模块、主控制器、网口模块和用于为实时监控器供电的电源模块；所述发送线电平转换模块的两个差分信号输入端子分别与受监控RS-422总线的A+线和A-线电气连接，所述接收线电平转换模块的两个差分信号输入端子分别与受监控RS-422总线的B+线和B-线电气连接，所述发送线电平转换模块和接收线电平转换模块均能够将其两个差分信号输入端子输入的差分信号实时转换为适配于所述主控制器的电平信号并输出；所述主控制器通过所述网口模块接入互联网实现与上位机的TCP/IP协议通信，所述主控制器分别对所述发送线电平转换模块和接收线电平转换模块输出的电平信号进行数据封装，并将封装而成的数据包通过所述网口模块发送给所述上位机。

为了实现对受监控RS-422总线所传输数据的采集的远程控制，作为本实用新型的优选实施方式：所述发送线电平转换模块和接收线电平转换模块均具有工作使能端，所述主控制器设有分别与所述发送线电平转换模块和接收线电平转换模块的工作使能端电气连接的的发送线控制信号输出端和接收线控制信号输出端，所述主控制器能够在所述上位机发送的指令的控制下在其发送线控制信号输出端和接收线控制信号输出端产生相应的控制信号，以控制所述发送线电平转换模块和接收线电平转换模块开始和停止对所述差分信号进行转换。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的主控制器由型号为STM32F103C8T6的主控芯片(U4)及其外围电路组成；所述发送线电平转换模块和接收线电平转换模块均由瞬态抑制二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、型号为MAX485的电平转换芯片和第六电阻组成，其中，所述瞬态抑制二极管与所述第一电阻组成并联电路，且该并联电路的两端作为所述两个差分信号输入端子，该并联电路的其中一端通过第二电阻连接所述电平转换芯片的A引脚、另一端通过第三电阻连接所述电平转换芯片的B引脚，所述电平转换芯片的A引脚通过第四电阻接地、B引脚通过第五电阻接地、GND引脚接地，所述电平转换芯片的VCC引脚一路连接3.3V直流电源、另一路通过所述第一电容接地，所述电平转换芯片的引脚和DE引脚短接后通过所述第六电阻接地，所述电平转换芯片的RO引脚作为用于输出所述电平信号的输出端、DI引脚作为所述工作使能端。

为了适应于汽车工业和汽车行业应用，作为本实用新型的优选实施方式：所述的电源模块包括12V转5V直流电源模块和5V转3.3V直流电源模块，所述12V转5V直流电源模块将外部12V直流电源转换为5V电压后为所述5V转3.3V直流电源模块供电，所述5V转3.3V直流电源模块将所述5V电压转换为3.3V电压后为所述实时监控器供电。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的网口模块采用型号为USR-TCP232-T的USART转网口模块。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的实时监控器还设有指示灯模块；所述主控制器能够在接收所述发送线电平转换模块或所述接收线电平转换模块输出的电平信号时驱动所述指示灯模块发光。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

第一，本实用新型设有发送线电平转换模块、接收线电平转换模块、主控制器、网口模块，实现了上位机对受监控RS-422总线收发数据的实时远程数据采集，其能够在受监控RS-422总线的任意位置实现该数据采集且不影响受监控RS-422总线的数据传输，相较于现有的监控方案减少额外线缆的引入。

第二，由于本实用新型的主控制器分别对发送线电平转换模块和接收线电平转换模块输出的电平信号进行数据封装，使得上位机能够通过接收到的数据包封装方式的不同而判断出该数据包是属于发送线电平转换模块还是属于接收线电平转换模块输出的信号，从而方便的识别出受监控RS-422总线的数据传输方向，实现对受监控RS-422总线的数据流向跟踪。

第三，本实用新型通过采用具有工作使能端的发送线电平转换模块和接收线电平转换模块，能够实现对受监控RS-422总线所传输数据的采集的远程控制。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：

图1为本实用新型的实时监控器的电路原理框图；

图2为本实用新型中发送线电平转换模块和接收线电平转换模块的电路原理图；

图3-1为本实用新型中组成主控制器的主控芯片的电路原理图；

图3-2为本实用新型中主控芯片的外围电路的电路原理图；

图4为本实用新型中网口模块的电路原理图；

图5为本实用新型中12V转5V直流电源模块的电路原理图；

图6为本实用新型中5V转3.3V直流电源模块的电路原理图；

图7为本实用新型中指示灯模块的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型公开的是一种RS-422总线系统的实时监控器，其发明构思为：实时监控器设有发送线电平转换模块、接收线电平转换模块、主控制器、网口模块和用于为实时监控器供电的电源模块；发送线电平转换模块的两个差分信号输入端子分别与受监控RS-422总线的A+线和A-线电气连接，接收线电平转换模块的两个差分信号输入端子分别与受监控RS-422总线的B+线和B-线电气连接，发送线电平转换模块和接收线电平转换模块均能够将其两个差分信号输入端子输入的差分信号实时转换为适配于主控制器的电平信号并输出；主控制器通过网口模块接入互联网实现与上位机的TCP/IP协议通信，主控制器分别对发送线电平转换模块和接收线电平转换模块输出的电平信号进行数据封装，并将封装而成的数据包通过网口模块发送给上位机；其中，假定A设备和B设备通过受监控RS-422总线连接实现数据传输，那么，A+线和A-线为A设备向B设备发送数据时使用的线路，B+线和B-线为A设备接收B设备发送的数据时使用的线路。

本实用新型的实时监控器的工作原理为：在A设备向B设备发送数据时，数据通过A+线和A-线进行传输，发送线电平转换模块将在A+线和A-线上传输的差分信号转换为适配于主控制器的电平信号后输出，而在A设备接收B设备发送的数据时，则接收线电平转换模块将在B+线和B-线上传输的差分信号转换为适配于主控制器的电平信号后输出；主控制器分别对发送线电平转换模块和接收线电平转换模块输出的电平信号进行数据封装，并将封装而成的数据包通过网口模块发送给上位机，即实现了上位机对受监控RS-422总线收发数据的实时远程数据采集，其能够在受监控RS-422总线的任意位置实现该数据采集且不影响受监控RS-422总线的数据传输，相较于现有的监控方案减少额外线缆的引入；并且，由于主控制器分别对发送线电平转换模块和接收线电平转换模块输出的电平信号进行数据封装，使得上位机能够通过接收到的数据包封装方式的不同而判断出该数据包是属于发送线电平转换模块还是属于接收线电平转换模块输出的信号，从而方便的识别出受监控RS-422总线的数据传输方向，实现对受监控RS-422总线的数据流向跟踪。

在上述发明构思的基础上，本实用新型采用以下优选的结构：

为了实现对受监控RS-422总线所传输数据的采集的远程控制，上述发送线电平转换模块和接收线电平转换模块均具有工作使能端，主控制器设有分别与发送线电平转换模块和接收线电平转换模块的工作使能端电气连接的的发送线控制信号输出端和接收线控制信号输出端，主控制器能够在上位机发送的指令的控制下在其发送线控制信号输出端和接收线控制信号输出端产生相应的控制信号，以控制发送线电平转换模块和接收线电平转换模块开始和停止对差分信号进行转换。

参见图3-1和图3-2，上述主控制器由型号为STM32F103C8T6的主控芯片(U4)及其外围电路组成。上述发送线电平转换模块和接收线电平转换模块均由瞬态抑制二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、型号为MAX485的电平转换芯片和第六电阻组成，它们的连接方式相同，其中，参见图2，发送线电平转换模块的具体连接方式为：瞬态抑制二极管TVS1与第一电阻R8组成并联电路，且该并联电路的两端作为发送线电平转换模块的两个差分信号输入端子，该并联电路的其中一端通过第二电阻R9连接电平转换芯片U2的A引脚、另一端通过第三电阻R6连接电平转换芯片的B引脚，电平转换芯片U2的A引脚通过第四电阻R10接地GND、B引脚通过第五电阻R5接地GND、GND引脚接地GND，电平转换芯片U2的VCC引脚一路连接3.3V直流电源、另一路通过第一电容C7接地GND，电平转换芯片U2的引脚和DE引脚短接后通过第六电阻R7接地GND，电平转换芯片U2的RO引脚作为用于输出电平信号的输出端、DI引脚作为工作使能端；接收线电平转换模块的具体连接方式为：瞬态抑制二极管TVS2与第一电阻R14组成并联电路，且该并联电路的两端作为接收线电平转换模块的两个差分信号输入端子，该并联电路的其中一端通过第二电阻R16连接电平转换芯片U3的A引脚、另一端通过第三电阻R12连接电平转换芯片的B引脚，电平转换芯片U3的A引脚通过第四电阻R17接地GND、B引脚通过第五电阻R11接地GND、GND引脚接地GND，电平转换芯片U3的VCC引脚一路连接3.3V直流电源、另一路通过第一电容C11接地GND，电平转换芯片U3的引脚和DE引脚短接后通过第六电阻R13接地GND，电平转换芯片U3的RO引脚作为用于输出电平信号的输出端、DI引脚作为工作使能端。

上述发送线电平转换模块和接收线电平转换模块的工作原理是：利用两路半双工模式的MAX485芯片实现全双工模式通信，完成将TTL电平转换为RS－485电平的功能，也就实现了与RS422总线的通信；具体来说：当引脚为逻辑0时，MAX485芯片处于接收状态；当DE引脚为逻辑1时，MAX485芯片处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚通过DI引脚控制这引脚和DE引脚即可；当A引脚的电平高于B引脚时，代表发送的数据为1；当A引脚的电平低于B引脚时，代表发送的数据为0。

为了适应于汽车工业和汽车行业应用，参见图5和图6，上述电源模块包括12V转5V直流电源模块和5V转3.3V直流电源模块，12V转5V直流电源模块将外部12V直流电源转换为5V电压后为5V转3.3V直流电源模块供电，5V转3.3V直流电源模块将5V电压转换为3.3V电压后为实时监控器供电，其中，12V转5V直流电源模块由型号为LM2576-5V的电源芯片U6及其外围电路组成，5V转3.3V直流电源模块由型号为AMS1117-3.3V的电源芯片U5及其外围电路组成。

参见图4，上述网口模块采用型号为USR-TCP232-T的USART转网口模块U1。

参见图7，本实用新型的实时监控器还设有指示灯模块；主控制器能够在接收发送线电平转换模块或接收线电平转换模块输出的电平信号时驱动指示灯模块发光，其中，该指示灯模块由三极管Q3、电阻R24、电阻R25、发光二极管D5组成。

本实用新型不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本实用新型的保护范围之中。