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计算机监控接口技术研究

发布时间:2020-07-21 17:23:05 阅读: 来源:柴油机厂家

1 引言 串行接口一般包括RS232/422/485,其技术简单成熟,性能可靠,价格低廉,所要求的软硬件环境或条件都很低,广泛应用于计算机及相关领域,遍及调制解调器、串行打印机、各种监控模块、PLC、摄像头云台、数控机床、单片机及相关智能设备,甚至路由器也不例外(通过串口设置参数)。在计算机监控系统中,主控机一般采用工控机,通过串口与监控模块相连,监控模块再连接相应的传感器和执行器,如此形成一个简单的双层结构的计算机监控系统。这种结构主要用于单独的中小型企业或部门,如果属于综合型企业或部门,如电力系统监控,高速公路监控和收费系统,则可以此为基础结构进行扩充,用集线器将众多双层监控系统连接起来,再用交换机将若干集线器连接起来,统一接上路由器,从而跟Internet互联(当然,软件结构也得作调整),如此即可形成一个庞大的计算机监控网络。由此可见,串行接口和网口是计算机监控系统中最基本、最实用,也是最有效的接口。 2 串行接口和网口的硬件特性 RS232接口是一种用于近距离(一般在15米之内,最长不超过30至60米)、慢速度、点对点的通讯协议。虽然有9根线,但是,只要发送线TxD、接收线RxD、地线GND即可工作。在RS232中一个信号只用到一条信号线,采取与地电压参考的方式,因而在长距离传输后,发送端和接收端的对地电压有出入,容易造成通讯出错或速度降低[1]。如果采用光电隔离的长线驱动器,也可使通讯距离延长至2000米。RS232的最高速率一般可达到115200bit/s,通常默认的工作参数为:9600bit/s,8位,无校验。 RS485/422接口采用不同的方式:每个信号都采用双绞线(两根信号线)传送,两条线间的电压差用于表示数字信号。例如把双绞线中的一根标为A(正),另一根标为B(负),当A为正电压(通常为+5V),B为负电压时(通常为0),表示信号“1”;反之,A为负电压,B为正电压时表示信号“0”。RS485/422允许通讯距离可达到1200米,采用合适的电路可达到2.5MB/s的传输速率。 RS422与RS485采用相同的通讯协议,但有所不同:RS422通常作为RS232通讯的扩展,它采用两根双绞线,数据可以同时双向传递(全双工)。RS485则采用一根双绞线,输入输出信号不能同时进行(半双工)。但是,RS485可用于多点通讯,一条信号线上可连接多台设备。 网口一般使用RJ45 头,采用8芯(4对)双绞线,只用其中2对,另外2对将来扩展使用。8芯双绞线的作用和颜色如表1所示(RJ45头的金属线向上,双绞线靠近自己,从左到右即为1至8的顺序)。 表1 双绞线的功能和颜色

在双绞线中橙、绿两对线比另外两对绕得更紧一些, 所以在有关标准中规定用这两对线作收发线, 可以有更长的传输距离。网口的传输速率可以根据实际需要进行设定,只要不超过网卡的参数和网络带宽及计算机的处理速度。 3 串行接口和网口之间的硬件通讯连接与转换 3.1 各对等接口之间的通讯连接方法 两台RS232设备之间的通讯连接,只要发送线与接收线交叉连接,地线直接连接即可。一般用于主控机(如工控机)与受控机(CPU模块)之间的连接。 RS422是对RS232的扩展,RS232只能进行半双工通讯,而RS422可以进行全双工通讯,而且传输速率高,距离远。两台RS422设备之间的通讯连接,也只是发送线与接收线交叉连接。由于发送线和接收线各自有两根,交叉后正极与正极相连,负极与负极相连。这种情况主要用于受控机离主控机距离较远,在主控机的RS232上挂接RS232/422转换器,从而实现两台RS422设备之间的连接。 RS485可以说是最简单高效的串口了,传输速率高,距离远,一条信号线上一般可以连接多达128台设备,执行器一般配备此接口。两台RS485设备之间的通讯连接,只要直连即可,即正极连接正极,负极连接负极。受控机一般配备标准的串口,即RS232,同时配备RS485,用于跟距离较远的多台执行器通讯,发送命令或查询设备状态。 为了适应网络化的发展,现在不少受控机(CPU模块)已经配备了网口(RJ45)。两台RJ45设备之间的连接,均按照表1接线,借助集线器即可。如果直接连接,即摒弃集线器,只要参考两台RS422设备之间的连接即可。 3.2 各接口之间的通讯转换方法 各串口之间的转换与串口与网口之间的转换,现在都有成熟的产品。在串口转换器中,仅用到COM端口的3根线:TxD,RxD,GND(它们分别是D型接口的3脚,2脚和5脚),TxD为信号输出线,RxD为信号输入线,GND为地。 RS232/485转换器:发送信号时,由TxD输出的RS232信号经发送器输出,转换为RS485信号;接收信号时,RS485信号经接收器接收并转换为RS232信号,传给RxD。 RS232/422转换器:因RS422信号的输入和输出分开,所以需要两根双绞线来传送输入和输出信号。发送信号时,由TxD输出的RS232信号经发送器输出,转换为RS422信号;接收信号时,RS422信号经接收器接收后传给串口的RxD。 RS232/485/422转换器按照供电方式来划分,有无源和有源两种。无源转换器采用高效率的窃电和实时储能技术,无须外接电源,因而,使用更加方便可靠,不必担心转换器的供电故障。 现有的硬件以太网串行网关可以直接提供将RS232/485/422串行接口接入工业以太网的连接,配置通讯参数,而且还提供一定的协议功能。但是,价格相对较贵。典型的综合计算机监控系统的硬件结构如图1所示。其中,一台主控机可以带多台受控机,一个小型的计算机监控系统通过因特网,可以组建一个综合系统,不受地理条件的限制。

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