專利名稱：具有自動替換功能的冗余式串口通訊裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于串口通信技術領域，具體涉及一種具有自動替換功能的冗余式串口通訊裝置。
背景技術：
近年來隨著科技的發展，串口作為電腦上一種很通用設備通信的協議得到了廣泛的應用，尤其串口也已經成為很多儀器儀表設備通用的通信協議。此外很多GPIB兼容的設備也帶有RS-232 口，以及多串口通信裝置和當今物聯網的開發都離不開串口的使用，它實現了數據的發送與接收。但是，由于串口的接口信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與TTL電路連接。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種安全可靠、可自動監控替換損壞芯片、電路結構簡單、使用壽命長的具有自動替換功能的冗余式串口通訊裝置。為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為:一種具有自動替換功能的冗余式串口通訊裝置，包括電源模塊、高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關、控制單元、傳感器單元以及互為冗余的第一串口單元和第二串口單元，所述第一串口單元包括第一串口芯片模塊和用于采集第一串口芯片模塊的過流信號以及控制第一串口芯片模塊的工作狀態的第一低輸入電壓負荷限流開關模塊，所述第二串口單元包括第二串口芯片模塊和用于采集第二串口芯片模塊的過流信號以及控制第二串口芯片模塊的工作狀態的第二低輸入電壓負荷限流開關模塊；所述電源模塊為高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關提供+15V和-15V的電源供給，所述控制單元默認通過高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關將第一串口芯片模塊與外部的串口模塊相連，在第一低輸入電壓負荷限流開關模塊輸出過流信號時通過第一低輸入電壓負荷限流開關模塊關閉第一串口芯片模塊、通過第二低輸入電壓負荷限流開關模塊打開第二串口芯片模塊，并通過高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關將第二串口芯片模塊與外部的串口模塊相連通。本實用新型具有下述優點:1、本實用新型通過設置互為冗余的第一串口單元和第二串口單元，控制單元默認通過高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關將第一串口芯片模塊與外部的串口模塊相連，在第一低輸入電壓負荷限流開關模塊采集的第一串口芯片模塊的工作電流出現異常時通過第一低輸入電壓負荷限流開關模塊關閉第一串口芯片模塊、通過第二低輸入電壓負荷限流開關模塊打開第二串口芯片模塊，并通過高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關將第二串口芯片模塊與外部的串口模塊相連通，因此本實用新型能夠在第一串口單元的電流過大時立即切換至第二串口單元，不僅解決了 RS232串口芯片燒毀的問題，而且還能夠監控與自動替換，提供一種簡單方便串口的檢測與備份的方法，具有安全可靠、可自動監控替換損壞芯片、電路結構簡單的優點。2、本實用新型通過設置互為冗余的第一串口單元和第二串口單元，通過在第一低輸入電壓負荷限流開關模塊采集的第一串口芯片模塊的工作電流出現異常時通過第一低輸入電壓負荷限流開關模塊關閉第一串口芯片模塊、通過第二低輸入電壓負荷限流開關模塊打開第二串口芯片模塊，并通過高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關將第二串口芯片模塊與外部的串口模塊相連通，實現了對第一串口單元和第二串口單元的冗余備份，大大地增加了串口的使用壽命，并省去了檢查芯片的麻煩和降低了更換芯片帶來的困難，具有使用壽命長的優點。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型實施例的框架結構示意圖。圖2為本實用新型實施例中電源模塊的電路接口原理示意圖。圖3為本實用新型實施例中高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關的電路接口原理示意圖。圖4為本實用新型實施例中第一串口芯片模塊的電路接口原理示意圖。圖5為本實用新型實施例中第二串口芯片模塊的電路接口原理示意圖。圖6為本實用新型實施例中第一低輸入電壓負荷限流開關模塊的電路接口原理示意圖。圖7為本實用新型實施例中第二低輸入電壓負荷限流開關模塊的電路接口原理示意圖。圖例說明:1、電源模塊；2、高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關；3、控制單元；4、第一串口單兀；41、第一串口芯片模塊；42、第一低輸入電壓負荷限流開關模塊；5、第二串口單元；51、第二串口芯片模塊；52、第二低輸入電壓負荷限流開關模塊。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的優選實施例進行詳細闡述，以使本實用新型的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本實用新型的保護范圍做出更為清楚明確的界定。如圖1所示，本實施例具有自動替換功能的冗余式串口通訊裝置包括電源模塊1、高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關2、控制單元3、傳感器單元以及互為冗余的第一串口單元4和第二串口單元5，第一串口單元4包括第一串口芯片模塊41和用于采集第一串口芯片模塊41的過流信號以及控制第一串口芯片模塊41的工作狀態的第一低輸入電壓負荷限流開關模塊42，第二串口單元5包括第二串口芯片模塊51和用于采集第二串口芯片模塊51的過流信號以及控制第二串口芯片模塊51的工作狀態的第二低輸入電壓負荷限流開關模塊52 ;所述電源模塊I為高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關2提供+15V和-15V的電源供給，控制單元3默認通過高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關2將第一串口芯片模塊41與外部的串口模塊相連，在第一低輸入電壓負荷限流開關模塊42輸出過流信號時通過第一低輸入電壓負荷限流開關模塊42關閉第一串口芯片模塊41、通過第二低輸入電壓負荷限流開關模塊52打開第二串口芯片模塊51，并通過高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關2將第二串口芯片模塊51與外部的串口模塊相連通。如圖2所示，本實施例的電源模塊I采用CXD偏置的升壓與負輸出⑶/⑶轉換器LTC3463芯片(Ul)實現。電源VCC與電感L1、電感L2—端連接，電感LI的另一端與Ul (LT3463)的Sffl引腳相連接，電感L2的另一端與Ul (LT3463)的SW2引腳連接，電感L2的另一端還與電容Cl的一端，電容Cl的另一端與U1(LT3463)的D2引腳連接，電容Cl的另一端還與肖特基二極管Dl的正極端連接，肖特基二極管Dl的負極端還與電阻R3、電容C2、電解電容E2的正極端連接，電阻R3與電容C2并聯并與Ul (LT3463)的FB2引腳連接，電容C2的另一端與電阻R4的一端，電阻R4的另一端與Ul (LT3463)的VREF引腳連接。Ul的VIN、SHDN1、SHDN2引腳與電源VCC連接。Ul (LT3463)的FBl引腳與電阻R1、電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端與電解電容El的負極端相連接，電阻R1、電容El的正極端與Ul (LT3463)的VOUT引腳連接，并由此端輸出正15V電壓，由肖特基二極管Dl的負極端輸出負15V電壓，電解電容E2的負極端接地。本實施例通過CXD偏置的升壓與負輸出⑶/⑶轉換器LT3463芯片的輸出端與高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關2連接，為高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關2提供有規律的+15V和-15V的穩定電源。如圖3所示，本實施例的高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關2采用高壓防閂鎖四通道SPST (單刀單擲)開關ADG5434芯片(U2)實現。U2的第5和6號引腳分別與電源模塊I的+15V和-15V輸出端相連，U2的第2、9、12、19號引腳與第一串口芯片模塊41相連，U2的第4、7、14、17號引腳與第二串口芯片模塊51相連，U2的3、8、13、18號引腳與外部的串口模塊相連通。如圖4所示，本實施例的第一串口芯片模塊41(U3)基于MAX232CPD芯片實現。U3的Cl+引腳、Cl-引腳分別與電解電容E3的正極端和負極端相連，U3的C2+、C2-引腳與電解電容E8的正極端和負極端相連。U3的VCC引腳分別與VCCB、電解電容E4的負極端、電解電容E5的正極端，電解電容E4的正極端與U3的V+引腳連接，電解電容E5的負極端分別與電解電容E9的正極端、U3的GND引腳相連接，并接地。電解電容E9的負極端與U3的V-引腳相連接。RS232模塊U3的第11號引腳(TlIN)、12號引腳(RIOUT)引腳分別與U2的第14號引腳(S3B)、17號引腳(S4B)引腳連接，U3的第13號引腳(RlIN)、14號引腳(TlOUT)引腳分別與U2的第7號引腳(S2B)、4號引腳(SlB)引腳連接。如圖5所示，本實施例的第二串口芯片模塊61 (U4)基于MAX232CPD芯片實現。U4的Cl+引腳與電解電容ElO的正極端連接，電解電容ElO的負極端與U4的Cl-引腳相連。U4的C2+引腳與電解電容Ell的正極端連接，電解電容Ell的負極端與U4的C2-引腳相連。U4的VCC引腳分別與VCCA、電解電容E6的負極端、電解電容E7的正極端，電解電容E6的正極端與U4的V+引腳連接，電解電容E7的負極端分別與電解電容E12的正極端、U3的GND引腳相連接，并接地。電解電容E12的負極端與U3的V-引腳相連接。RS232模塊U4的第11號引腳(TlIN)、12號引腳(RlOUT)引腳分別與U2的第12號引腳(S3A)、19號引腳(S4A)引腳連接，RS232模塊U3的第13號引腳(RlIN)、14號引腳(TlOUT)引腳分別與U2的第9號引腳(S2A)、2號引腳(SlA)引腳連接。如圖6所不,本實施例的第一低輸入電壓負荷限流開關模塊42基于TPS22941芯片(U5)實現；U5的第4號引腳(ON)與U2的(IN1、IN2、IN3、IN4)引腳連接，U5的第I號引腳(VCCB)與U3的(VCC)引腳連接，U5的第3號引腳(OCl)與控制單元3連接，用于向控制單元3輸出U3的電流信息；如圖7所示，本實施例的第二低輸入電壓負荷限流開關模塊62基于TPS22943芯片(U6)實現。U6的第4號引腳(ON)與U2的(IN1、IN2、IN3、IN4)引腳連接，U6的第一引腳VCCA與U4的(VCC)引腳連接，U6的第3號引腳(0C2)與控制單元3連接，用于向控制單元3輸出U4的電流信息；本實施例中，控制單元3采用單片機實現。接通電源后，控制單元3默認通過高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關2將第一串口芯片模塊41與外部的串口模塊相連，U3正常工作，單片機引腳與U2連接的CONA端的信號為I。當U2的D3、D4引腳在IOmS時間出現沒有數據的發射與接收，則說明U3已損壞不能繼續傳送數據，此時U3會出現一個連續大電流狀態最大電流為40mA，此時U5的第3號引腳(OCl)輸出過流信號發送給單片機，單片機發送信號O到U5的CONA引腳(ON)使U5關閉，同時單片機發送信號O到U2的(IN1、IN2、IN3、IN4)引腳，此時U2先開后合防止開關通道時發生瞬時短路切換到備用的U4，通過U2將U4與外部的串口模塊相連通，U6(TPS22941)自動開啟，從而達到對RS232模塊的監控與自動替換。本實施例中，電解電容E3、E4、E5、E6、E7、E8、E9、E10、E11、E12均為 IuF ;電解電容El和E2均為IOuF ；電感LI和L2均為IOuF ；電容Cl為Iuf ；電容C2為10PF。以上所述僅為本實用新型的優選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅限于上述實施方式，凡是屬于本實用新型原理的技術方案均屬于本實用新型的保護范圍。對于本領域的技術人員而言，在不脫離本實用新型的原理的前提下進行的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種具有自動替換功能的冗余式串口通訊裝置，其特征在于:包括電源模塊(I)、高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關(2)、控制單元(3)、傳感器單元以及互為冗余的第一串口單元(4)和第二串口單元(5)，所述第一串口單元(4)包括第一串口芯片模塊(41)和用于采集第一串口芯片模塊(41)的過流信號以及控制第一串口芯片模塊(41)的工作狀態的第一低輸入電壓負荷限流開關模塊(42)，所述第二串口單元(5)包括第二串口芯片模塊(51)和用于采集第二串口芯片模塊(51)的過流信號以及控制第二串口芯片模塊(51)的工作狀態的第二低輸入電壓負荷限流開關模塊(52);所述電源模塊(I)為高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關⑵提供+15V和-15V的電源供給，所述控制單元(3)默認通過高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關(2)將第一串口芯片模塊(41)與外部的串口模塊相連，在第一低輸入電壓負荷限流開關模塊(42)輸出過流信號時通過第一低輸入電壓負荷限流開關模塊(42)關閉第一串口芯片模塊(41)、通過第二低輸入電壓負荷限流開關模塊(52)打開第二串口芯片模塊(51)，并通過高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關(2)將第二串口芯片模塊(51)與外部的串口模塊相連通。
專利摘要本實用新型公開了一種具有自動替換功能的冗余式串口通訊裝置，包括電源模塊、高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關、控制單元、傳感器單元以及互為冗余的第一串口單元和第二串口單元，第一串口單元包括第一串口芯片模塊和第一低輸入電壓負荷限流開關模塊，第二串口單元包括第二串口芯片模塊和第二低輸入電壓負荷限流開關模塊，控制單元控制第一串口芯片模塊或第二串口芯片模塊通過高壓防閂鎖型四通道單刀單擲開關與外部的串口模塊相連。本實用新型具有安全可靠、可自動監控替換損壞芯片、電路結構簡單、使用壽命長的優點。
文檔編號G06F13/40GK203054830SQ20132004491
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月16日 優先權日2013年1月16日
發明者王冠凌, 凌海波, 楊駿, 劉姚, 徐海東, 何思雨, 吳玉玨 申請人:安徽工程大學