CN117459371A - 一种实时检测并定位串口通讯故障的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实时检测并定位串口通讯故障的装置，属于串口通讯技术领域。当双方设备出现串口通讯故障时，该装置在不借助外在工具和测试手段的情况下，能够实现对串口通讯故障原因的准确诊断和定位。本发明利用自身的串口切换电路实现对串口收发器的实时检测，完美解决了“串口通讯故障时序难以模拟和故障现象难以复现”的问题，提高了设备串口通讯故障诊断的可靠性和实时性。本发明提出的串口通讯故障诊断装置具有诊断速度快，成本低、准确性和稳定性高，且易实现的特点。
Description
技术领域
本发明属于串口通讯技术领域，具体涉及一种实时检测并定位串口通讯故障的装置。
背景技术
控制***中的双方设备通过串口进行通讯，当出现串口通讯故障时，为了定位是哪方设备出现的问题，通常会断开当前串口通讯双方的物理连接，连接控制***中的任意一方设备串口与工控机上的串口，利用工控机上的串口调试工具验证被测设备串口工作状态是否正常。
上述方法虽然能实现对设备串口通讯故障的诊断，但是该方法也存在一定的弊端。一方面，该方法操作过程复杂，实施难度较大。为实现被测试设备和工控机之间的串口通讯测试，需要现场定制它们之间的通讯线缆，并且需要按照串口通讯协议在串口调试工具中编辑每条数据报文的内容，模拟真实串口数据发送的时序和频率。另一方面，由于没有在故障发生的第一时间进行测试并诊断故障原因，若该故障是偶发故障，上述故障诊断方法很难故障复现，不利于故障原因的定位。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：提供一种实时检测并定位串口通讯故障的装置，解决现有串口通讯故障检测方法存在的串口通讯故障时序难以模拟和故障现象难以复现的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种实时检测并定位串口通讯故障的一种实时检测并定位串口通讯故障的装置，包括设置于串口数据发送方的第一数据发送模块、第一数据接收模块、第一数据处理模块，其中：
第一数据发送模块，用于按照约定的通讯协议向串口数据接收方的第二数据接收模块发送约定的串口数据，并向串口数据接收方的第二数据接收模块发送心跳报文、心跳确认报文；心跳报文包括数据帧头、设备工作状态、数据帧尾和校验和；该心跳接收确认报文包括数据帧头、接收确认状态、数据帧尾和校验和；
第一数据接收模块，用于接收串口数据接收方的第二数据接收模块发送的心跳报文、心跳确认报文和约定的串口数据；
第一数据处理模块，用于在串口数据发送方和串口数据接收方出现通讯故障时启动串口自检程序，诊断串口故障，并根据串口故障诊断结果定位串口通讯故障，并诊断故障原因；
该装置还包括设置于串口数据接收方的第二数据发送模块、第二数据接收模块、第二数据处理模块，其中：
第二数据发送模块，用于按照约定的通讯协议向串口数据发送方的第一数据接收模块发送约定的串口数据，并向串口数据发送方的第一数据接收模块发送心跳报文、心跳接收确认报文；
第二数据接收模块，用于接收串口数据发送方的第一数据发送模块发送的心跳报文心跳报文、和约定的串口数据；
第二数据处理模块，用于在串口数据发送方和串口数据接收方出现通讯故障时启动串口自检程序，诊断串口故障，并根据串口故障诊断结果定位串口通讯故障，并诊断故障原因。
优选地，所述第一数据处理模块、第二数据处理模块诊断串口故障的操作步骤如下：
S1：所述串口数据发送方/串口数据接收方的串口数据经由串口收发器到达串口切换电路，再经由串口切换电路到达串口数据接收方/串口数据发送方，其中串口收发器用于收发串口数据，其不仅能够将并行数据转换为串行数据，使其能够通过串行通讯线路进行传输，还能将串行数据转换为并行数据，串口切换电路用于断开/连接本地串口的接收端和本地串口的发送端，或者断开/连接本地串口的接收端和外部设备的发送端，其在收到本地处理器的控制信号时，接通本地串口的接收端和本地串口的发送端，启动串口自闭环测试；
S2：若所述串口数据发送方发送完心跳报文后，在规定的超时时间内未接收到所述串口数据接收方发送的心跳接收确认报文，表明双方串口通讯出现故障，所述串口数据发送方通过其处理器向本地串口切换电路发送控制信号，通知本地串口切换电路接通本地串口的接收端和发送端，启动串口自闭环测试；否则发送下一周期的心跳报文；由于串口数据发送方与串口数据接收方具有完全相同的串口电路，若所述串口数据接收方发送完心跳报文后，在规定的超时时间内未接收到所述串口数据发送方的第一数据发送模块发送的心跳接收确认报文，表明双方串口通讯出现故障；所述串口数据接收方通过其处理器向本地串口切换电路发送控制信号，通知本地串口切换电路接通本地串口的接收端和发送端，启动串口数据接收方自闭环测试；
S3：若串口自闭环测试结果正常，表明所述串口数据发送方/串口数据接收方的串口收发器工作正常，同时点亮绿色串口指示灯；若自闭环测试结果异常，表明所述串口数据发送方/串口数据接收方的串口收发器工作异常，同时点亮红色串口指示灯。
优选地，第一数据处理模块、第二数据处理模块根据串口故障诊断结果，定位串口通讯故障，并诊断故障原因的操作步骤如下：
其中，在所述串口数据发送方和所述串口数据接收方完成自闭环测试后，若所述串口数据发送方和所述串口数据接收方的串口指示灯均显示绿色灯亮，表明所述串口数据发送方和所述串口数据接收方的串口收发器正常，故障原因可能为连接双方的通讯线缆发生故障；若所述串口数据发送方和所述串口数据接收方的串口指示灯有一方显示红色灯亮，故障原因可能为红色灯亮的一方发生通讯故障。
优选地，步骤S1中，所述串口数据发送方/串口数据接收方发送的串口数据先经过串口控制器，再经由串口收发器到达串口切换电路，其中串口控制器用于实现串口通讯参数的设置、对通讯线路状态的访问、数据的发送和接收以及中断管理。
优选地，步骤S1中，所述串口数据发送方/串口数据接收方发送的串口数据先经过串口控制器、隔离电路，再经由串口收发器到达串口切换电路，其中隔离电路用于利用隔离器防止串口通讯设备之间由于地电位不同引起的串口损坏及静电击穿，减少串口通讯线路引入的干扰信号。
本发明还提供了一种所述装置的使用方法。
本发明还提供了一种基于所述装置设计的控制***。
本发明还提供了一种所述控制***的工作方法。
本发明还提供了一种所述装置在串口通讯技术领域中的应用。
(三)有益效果
本发明提供一种实时检测并定位串口通讯故障的装置，当双方设备出现串口通讯故障时，该装置在不借助外在工具和测试手段的情况下，能够实现对串口通讯故障原因的准确诊断和定位。本发明利用自身的串口切换电路实现对串口收发器的实时检测，完美解决了“串口通讯故障时序难以模拟和故障现象难以复现”的问题，提高了设备串口通讯故障诊断的可靠性和实时性。本发明提出的串口通讯故障诊断装置具有诊断速度快，成本低、准确性和稳定性高，且易实现的特点。
附图说明
图1是本发明的实时检测并定位串口通讯故障的自检电路示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供一种实时检测并定位串口通讯故障的装置，解决了“串口通讯故障时序难以模拟和故障现象难以复现”的问题，当双方设备出现串口通讯故障时，该装置在不借助外在工具和测试手段的情况下，在故障现场实现对串口电路的实时自检，能够实现对串口通讯故障原因的准确诊断和定位，方便快速准确地定位串口故障原因。本发明利用自身的串口切换电路实现对串口收发器的实时检测，提高了设备串口通讯故障诊断的可靠性和实时性。
如图1所示，本发明提出的一种实时检测并定位串口通讯故障的装置，包括设置于串口数据发送方的第一数据发送模块、第一数据接收模块、第一数据处理模块，其中：
第一数据发送模块，用于按照约定的通讯协议向串口数据接收方的第二数据接收模块发送约定的串口数据(串口通讯协议报文)，并向串口数据接收方的第二数据接收模块发送心跳报文、心跳确认报文；心跳报文包括数据帧头、设备工作状态、数据帧尾和校验和；该心跳接收确认报文包括数据帧头、接收确认状态、数据帧尾和校验和；
第一数据接收模块，用于接收串口数据接收方的第二数据接收模块发送的心跳报文、心跳确认报文和约定的串口数据；
第一数据处理模块，用于在串口数据发送方和串口数据接收方出现通讯故障时启动串口自检程序，诊断串口故障，并根据串口故障诊断结果定位串口通讯故障，并诊断故障原因。
该装置还包括设置于串口数据接收方的第二数据发送模块、第二数据接收模块、第二数据处理模块，其中：
第二数据发送模块，用于按照约定的通讯协议向串口数据发送方的第一数据接收模块发送约定的串口数据，并向串口数据发送方的第一数据接收模块发送心跳报文、心跳接收确认报文；
第二数据接收模块，用于接收串口数据发送方的第一数据发送模块发送的心跳报文心跳报文、和约定的串口数据；
第二数据处理模块，用于在串口数据发送方和串口数据接收方出现通讯故障时启动串口自检程序，诊断串口故障，并根据串口故障诊断结果定位串口通讯故障，并诊断故障原因。
第一数据处理模块、第二数据处理模块诊断串口故障的操作步骤如下：
S1：所述串口数据发送方/串口数据接收方的串口数据经由其串口控制器、隔离电路、串口收发器到达串口切换电路，再经由串口切换电路到达串口数据接收方/串口数据发送方，其中串口控制器负责串口通讯参数的设置、对通讯线路状态的访问、数据的发送和接收以及中断管理；隔离电路利用隔离器可有效防止串口通讯设备之间由于地电位不同引起的串口损坏及静电击穿，减少串口通讯线路引入的干扰信号；串口收发器用于收发串口数据，其不仅能够将并行数据转换为串行数据，使其能够通过串行通讯线路进行传输，还能将串行数据转换为并行数据，使串口通讯装置可以正确处理和解析数据，串口切换电路用于断开/连接本地串口的接收端和本地串口的发送端，或者断开/连接本地串口的接收端和外部设备的发送端，其在收到本地处理器的控制信号时，接通本地串口的接收端和本地串口的发送端，启动串口自闭环测试；
S2：若所述串口数据发送方发送完心跳报文后，在规定的超时时间内未接收到所述串口数据接收方发送的心跳接收确认报文，表明双方串口通讯出现故障，所述串口数据发送方通过其处理器向本地串口切换电路发送控制信号，通知本地串口切换电路接通本地串口的接收端和发送端，启动串口自闭环测试；否则发送下一周期的心跳报文；由于串口数据发送方与串口数据接收方具有完全相同的串口电路，若所述串口数据接收方发送完心跳报文后，在规定的超时时间内未接收到所述串口数据发送方的第一数据发送模块发送的心跳接收确认报文，表明双方串口通讯出现故障；所述串口数据接收方通过其处理器向本地串口切换电路发送控制信号，通知本地串口切换电路接通本地串口的接收端和发送端，启动串口数据接收方自闭环测试；
S3：若串口自闭环测试结果正常，表明所述串口数据发送方/串口数据接收方的串口收发器工作正常，同时点亮绿色串口指示灯；若自闭环测试结果异常，表明所述串口数据发送方/串口数据接收方的串口收发器工作异常，同时点亮红色串口指示灯。
第一数据处理模块、第二数据处理模块根据串口故障诊断结果，定位串口通讯故障，并诊断故障原因的操作步骤如下：
其中，在所述串口数据发送方和所述串口数据接收方完成自闭环测试后，若所述串口数据发送方和所述串口数据接收方的串口指示灯均显示绿色灯亮，表明所述串口数据发送方和所述串口数据接收方的串口收发器正常，故障原因可能为连接双方的通讯线缆发生故障；若所述串口数据发送方和所述串口数据接收方的串口指示灯有一方显示红色灯亮，故障原因可能为红色灯亮的一方发生通讯故障。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种实时检测并定位串口通讯故障的装置，其特征在于，包括设置于串口数据发送方的第一数据发送模块、第一数据接收模块、第一数据处理模块，其中：
第一数据发送模块，用于按照约定的通讯协议向串口数据接收方的第二数据接收模块发送约定的串口数据，并向串口数据接收方的第二数据接收模块发送心跳报文、心跳确认报文；心跳报文包括数据帧头、设备工作状态、数据帧尾和校验和；该心跳接收确认报文包括数据帧头、接收确认状态、数据帧尾和校验和；
第一数据接收模块，用于接收串口数据接收方的第二数据接收模块发送的心跳报文、心跳确认报文和约定的串口数据；
第一数据处理模块，用于在串口数据发送方和串口数据接收方出现通讯故障时启动串口自检程序，诊断串口故障，并根据串口故障诊断结果定位串口通讯故障，并诊断故障原因；
该装置还包括设置于串口数据接收方的第二数据发送模块、第二数据接收模块、第二数据处理模块，其中：
第二数据发送模块，用于按照约定的通讯协议向串口数据发送方的第一数据接收模块发送约定的串口数据，并向串口数据发送方的第一数据接收模块发送心跳报文、心跳接收确认报文；
第二数据接收模块，用于接收串口数据发送方的第一数据发送模块发送的心跳报文心跳报文、和约定的串口数据；
第二数据处理模块，用于在串口数据发送方和串口数据接收方出现通讯故障时启动串口自检程序，诊断串口故障，并根据串口故障诊断结果定位串口通讯故障，并诊断故障原因。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一数据处理模块、第二数据处理模块诊断串口故障的操作步骤如下：
S1：所述串口数据发送方/串口数据接收方的串口数据经由串口收发器到达串口切换电路，再经由串口切换电路到达串口数据接收方/串口数据发送方，其中串口收发器用于收发串口数据，其不仅能够将并行数据转换为串行数据，使其能够通过串行通讯线路进行传输，还能将串行数据转换为并行数据，串口切换电路用于断开/连接本地串口的接收端和本地串口的发送端，或者断开/连接本地串口的接收端和外部设备的发送端，其在收到本地处理器的控制信号时，接通本地串口的接收端和本地串口的发送端，启动串口自闭环测试；
S2：若所述串口数据发送方发送完心跳报文后，在规定的超时时间内未接收到所述串口数据接收方发送的心跳接收确认报文，表明双方串口通讯出现故障，所述串口数据发送方通过其处理器向本地串口切换电路发送控制信号，通知本地串口切换电路接通本地串口的接收端和发送端，启动串口自闭环测试；否则发送下一周期的心跳报文；由于串口数据发送方与串口数据接收方具有完全相同的串口电路，若所述串口数据接收方发送完心跳报文后，在规定的超时时间内未接收到所述串口数据发送方的第一数据发送模块发送的心跳接收确认报文，表明双方串口通讯出现故障；所述串口数据接收方通过其处理器向本地串口切换电路发送控制信号，通知本地串口切换电路接通本地串口的接收端和发送端，启动串口数据接收方自闭环测试；
S3：若串口自闭环测试结果正常，表明所述串口数据发送方/串口数据接收方的串口收发器工作正常，同时点亮绿色串口指示灯；若自闭环测试结果异常，表明所述串口数据发送方/串口数据接收方的串口收发器工作异常，同时点亮红色串口指示灯。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，第一数据处理模块、第二数据处理模块根据串口故障诊断结果，定位串口通讯故障，并诊断故障原因的操作步骤如下：
其中，在所述串口数据发送方和所述串口数据接收方完成自闭环测试后，若所述串口数据发送方和所述串口数据接收方的串口指示灯均显示绿色灯亮，表明所述串口数据发送方和所述串口数据接收方的串口收发器正常，故障原因可能为连接双方的通讯线缆发生故障；若所述串口数据发送方和所述串口数据接收方的串口指示灯有一方显示红色灯亮，故障原因可能为红色灯亮的一方发生通讯故障。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，步骤S1中，所述串口数据发送方/串口数据接收方发送的串口数据先经过串口控制器，再经由串口收发器到达串口切换电路，其中串口控制器用于实现串口通讯参数的设置、对通讯线路状态的访问、数据的发送和接收以及中断管理。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，步骤S1中，所述串口数据发送方/串口数据接收方发送的串口数据先经过串口控制器、隔离电路，再经由串口收发器到达串口切换电路，其中隔离电路用于利用隔离器防止串口通讯设备之间由于地电位不同引起的串口损坏及静电击穿，减少串口通讯线路引入的干扰信号。
6.一种如权利要求1至5中任一项所述装置的使用方法。
7.一种基于如权利要求1至5中任一项所述装置设计的控制***。
8.一种如权利要求6所述控制***的工作方法。
9.一种如权利要求1至5中任一项所述装置在串口通讯技术领域中的应用。
10.一种如权利要求6所述控制***在串口通讯技术领域中的应用。
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