CN216901647U - 一种信号复用和自动切换电路 - Google Patents

Abstract

一种信号复用和自动切换电路，属于数字信号传输电路复用技术领域，用于上位机与终端的通信线路，上位机与终端采用轮询方式进行通信，电路包括2路或2路以上的进线和1路出线，进线连接终端设备的信息发送端，出线连接上位机的信息接收端，每路进线上均设置二极管，所有进线汇集后连接出线，在汇集点连接电阻，电阻另一端接地。借助二极管的特性对整个电路进行改进，无需外部控制实现多路通讯自动切换，具有结构简单、低成本、稳定性好的特点。

Description

一种信号复用和自动切换电路

技术领域

本实用新型属于数字信号传输电路复用技术领域，具体涉及一种信号复用和自动切换电路。

背景技术

在主从设备通信及控制领域，一般是一个上位机对应多个终端，其通信方式为串口通信或通过数字IO卡直接交换信息。

以串口通信为例，最规范的做法是在上位机设置大于终端数量的串口，实现串口的一对一通信。但在轮询的通信方式下，即上位机每次只与一个终端设备进行交互，不会发生两个或两个以上终端同时进行通信的场景，上位机配置多个串口明显浪费。

解决的方法是串口复用，目前基本有以下几种解决方案：1、在上位机的串口上，设置多条RXD、TXD线，分别连接到终端设备的TXD和RXD端，此种方式基本用于临时情况。2、采用串口切换盒，切换盒一端连接上位机的串口，另一端有多路串口线，分别连接终端的串口；切换盒内完成串口切换的方式有两种：继电器切换和MCU控制切换，继电器切换是将上位机的串口线路通过继电器的选择，切换到某一路上，这种方式需要外部控制，不能自动切换，便捷性差；继电器的机械触点有寿命限制，可靠性较差；一般只能实现两路串口的切换，如果是多路串口切换，接线方式会很复杂；带电进行线路切换，会损坏串口芯片。MCU控制串口切换盒存在的缺点：结构复杂、故障点多、可靠性较差、成本较高；串口扩展的数量依赖MCU本身的串口数量配置。

如何设计一种结构简单、低成本、稳定性好的复用和自动切换电路，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种信号复用和自动切换电路，借助二极管的特性对整个电路进行改进，无需外部控制实现多路通讯自动切换，具有结构简单、低成本、稳定性好的特点。

本实用新型采用的技术方案是：一种信号复用和自动切换电路，用于上位机与终端的通信线路，上位机与终端采用轮询方式进行通信，所述电路包括2路或2路以上的进线和1路出线，进线连接终端设备的信息发送端，出线连接上位机的信息接收端，每路进线上均设置二极管，所有进线汇集后连接出线，在汇集点连接电阻，电阻另一端接地。

进一步地，所述电阻一端连接汇集点，另一端连接电源，电源另一端接地。

进一步地，所述通信线路为RS232串口通信线路，进线连接终端串口的TXD，出线连接上位机串口的RXD；上位机串口的TXD连接所有终端串口的RXD；电源输出直流电压，电压值为-3V。

进一步地，终端在非工作期间，信息发送端保持低电平。

采用本实用新型产生的有益效果：本实用新型无需外部控制即可实现自动切换，且只使用二极管和电阻两种无源器件，具有结构简单、低成本、稳定性好的特点；本实用新型可应用于多路串口复用以及IO卡的切换。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构示意图；

图2是本实用新型的实施例一的电路图；

图3是本实用新型的实施例二的电路图。

具体实施方式

参看附图1，一种信号复用和自动切换电路，用于上位机与终端的通信线路，上位机与终端采用轮询方式进行通信，所述电路包括2路或2路以上的进线和1路出线，进线连接终端设备的信息发送端，出线连接上位机的信息接收端，每路进线上均设置二极管，所有进线汇集后连接出线，在汇集点连接电阻，电阻另一端接地。终端在非工作期间，信息发送端保持低电平。所述二极管的型号为BAT46W。

进一步改进措施是：所述电阻一端连接汇集点，另一端连接电源，电源另一端接地。

二极管D1—Dn的作用是利用二极管的单向导电性，将未选择信号做电平隔离；电阻R1和电源E1的作用是保证当所有进线无输入信号或无效时，输出电平处于一个稳定的无效状态。

本实用新型的电路用于轮询的通信方式，即在一个时刻，最多只有一个进线在工作，并且上位机知道哪一路在工作。终端在非工作期间，信息发送端保持低电平，即不在工作状态的进线保持低电平。

假设工作的进线为IN1，IN1为高电平时，二极管D1导通，出线OUT通过电阻R1上拉到高电平；进线IN1为低电平时，二极管D1不导通，出线OUT通过电阻R1下拉到E1伏（-3V）。

参看附图2，本实用新型应用在RS232串口切换盒的实施例一。进线TXD1和TXD12分别连接各自终端串口的TXD端，出线TXD连接上位机串口的TXD端；上位机串口的RXD与终端串口的RXD1和RXD2连接；电源E1输出直流电压，电压值为-3V；二极管D1和二极管D2选取快速关断的肖特基二极管，该二极管压降低、开关速度快,具体型号：BAT46W；电阻R1选用1KΩ±5%的直插电阻，功率1/4W。上位机的信息接收如上所述。

RS232串口有三种电平状态：逻辑1，-15V~-3V；逻辑0，3V~15V；逻辑空闲，0V。二极管D1利用二极管的单向导电性，在正向输入低电平时不导通的状态来实现与其他路串口的隔离。举例：如果终端TXD1是逻辑1，终端TXD2是逻辑0，上位机串口的TXD上的电平是3V~15V减去二极管的管压降（肖特基二极管的压降一般未0.2V-0.4V之间）。

当上位机发送信息时，所有终端都会收到。由于是轮询方式，只有轮询到的终端会响应。

本实施例为2路串口复用，但在实际应用过程中可以实现多路复用。对于上位机，实现多少串口复用取决于串口芯片的驱动能力，即其发送端TXD的驱动能力。

以未美信的MAX3222EMA为例，其发送端输出短路电流为±60mA，而接收端的输入电阻为5KΩ，按照最高工作电压15V计算，输出电流不超过3mA，那么单个MAX3222EMA芯片下限驱动能力为60/3=20片同等规格的输入信号。而实际上，一般串口芯片由于采用电荷泵原理，实际电压工作电压一般不会超过10V，因而输入电路不会超过2mA，因此单个MAX3222EMA芯片下限驱动能力为30片。

选用-3V的原因是RS232接口逻辑“1“的电平要求是-15V~-3V，取上限。

附图3为本实用新型应用在8路节点切换器的实施例二，应用于高速公路收费车道无人值守发卡机控制的数字IO卡（A卡）和人工控制的数字IO卡（B卡）之间的信号切换，两个数字IO卡的结构和物理参数完全相同，本实施例中，数字IO卡为研华公司的PCL-730数字IO卡。

INA为A卡的输出端，INB为B卡的输出端，每个卡上分别有8个信息发送管脚。本实施例中，进线两两一组、分为8组，每组进线分别连接终数字IO卡的信息发送端、出线连接上位机的信息接收端；如进线INA1连接A卡输出端的一个信息发送管脚，进线INB1连接B卡输出端上对应的信息发送管脚，出线IN1连接上位机的信息接收端；二极管D1和二极管D2选取快速关断的肖特基二极管，该二极管压降低、开关速度快,具体型号：BAT46W；电阻R1选用1KΩ±5%的直插电阻，功率1/4W；电源E1此应用可以不用，直接短接即可；上位机的输出端OUT1-8同时连接A卡的输入管脚OUT1-8A和B卡的输入管脚OUT1-8B。

同样，该结构的驱动能力取决于上位机输出端。

本实施例在轮询模式下工作，即发卡机控制的数字IO卡（A卡）和人工控制的数字IO卡（B卡）在上位机的控制下分时工作，A卡工作时，进线INA1-INA8状态为高电平或低电平，与B卡连接的进线INB1-INB8状态保持低电平状态，B卡不影响A卡的信号输入。B卡工作时，参照上述A卡工作过程。

Claims (5)

1.一种信号复用和自动切换电路，用于上位机与终端的通信线路，上位机与终端采用轮询方式进行通信，所述电路包括2路或2路以上的进线和1路出线，进线连接终端设备的信息发送端，出线连接上位机的信息接收端，其特征在于：每路进线上均设置二极管，所有进线汇集后连接出线，在汇集点连接电阻，电阻另一端接地。

2.根据权利要求1所述的信号复用和自动切换电路，其特征在于：所述电阻一端连接汇集点，另一端连接电源，电源另一端接地。

3.根据权利要求2所述的信号复用和自动切换电路，其特征在于：所述通信线路为RS232串口通信线路，进线连接终端串口的TXD，出线连接上位机串口的RXD；上位机串口的TXD连接所有终端串口的RXD；电源输出直流电压，电压值为-3V。

4.根据权利要求1或3所述的信号复用和自动切换电路，其特征在于：终端在非工作期间，信息发送端保持低电平。

5.根据权利要求1所述的信号复用和自动切换电路，其特征在于：所述二极管的型号为BAT46W。

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