本实用新型涉及工业控制网络，具体地，涉及一种基于千兆以太网的串口网络交换机。
背景技术：
随着物联网、工业远程监控、智能家居等发展兴起，越来越多的智能仪器需要接入网络已成为一种趋势。接入以太网后可以实现数据的共享与远程管理。但目前大多智能仪器使用的是异步串行通信接口无网络接口。如果要实现远程监控及数据共享，在不改变原有串口仪器硬件设计的前提下，将以太网与串口仪器进行互联，迫切需要一种能将串行接口智能仪器与以太网进行数据交互及远程监控的串口网络交换机。这样既满足系统的网络化要求，又能减少串口仪器二次开发的成本，很好的实现数据的传输和共享。
在集散式计算机测控领域中，多台智能仪器要与上位机(即主机)进行串行联网通讯，传统的解决方法是在计算机中加入多串口卡，但在实际的使用过程中多串口卡成本高、使用不方便、维护成本也高，且串行通信在可靠性、传输距离方面还是有很大的局限性。若要实现数目众多的智能仪器与远端主机之间的通信甚至与多个主机进行通信，多串口卡将不能胜任，并且基于RS-422或RS-485中线方式的控制网络会变得非常复杂。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种基于千兆以太网的串口网络交换机。
根据本实用新型提供的基于千兆以太网的串口网络交换机，包括FPGA模块、千兆以太网光纤接口模块、FPGA配置模块、电源模块、RS485通讯模块、RS422通讯模块以及功能扩展预留模块；
其中，千兆以太网光纤接口模块、FPGA配置模块、RS485通讯模块、RS422通讯模块以及功能扩展预留模块连接FPGA模块；
所述电源模块向千兆以太网光纤接口模块、FPGA配置模块、电源模块、RS485通讯模块、RS422通讯模块以及功能扩展预留模块供电。
优选地，所述的千兆以太网光纤接口模块采用SFP接口的单芯双向光模块。
优选地，所述的FPGA配置模块包括50MHz时钟、125MHz时钟、FLASH芯片、看门狗芯片以及JTAG调试模块；
其中，所述50MHz时钟、所述125MHz时钟、所述FLASH芯片、所述看门狗芯片以及所述JTAG调试模块连接FPGA模块。
优选地，所述RS485通讯模块包括第一数字信号隔离器、RS485高速收发器模块以及RS485通讯接口模块；
其中，所述RS485通讯接口模块依次通过RS485高速收发器模块、第一数字信号隔离器连接FPGA模块。
优选地，所述的RS422通讯模块包括第二数字信号隔离器、第三数字信号隔离器、LVDS发送器、LVDS接收器模块、RS422通讯接口模块；
其中，RS422通讯接口一方面依次通过LVDS发送器、第二数字信号隔离器连接FPGA模块，另一方面依次通过LVDS发送器、第三数字信号隔离器连接FPGA模块。
优选地，所述的功能扩展预留模块包括第四数字信号隔离器和功能扩展接口；所述功能扩展接口通过第四数字信号隔离器连接FPGA模块。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
1、本实用新型能够实现现有串行通讯仪器与以太网之间数据交互，为物联网提供了方便；
2、本实用新型兼容性强，应用广泛；
3、本实用新型灵活通用性强，本实用新型设置有RS485通讯模块、RS422通讯模块具有灵活性、通用性；
4、本实用新型成本低，系统结构简单，由于采用集成芯片，简化了系统设计，可维护性较高。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
在本实施例中，本实用新型提供的基于千兆以太网的串口网络交换机，包括FPGA模块1、千兆以太网光纤接口模块2、FPGA配置模块3、电源模块4、RS485通讯模块5、RS422通讯模块6以及功能扩展预留模块7；
其中，千兆以太网光纤接口模块2、FPGA配置模块3、RS485通讯模块5、RS422通讯模块6以及功能扩展预留模块7连接FPGA模块1；
所述电源模块4向千兆以太网光纤接口模块2、FPGA配置模块3、电源模块4、RS485通讯模块5、RS422通讯模块6以及功能扩展预留模块7供电。
所述的千兆以太网光纤接口模块2采用SFP接口的单芯双向光模块。
所述的FPGA配置模块3包括50MHz时钟、125MHz时钟、FLASH芯片、看门狗芯片以及JTAG调试模块；
其中，所述50MHz时钟、所述125MHz时钟、所述FLASH芯片、所述看门狗芯片以及所述JTAG调试模块连接FPGA模块1。
50MHz时钟用于系统逻辑工作；125MHz时钟用于FPGA内部以太网数据收发器硬核；FLASH芯片用于FPGA上电程序加载；
所述的电源模块4包括外部接入的5V模拟电压信号经过稳压电源芯片处理之后的为电路系统供电的5V电压信号，为系统供电的5V电压信号经过电源转换芯片转换为3.3V系统供电电压信号；3.3V系统供电电压信号再经过电源转换芯片转换为2.5V、1.8V、1.2V、1.0V的系统供电电压信号。以上5V、3.3V、2.5V、1.8V、1.2V、1.0V为本实用新型中需要相应工作电压的模块及芯片提供电源。
所述的RS485通讯模块5包括第一数字信号隔离器8、RS485高速收发器模块9以及RS485通讯接口模块；
其中，所述RS485通讯接口模块依次通过RS485高速收发器模块9、第一数字信号隔离器8连接FPGA模块1；
其中，每个RS485高速收发器模块9包括5片RS485高速收发器芯片；RS485高速收发器芯片主要实现单端信号与差分信号的转换功能。将FPGA发送至RS485仪器的数据经过数字信号隔离器8之后转换为差分信号送给RS485通讯接口；将RS485通讯接口输入的差分信号经过RS485高速收发器芯片转换为单端信号之后经过数字信号隔离器8之后提供给FPGA，FPGA的控制接口经过数字信号隔离器8之后控制RS485高速收发器芯片的收发功能，实现与RS485仪器的通讯。
所述的RS422通讯模块6包括第二数字信号隔离器10、LVDS发送器11、LVDS接收器模块12、RS422通讯接口模块；其中，RS422通讯接口一方面依次通过LVDS发送器11、第二数字信号隔离器10连接FPGA模块1，另一方面依次通过LVDS发送器12、第三数字信号隔离器11连接FPGA模块1。
其中每个LVDS发送器11都由5片LVDS发送器芯片构成，LVDS发送器芯片主要实现将FPGA的向RS422通讯接口输出单端信号经过数字信号隔离器8之后转换为差分信号输出。每个LVDS发送器12都由5片LVDS接收器芯片构成，这些LVDS接收器芯片主要实现将RS422通讯接口输入的差分信号转换为单端信号经过数字信号隔离器8之后输入给FPGA模块。
所述的功能扩展预留模块7包括第四数字信号隔离器14和功能扩展接口；所述功能扩展接口通过第四数字信号隔离器模块14连接FPGA模块1。FPGA模块1通过第四数字信号隔离器14可以将控制信号引脚延伸功能扩展接口，实现功能的扩展。
所述的FPGA模块1为内部集成了MAC和Rocket I/O GTP/GTX收发器硬核的FPGA系列芯片，使得系统完成光纤千兆以太网传输只需接入一个光纤收发器即可完成，在本实施例中选择XILINX公司X型号为C5VLX30T-1FF665I的芯片。千兆以太网光纤接口模块选择PHOTO公司的PTB3370型号的千兆以太网光纤接口。数字隔离器选择SM74LVCH16245芯片，集成了10个RS485高速收发器芯片，RS485高速收发器芯片选择深圳国微SM491芯片。5个LVDS发送器芯片，LVDS发送器选择深圳国微SM9A45芯片，此芯片集成了4个通道的LVDS发送通道；5个LVDS接收器芯片，LVDS接收器芯片选择深圳国微SM9A53芯片，此芯片集成了4个通道的LVDS发送通道。经过测试系统可以同时将10个具有RS485通讯协议的智能仪器，20个具有RS422通讯协议的智能仪器同时连接以太网。实现串口智能仪器的数据共享与远程管理。
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。