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引言本文引用地址：http:www.eepw.com.cnarticle201609304386.htm工業控制中，各設備的信號采集和監控只靠串口總線難以實現擴展，要將現場控制網絡和信息網絡相連，就需要解決串口通信協議和因特網通信協議的轉換問題，即把原有設備轉換為具備網絡接口的外設，這樣可以將傳統串行鏈路上的數據傳輸到信息網絡上，而無需更換原有設備。如此，可以提高原有設備利用率、增加多終端連接數、節約成本、簡化布線的復雜度及延長通信距離。近年來，因信息化和物聯網發展的需要，串口服務器大量涌現，它們不占用主機資源，且具有終端服務器的功能。不過，設備體積龐大、價格昂貴、串口不易裁剪或擴展、傳輸大量數據幀時丟包、參數配置繁雜等問題也隨之出現。本設計采用的串口服務器的核心設備樹莓派，是一款體積小、價格便宜但功能非常強大的平臺，可通過多種通信方式接入互聯網，支持多種完整網絡協議，結合USBhub及USB串口轉換器使用，可保證串口服務器使用方便，并實現實時、準確、長時間穩定的數據傳輸。1總體設計根據當今工業現場數據傳輸需求，應具備的技術指標和設置參數如下。1.1技術指標①主控芯片：32位700MHz的ARM1176JZFS處理器;②操作系統：Linux;③支持協議：TCPIP、UDP、HTTP、FTP;④網絡接口：10100Mbps自適應以太網接口;⑤串口類型：1～16個RS232RS485RS422接口，1個TTL電平串口;⑥參數配置方式：WEB瀏覽器配置;⑦會話數：支持多連接，滿足5個以內用戶同時管理一個模塊設備;⑧工作模式：TCP客戶端、TCP服務器、UDP廣播模式;⑨指示燈：電源指示燈、通信指示燈;⑩供電電壓：5V。1.2設置參數該設備選擇WEB瀏覽器設置方式，內置WEB服務器，用戶可進行IP地址、串口通信參數、工作模式等的管理和配置。以下主要介紹串口通信和工作模式參數的設置。(1)串口通信參數①波特率為2400～115200bps;②數據位為6789;③校驗位為NoneEvenOdd;④停止位為11.52;⑤成幀長度為1～15000字節;⑥成幀間隔為30～500位。其中，成幀長度指每一幀接收數據的長度，接收端緩沖區一旦接收到該長度的數據就轉發出去;成幀間隔就是所謂的串口超時，超時時間T(s)、成幀間隔N(位)、波特率B(bs)的關系如下。一旦超時，不管已有數據長度是不是達到成幀長度，接收端緩沖區就將已有數據組幀轉發出去。(2)工作模式參數①單個串口支持會話數為1～5個，每個會話模式間相互獨立;②TCP服務器模式為綁定端口范圍為1025～65535;③TCP客戶端模式為需配置目標服務器IP、端口及自動重連時間，其中自動重連時間指網絡連接中斷或者服務器異常時，重新發起主動連接的時間間隔，循環自動重連直到正常連接上為止;④UDP廣播模式為需配置本地端口、目標服務器IP和目標端口。2硬件設計此串口服務器根據以上指標選用最新的樹莓派、USBhub及北京世紀聯信公司生產的USB四串口轉換器組合而成。2.1硬件結構組成串口服務器硬件結構組成如圖1所示，樹莓派具有兩個USB接口、一個TTL串口及一個10100MHz自適應以太網接口。一個USB接口通過USBhub和n(可據情況選擇，最多時n=4)個USB串口轉換器擴展出4n個RS232RS422RS455串口，另一個可外接無線USB網卡，從而實現局域網或廣域網中有線或無線數據傳輸。2.2樹莓派簡介樹莓派(RaspberryPi)是一款基于Linux系統的只有一張信用卡大小的單板計算機，配備一枚博通生產的700MHzARM架構BCM2835處理器，512MB內存，使用SD卡當作存儲介質，操作系統采用開源的Linux系統，提供并支持Python作為主要編程語言。2.3USBhub簡介USBhub(USB集線器)是一個將多個USB設備連接到計算機上的USB接口或另一個USB集線器上某時候，它們都來自于主板內部一個或者兩個主USB接口，而不是相互獨立的硬件。一個USB接口、一個USB集線器和若干個外圍設備可以構建一個USB網絡。本系統選用的USBhub由一個USB接口擴展出4個USB接口。2.4USB串口轉換器簡介USB串口轉換器選用北京世紀聯信LENSYSUSB2COM-4模塊。它是一種導軌安裝式串口擴展模塊，實現了用USB口擴展4串口的功能，可以通過USB快速擴展四個計算機串口，通過撥碼開關設定RS232422485接口方式，還可以實現4個RS232轉4個RS422485的功能。通過該模塊能夠可靠、實時、便捷地完成工業現場RS232485422信號的傳輸和轉換，廣泛應用于石油天然氣、水利、電力調度、市政調度等行業。3軟件設計此串口服務器軟件設計基本結構如圖2所示，客戶端只是WEB瀏覽器，軟件設計則主要體現為服務器端的網頁展現、業務邏輯和數據存儲。WEB服務器負責串口服務器通信參數的手動配置和存儲、通信程序的手動啟停等;應用服務器負責實現TCPIP網絡與串行接口設備的互通，完成TCPIP協議格式的數據與串行數據間的相互轉換;數據庫主要包含用戶管理數據表、串口參數配置數據表、工作模式配置數據表。下面介紹串口服務器軟件設計中3個主要任務：WEB服務器的設計、WEB配置頁面的設計和串口聯網通信程序的設計。3.1WEB服務器的設計由于串口數量較多，所以在樹莓派中植入WEB服務器，由WEB服務器將用戶的請求轉換為對后臺數據的查詢或更新，并將友好的圖形界面在瀏覽器上展示給用戶，實現簡便統一的遠程通信參數配置、設備管理、用戶管理、監控串口服務器運行狀態。

關鍵字標籤：USB線材生產