一種低成本串口服務(wù)器的設(shè)計(jì)

閭 軍，咸愛國(guó)

(1.國(guó)電南瑞科技股份有限公司 江蘇 南京 210044；2.南京東大智能化系統(tǒng)有限公司 江蘇 南京 210042)

一種低成本串口服務(wù)器的設(shè)計(jì)

閭 軍1，咸愛國(guó)2

(1.國(guó)電南瑞科技股份有限公司 江蘇 南京 210044；2.南京東大智能化系統(tǒng)有限公司 江蘇 南京 210042)

文中設(shè)計(jì)了一種基于STC12LE5A60S2的低成本串口服務(wù)器，該串口服務(wù)器集成了RS232和RS485總線接口，能夠?qū)崿F(xiàn)串口數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)。本文首先介紹了串口服務(wù)器使用的前提條件，然后介紹了串口服務(wù)器的總體架構(gòu)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和配置軟件的設(shè)計(jì)，最后對(duì)其實(shí)用性做了總結(jié)和說(shuō)明。

STC12LE5A60S2；串口服務(wù)器；W5200；RS485

隨著網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展，特別是以其傳輸速度快、通信距離遠(yuǎn)和丟包率低等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的用于各種場(chǎng)合的數(shù)據(jù)傳輸[1]。然而在工業(yè)控制中，例如智能照明、樓宇控制和能源計(jì)量等場(chǎng)合，很多設(shè)備還是通過(guò)RS232或RS485總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，這些設(shè)備由于其數(shù)據(jù)傳輸?shù)木窒扌?，無(wú)法直接將數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)程服務(wù)器。為了能將這些設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)程服務(wù)器，本文設(shè)計(jì)了一種基于STC12LE5A60S2的低成本串口服務(wù)器，將串口數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)發(fā)出，實(shí)現(xiàn)不同通訊方式數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，從而完成本地串口與遠(yuǎn)程服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換。

1 串口服務(wù)器的總體設(shè)計(jì)

串口服務(wù)器的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該串口服務(wù)器包含1路RS232接口、1路RS485接口和1個(gè)10M/100M自適應(yīng)的以太網(wǎng)接口，其中以太網(wǎng)接口具有2個(gè)端口（Socket），1個(gè)端口用于配置串口服務(wù)器的相關(guān)信息，另一個(gè)端口用于與遠(yuǎn)程服務(wù)器通信。由于應(yīng)用于工業(yè)控制場(chǎng)合，為提高串口服務(wù)器的抗干擾能力，同時(shí)為避免雷擊等因素對(duì)設(shè)備造成的損壞，本文選用的RS232和RS485芯片都采用插拔式的隔離收發(fā)模塊[2]。用戶在使用前，可通過(guò)上位機(jī)軟件設(shè)置串口服務(wù)器串口和網(wǎng)口的相關(guān)信息，這些設(shè)置信息將會(huì)保存在存儲(chǔ)電路中。設(shè)置完相關(guān)信息后將串口服務(wù)器的相關(guān)接口與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連接即可實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

圖1 串口服務(wù)器的總體結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Structure diagram of the serial port server

2 串口服務(wù)器的硬件設(shè)計(jì)

串口服務(wù)器主要由STC12LE5A60S2、網(wǎng)口電路、RS485隔離電路、RS232隔離電路和存儲(chǔ)電路等組成。STC12LE5A60S2是一款高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代增強(qiáng)型8051單片機(jī)，其主要性能如下[3]：

1 )高速：1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，速度比普通8051單片機(jī)快8-10倍；2)雙串口：比普通8051單片機(jī)多出一個(gè)串口；3)超強(qiáng)抗干擾：可輕松過(guò)2萬(wàn)伏靜電測(cè)試和4K快速脈沖干擾；4)低功耗：正常工作時(shí)功耗為2.7mA-7mA；5)內(nèi)部集成高速SPI接口：可與其他集成SPI接口的芯片通信。

網(wǎng)口電路如圖2所示，主要由W5200和對(duì)應(yīng)的外圍電路構(gòu)成。W5200是一款硬件TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制器，STC12LE5A60S2通過(guò)SPI接口即可控制Internet網(wǎng)絡(luò)連接。W5200的 硬 件 TCP/IP協(xié) 議 能 夠 支 持 TCP、UDP、IPv4、ICMP、APP、IGMP和PPPoE，同時(shí)W5200支持8個(gè)獨(dú)立的端口（Socket）同時(shí)工作[4]。串口服務(wù)器使用了W5200的2個(gè)端口，端口1作為串口服務(wù)器的配置端口，用于連接配置軟件來(lái)配置串口服務(wù)器中串口的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等串口信息以及端口2的網(wǎng)絡(luò)通信的模式、IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)等信息；端口2則主要用于與遠(yuǎn)程服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換。

圖2 網(wǎng)絡(luò)電路圖Fig. 2 Circuit diagram of the network

為了保證串口服務(wù)器能夠在工業(yè)環(huán)境下穩(wěn)定工作，避免雷擊、強(qiáng)電等對(duì)串口服務(wù)器造成的損壞，RS485電路和RS232電路都采用插拔式的隔離收發(fā)模塊。隔離收發(fā)模塊選用金升陽(yáng)的TD301D485H和TD301D232H，它們的傳輸速率為0～115.2 Kbps、隔離電壓可達(dá)2 500 VDC[5]。這里STC12LE5A60S2的串口1與TD301D485H相連，串口2與TD301D232H相連，無(wú)需其他保護(hù)電路即可實(shí)現(xiàn)對(duì)串口服務(wù)器的隔離保護(hù)。

存儲(chǔ)電路由CAT24WC02構(gòu)成，存儲(chǔ)電路與STC12LE5A60S2的連接電路如圖3所示。CAT24WC02是一個(gè)2K的串行CMOS EEPROM，其工作電壓為1.8～6 V，可保存數(shù)據(jù)達(dá)100年[6]。CAT24WC02主要存儲(chǔ)串口波特率、網(wǎng)絡(luò)端口2的工作模式、IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)等信息。

圖3 存儲(chǔ)電路與STC12LE5A60S2連接電路圖Fig. 3 Circuit diagram between storage circuit and STC12LE5A60S2

3 串口服務(wù)器的軟件設(shè)計(jì)

串口服務(wù)器的軟件主要包括設(shè)備初始化程序、配置信息子程序、存儲(chǔ)信息子程序、串口接收轉(zhuǎn)發(fā)子程序和網(wǎng)口接收處理子程序等，其總體程序流程圖如圖4所示。

圖4 總體程序流程圖Fig. 4 Flow chart of the software design

串口服務(wù)器的W5200端口1工作于TCP服務(wù)器模式，IP地址為：192.168.1.250，子網(wǎng)掩碼為：255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)為：192.168.1.1，端口號(hào)為:12000。其主要用于通過(guò)配置軟件對(duì)串口服務(wù)器進(jìn)行相關(guān)配置，其對(duì)應(yīng)的IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)和端口號(hào)不可更改。

串口服務(wù)器的W5200端口2用于與遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行通信，需要對(duì)該端口的工作模式、本機(jī)IP、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)、本機(jī)端口號(hào)、目的IP和目的端口號(hào)進(jìn)行設(shè)置。串口服務(wù)器的初始設(shè)置如下：轉(zhuǎn)發(fā)RS485接收到的數(shù)據(jù)，串口波特率為9.6 kbps；以太網(wǎng)口2工作于TCP客戶端模式，本機(jī)IP地址為：192.168.1.250，子網(wǎng)掩碼為：255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)為：192.168.1.1，本機(jī)端口號(hào)為：12000，目的IP為：192.168.1.243，目的端口號(hào)為:12000。用戶根據(jù)實(shí)際的需求通過(guò)配置軟件對(duì)上述信息進(jìn)行配置后即可實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換。

4 配置軟件

串口服務(wù)器的配置軟件采用Qt開發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)串口服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)串口的選擇、串口波特率、以太網(wǎng)口2的工作模式、本機(jī)IP、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)、本機(jī)端口號(hào)、目的IP和目的端口號(hào)進(jìn)行配置，配置軟件的界面如圖5所示。

圖5 串口服務(wù)器配置工具Fig. 5 Configuration tool of the serial port server

5 結(jié)束語(yǔ)

文中詳細(xì)介紹了基于STC12LE5A60S2的低成本串口服務(wù)器的軟、硬件設(shè)計(jì)以及上位機(jī)配置軟件。由于STC12LE5A60S2功能上完全滿足串口服務(wù)器的需求，同時(shí)價(jià)格較為低廉，很大程度上降低了串口服務(wù)器的成本。在能源計(jì)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)試中，輕松實(shí)現(xiàn)了將采用dlt645規(guī)約的智能電表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)程服務(wù)器，并將遠(yuǎn)程服務(wù)器的下發(fā)命令轉(zhuǎn)發(fā)給智能電表。該串口服務(wù)器能很好地應(yīng)用于樓宇控制、智能照明和能源計(jì)量等串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)串行設(shè)備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸。

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Design of a low-cost serial server

LV Jun1, XIAN Ai-guo2
（1.NARI Technology Development Co.,Ltd.,Nanjing 210044, China；2.SEU INTEL.SYST., Nanjing 210042, China）

This paper described the design of a lower cost serial server based on STC12LE5A60S2, the serial port server integrated RS232 and RS485 bus interface, can realize the serial data to Ethernet forwarding. This paper first introduced the precondition of serial server to use, and then introduced the architecture of the serial port server, the design of hardware, the design of software and the design of configuration software, the practicability is summarized and illustrated.

STC12LE5A60S2; serial port server; W5200; RS485

TN836

A

1674-6236(2014)14-0190-03

2013–10–11 稿件編號(hào)：201310051

閭 軍(1986—)，男，江蘇泰州人，碩士。研究方向：智能儀器、軌道交通。