0 引言

隨著工業控制網絡化的發展，要求現場終端設備的實時數據資料能夠通過已經存在的局域網甚至廣域網傳輸成為工業自動化的普遍需要。串口服務器是一種協議轉換模塊，它通過提供1、2、4、8或16口的RS-232或RS-422/485串口界面，以及1個10/100M的以太網接口，可以將RS-232或RS-422/485串行設備接入TCP/IP網絡中而不需要更改控制程序，主計算機使用TCP/IP協議通過以太網訪問被接入的終端設備。上位機采用Socket編程。

1 系統總體設計

1.1 設計思路

將經過傳感器或變壓器轉變的標準電壓或電流信號，進行A/D轉換，變成數字化的數據，把這些數據通過單片機串口傳送到串口服務器上，串口服務器將單片機發出來的數據包轉換為以太網數據報文格式，轉發到Internet上，從而實現數據網上傳輸，可以方便地通過網絡從上層PC機進行實時監控。

1.2 系統總體結構

該系統硬件采用模塊化結構，其系統總體結構如圖1所示。該存儲轉發上網系統采集終端主要是由傳感器，放大電路，光電隔離電路，采集電路，近端LED顯示電路，串口服務器等模塊組成。

其中，該系統數據采集終端為一單片機控制系統，通信口為RS232/485可選接口。

本系統中采用的串口服務器是嵌入式串口服務器DNE-18。DNE-18用TCP server方式來實現串口數據到網絡口的轉換。給DNE-18配置了唯一的IP地址和相應的端口號后，DNE-18開始偵聽，若網絡中有主機發起聯接DNE-18會接受聯接請求，并將網絡口收到的從串口發出并將串口收到的數據從網絡口以TCP/IP協議包送出。DNE-18不對用戶數據包做任何解析或更改，提供完全透明的數據通道。

2 系統的軟硬件構成

2.1 系統硬件框圖

本系統的硬件設計核心部分是遠程數據采集、存儲轉發的終端。其硬件框圖如圖2所示。其工作原理是：對溫度傳感器得到的信號進行處理，即信號放大、濾波、量化等處理過程。在此過程中需要考慮干擾信號的抑制、轉換精度及線性等諸多因素。為了對模擬量輸入通道消除干擾，加入隔離放大器ISO100。單片機AT89C52控制ADC0809進行數據采集。將采集到的信號分為兩路進行處理。一路進行LED顯示：即當A/D轉換完畢后，單片機內存中保存有A/D轉換的通道數，以及A/D轉換后的數據。當一路轉換完畢后，單片機讀到模數轉換數據后，從8255A中讀通道路數，完成通道路數的顯示過程。同理，當顯示通道路數完畢后，然后顯示A/D轉換數據。另一路用MAX232芯片實現TTL與RS232電平之間的轉換，將轉換的數據送給串口服務器DNE-18。串口服務器就是把單片機發出來的數據包轉換為以太網數據報文格式，然后轉發到Internet上，實現數據網上傳輸。本文，重點介紹光電隔離模塊以及串口服務器的應用模塊。

1）光電隔離模塊。由于模擬量輸入信號一般都要經過放大后才能進行A/D轉換，因此采用兼有放大和隔離功能的隔離放大器。隔離放大器的輸入與輸出端在電氣上完全隔離。所用的隔離方法有變壓器隔離和光電隔離兩種。在本系統中采用的是線性光電隔離放大器ISO100，ISO100是美國B-B公司生產的一種小型廉價光電隔離放大器。它利用發光二極管LED與兩個光電二極管進行耦合，一路耦合到輸出端，一路反饋到輸入端，構成負反饋，以提高放大器的精度、線性度和溫度穩定性。

ISO100的工作電源為+18V，隔離電壓為2500V，輸入電流為1A，輸出電壓Vout=RifnI ，改變Rf即能改變增益。當輸入為電壓量，應串聯電阻Rin，使輸入電流在要求范圍內。

ISO100構成的熱電偶放大器的連接圖如圖3所示：

圖3 光電隔離抗干擾電路圖

2）串口服務器的應用模塊。串口服務器是把單片機發出來的數據包轉換為以太網數據報文格式，然后轉發到Internet上，實現數據網上傳輸。串口服務器的輸入口是單片機經過MAX232轉換后的信號，輸出口是RJ45接口。當串口服務器加電時候，PLED就會發光；當輸出口RJ45與交換機或是PC正確連接時，LLED就會發光，當串口服務器準備就緒時，RLED就會發光。當對串口服務器進行IP地址和端口號，串行口工作方式正確設置后，串口服務器方能正常工作，才能進行串行數據與以太網數據包進行轉換，才能把數據發送到Internet上的某個主機上。

需要說明的是，如果串口服務器的RJ45與計算機直接相連，需要使用交叉雙絞線，即網線一端用568A標準，另一端用568B標準。如果串口服務器RJ45連接的是以太網交換機或是集線器，則使用直通線，即網線兩端都用568A標準。

2.2 系統軟件設計

系統軟件框圖如圖4所示。它是由延時、數據采集、數碼顯示、十六進制轉ASCII碼、數據協議、數據發送等6個模塊組成。

下面將各個模塊的功能進行簡單概述：

1）延時模塊。本模塊完成的功能為延時1s。利用定時器0溢出中斷完成。

2）數據采集模塊。每隔一秒對ADC0809中的一路數據進行采樣，然后將其保存在數據緩沖區中。

3）數碼顯示模塊。當ADC0809中與一路數據被采集完畢后，共陰級八段數碼管顯示當前ADC0809中通道路數，以及當前路數的數據值。

4）十六進制轉ASCII碼模塊。本子程序完成的功能是把十六進制數轉換為ASCII碼。

5）數據協議模塊。本程序完成的功能是將要發送的ASCII碼數據實現幀封裝，定義數據包的頭和尾，以及中間分隔符，起始字符為“！”，結束字符為“#”。中間分隔符號為“+”，為方便上位機接收和存儲單片機發送的采集數據。

6）數據發送模塊。本程序完成的功能是將數據包發送到串口服務器上。

2.3 軟件流程圖

系統的工作原理是系統上電后的，首先進行初始化，包括設置波特率為9600bps，定時器工作方式，串行口工作方式，開定時中斷等。然后對八路通道進行循環采集、顯示，最后進行數據處理，將處理后的數據存入緩沖區，然后由串行口發送數據。流程圖如圖5所示。

3 結束語

本文所設計的方案，采用單片機和串口服務器，既可以完成數據采集，又可以將數據封裝向Internet發送，電路結構簡單，實用性強，非常適用于遠距離、偏遠地點的數據終端采集工作，是數據網絡連接的一種可行性解決方案。

作者：張建平 曾小玲 重慶科創職業學院   來源：《機械管理開發》2010年02期