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1 引言 單片機傳輸數據有兩種方式：串行和并行。并行傳輸只能應用于近距離的通信，而對于大部分單片機測控系統來說，分布范圍廣，距離中央處理機遠，因此只能采用串行傳輸[1]。串行傳輸需要經過電平轉換，一般有兩種方案：RS-232標準，RS-485標準。第一種標準的最大傳輸速率為20kb/s，最大傳輸距離為15m，而RS-485最大傳輸速率為10Mb/s，最大傳輸距離為1200m，超出這個范圍，由于干擾信號的疊加和傳輸信號的衰減，誤碼率將大大增加 [2]。那么如何實現遠距離的測控和數據傳輸呢？利用Nport Express把單片機接入因特網，使數據通過網絡傳輸，則可以很好地解決遠程通信的問題。本文就如何利用Nport Express實現S2E（串行口到以太網）進行了細致的討論。 2 Nport Express簡介 Nport Express是由臺灣（MOXA）摩莎技術有限公司設計生產的單片機網絡接入設備，它有兩個端口，一個是RS-232或RS-485電平的輸入接口，另一個是網絡接口，內部進行TCP/IP封裝，對用戶來說是完全透明的。其主要特點如下： （1）體積只有手掌大小，安裝調試方便，自動檢測10/100M bps以太網端口； （2）接入口支持RS-232/422/485標準，提供寬泛的主機與遠程串行口的Internet/Intranet連接； （3）支持多個主機共享一個服務器或串行端口； （4）適用于Windows NT/95/98/ME/2000等操作平臺，參數配置直觀方便； （5）接入網絡安全可靠，并有相應的控制保障措施，串行口最大速率可達230.4k bps。 3 對NportExpress的參數設置 雖然Nport Express對以太網的連接是一種虛連接，而Windows操作系統會把它的串行接入口當作一個真實存在的物理接口。這個接口完成的不僅僅是數據的接收發送，而且包括RTS，CTS，DTR， DSR， DCD等控制信號的傳送。Nport Express支持多種協議：ARP， UDP， TCP， ICMP， Telnet/Rtelnet和DHCP。 TCP 確保了數據的準確傳輸并提供了自動糾錯功能，而IP完成數據塊的尋址和路由。在安裝和使用Nport Express之前，應對Nport Express的基本參數進行設置。 3.1 參數設置界面的打開 只有獲得Nport Express的實際IP地址，才可以打開它的參數設置界面。IP地址由四個字節組成，是Nport Express在網絡中的身份證。由于接入網絡方式的不同，如局域網接入或通過Modem 撥號上網，IP地址會有所不同，而且每次接入網絡時， Nport Express獲得的IP地址也可能不同。為了獲得Nport Express的實際IP地址，首先運行Nport Monitor，打開Nport Monitor界面，然后運行Configure，Search，則可以查到Nport Express的實際IP地址。然后從“開始”菜單，選擇“運行”，輸入“telnet 192.168.127.254”（此值為缺省值），當Nport Express所獲得的實際IP地址與此不同時，應輸入實際IP地址，就可以實現S2E的連接了。 當Telnet窗口打開后，輸入1選擇ansi/vt100 為控制終端類型，回車后，會出現Telnet的主控界面，在此進行Nport Express各項參數的設置。打開后的主界面如圖1所示。 3.2 Nport Express運行模式的設置 Serverconfig是對Nport Express服務器的名稱、IP地址、子網掩碼、網關的設置進行驗證，本項菜單無法改動，也無須改動。 Nport Express有三種運行模式：基于主機連接模式，對等連接模式和自然連接模式。由于自然連接模式是利用TCP/IP協議實現異步串行口的網絡接入，可實現與局域網或廣域網的連接，使用者可以方便的打開異步串行口，從遠程主機上讀寫原始數據，并實現對異步串行口的遠程控制，本文選用這種模式，即RAW-Connection Mode（自然連接模式）。 有兩種傳送模式可供選擇，即TCP模式與UDP 模式。它們的比較見表1。 Op-mode菜單項的第一個子菜單可以實現對連接方式的設定。從表1可以看出，TCP模式是一種面向連接的傳送方式，在傳送數據前，通信雙方必須都收到對方的回應信號才能啟動數據的傳輸，因而占用了大量的時間用來完成握手信號的傳送，但相對于UDP來說，數據傳送的安全性較高。而UDP模式是一種快速存取數據的通信方式，通過UDP的特性，Nport Expres可同時接收或發送數據給多臺設備，且不需要重新建立聯機，節省聯機的時間，加快數據傳送的效率，對于實時性要求較高的系統，一般選用這種方式，本文的實驗中也選擇了 UDP模式。經過比較，決定選用RAW Connection(UDP Server/client)。 3.3 可尋址的IP地址范圍及端口號的設置 Op-mode還可對收發數據的客戶機或服務器的 IP地址范圍號和端口號進行設定，這一菜單項特別重要，關系到數據收發的成敗，需要仔細設置。 3.3.1 IP地址范圍的設置 需要對（S2E）和(E2S)的可尋址IP范圍進行設定，它決定了可進行數據交互的網絡端計算機和Nport Express的IP地址范圍， 這個參數是絕對重要的，數據的往來都是以它為目標進行尋址的，必須對它進行合理的設定。需要進行交互的計算機IP地址一定要包含在內，如果一項設置包含的IP地址太多，而中間有很多IP地址并不需要交互，可以把IP地址范圍分段設定，最多可以分為四段。 3.3.2 端口號的設置 端口號分為遠程端口號和本地端口號. 無論TCP還是UDP連接方式，數據報都是根據IP地址和端口號達到目的地的，在使用時可以為Nport Express設定一個合適的端口號，即遠程端口，一般可自由設定。本地端口指的是要與Nport Express進行數據交互的網絡終端計算機的端口號，它的設定以不與計算機外設的缺省端口號沖突為原則。只有IP地址在可尋址范圍內，且本地端口號與Nport Express的設定相一致的網絡終端計算機才能實現與Nport Express的數據交互。 3.4 串行口參數的設置 第三個菜單項SerialPort為串行口的設置，包括波特率、奇偶校驗、數據位、流控等參數的設置，這些參數的設置必須和單片機的串口傳送參數相一致，否則，數據將不能被正確的收發。 3.5 利用Monitor 菜單項監控數據的收發 Monitor是另一個比較重要的菜單選項，從這個窗口中，我們可以檢查串行口參數的設置情況，其中的兩個參數TX、RX比較重要，顯示了Nport Express的收發數據量，從而也為我們判斷Nport Express是否工作正常提供了依據。 4 單片機接入 以上對Nport Express的參數進行了比較詳盡的設置，作為單片機接入網絡的關鍵設備，Nport Express起到了一個單片機網卡的作用，它是串行口數據往來的通道，而單片機作為現場設備檢測控制裝置，是實現數據交互的門戶。利用單片機采集各種數據，并從串行口發出，當然電平轉換必不可少，如利用MAX232或HIN232CP芯片，轉換成232電平，接入Nport Express的串行口輸入口。其中，關鍵之處在于單片機波特率和握手協議的設定，一定要與Nport Express相一致，才能實現數據的正確傳輸[4] 。單片機的初始化與收發程序分別如下： MAIN：MOV TH1， #0FDH MOV TL1， #0FDH MOV T MOD， #20H SETB TR1 MOV PCON， #00H MOV SCON， #50H MOV R1， #30H CLR TI CLR RI ;以下為接收程序 RECE: MOV @R1， SBUF NN: JNB RI， NN CLR RI INC R1 ;以下為發送程序 SEND: MOV SBUF， #41H ;發送字符A MM: JNB TI， MM CLR TI AJMP SEND 單片機的波特率設定為9600 bps，數據的收發采用中斷方式，當單片機收到網絡端發來的控制命令時便可觸發執行相應的操作，實現遠程監控的目的。其原理圖如圖2所示。 5 網絡端編程 5.1 網絡控件的選擇 為完成數據的采集處理和對單片機的控制，需要在客戶機或終端服務器設計一軟件平臺，實現客戶機與Nport Express通過以太網的交互。Nport Express驅動模式支持的開發語言很多，如VC，VB，Delphi， C等。因為VB操作界面簡單，串行通信與網絡接入控件使用方便，故此選擇VB編寫前臺控制程序。VB中有三個internet控件：internet Transfer， webBrowser， WinSock，都是ActiveX控件，可以用來實現每一層Internet 通信的訪問。 在VB中利用Winsock控件，可以為兩個或多個Internet節點建立連接并使之交換數據。對用戶來說，Winsock控件是不可見的，它提供了訪問 TCP和UDP網絡服務的方便途徑，編寫客戶或服務器應用程序時，可不必了解TCP的細節或調用低級的Winsock APIs。通過設置控件的屬性并調用其方法就可以連接到一臺遠程機器上，并且還可雙向交換數據。 5.2 Winsock的屬性設置 Winsock的屬性主要有以下四個： (a) Protocol ，返回或設置Winsock空間所使用的協議，本文選用UDP； (b)RemoteHostIP，遠程主機IP地址，本文中即Nport Express的實際IP地址； (c)RemotePort， 要連接的遠程端口號，要與Nport Express的設置相一致； (d)LocalPort， 本地端口，即與Nport Express進行數據交互的計算機端口號，可自由設定，但要與Nport Express中的設置值相一致。 5.3 利用Winsock實現數據的收發[5] 調用Winsock的SendData方法，可以發送數據到網絡，經Nport Express傳輸到單片機，實現前臺對現場設備的遠程控制，最簡單的調用方法如： Private Sub Timer1_Timer() Winsock1.SendData (Text1.Text) End Sub 由一個時鐘控件觸發Winsock控件的SendData 方法，實現數據向網絡的傳輸，并經Nport Express，傳送到單片機，實現控制命令的傳送，當然也可以由其他事件觸發。 調用GetData方法，可獲得單片機發送到網絡上的數據流，這個方法一般在Winsock的DataArrival事件中使用。例如，一段數據接收程序如下： Private Sub Winsock1_DataArrival (ByVal bytesTotal As Long) Dim strdata As String Winsock1.GetData strdata， vbString List1.AddItem strdata End Sub 則單片機發出的數據流將自動添加到列表框中。值得特別注意的一點是，必須對Winsock的Bind屬性賦予合理的初值，并且要與Nport Express的本地端口值一致。數據的具體處理涉及到很多方面的內容，如通信協議的制定，低層數據庫的建立與數據更新等，在此不一一累述。 6 結束語 以太網作為IT產業的主要通信骨干，已是眾所周知的事實，并且在與人類生活息息相關的信息產業上得到了大量應用，面對這股網絡化的潮流，身為所有產業基礎建設的工業自動化系統，也應廣泛的應用TCP/IP以太網作為系統通信界面，提高系統自動化的能力。利用摩莎公司的Nport Express產品實現單片機接入以太網，達到了遠程測量和控制的目的，簡單易用、成本適中、效果明顯是串行通信網絡化的一種可行的方案。 |
