|
1 引言 單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)有兩種方式：串行和并行。并行傳輸只能應(yīng)用于近距離的通信，而對于大部分單片機(jī)測控系統(tǒng)來說，分布范圍廣，距離中央處理機(jī)遠(yuǎn)，因此只能采用串行傳輸[1]。串行傳輸需要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換，一般有兩種方案：RS-232標(biāo)準(zhǔn)，RS-485標(biāo)準(zhǔn)。第一種標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的測控和數(shù)據(jù)傳輸呢？利用Nport Express把單片機(jī)接入因特網(wǎng)，使數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，則可以很好地解決遠(yuǎn)程通信的問題。本文就如何利用Nport Express實(shí)現(xiàn)S2E（串行口到以太網(wǎng)）進(jìn)行了細(xì)致的討論。 2 Nport Express簡介 Nport Express是由臺灣（MOXA）摩莎技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)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(wǎng)絡(luò)接口，內(nèi)部進(jìn)行TCP/IP封裝，對用戶來說是完全透明的。其主要特點(diǎn)如下： （1）體積只有手掌大小，安裝調(diào)試方便，自動檢測10/100M bps以太網(wǎng)端口； （2）接入口支持RS-232/422/485標(biāo)準(zhǔn)，提供寬泛的主機(jī)與遠(yuǎn)程串行口的Internet/Intranet連接； （3）支持多個主機(jī)共享一個服務(wù)器或串行端口； （4）適用于Windows NT/95/98/ME/2000等操作平臺，參數(shù)配置直觀方便； （5）接入網(wǎng)絡(luò)安全可靠，并有相應(yīng)的控制保障措施，串行口最大速率可達(dá)230.4k bps。 3 對NportExpress的參數(shù)設(shè)置 雖然Nport Express對以太網(wǎng)的連接是一種虛連接，而Windows操作系統(tǒng)會把它的串行接入口當(dāng)作一個真實(shí)存在的物理接口。這個接口完成的不僅僅是數(shù)據(jù)的接收發(fā)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(xié)議：ARP， UDP， TCP， ICMP， Telnet/Rtelnet和DHCP。 TCP 確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸并提供了自動糾錯功能，而IP完成數(shù)據(jù)塊的尋址和路由。在安裝和使用Nport Express之前，應(yīng)對Nport Express的基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 3.1 參數(shù)設(shè)置界面的打開 只有獲得Nport Express的實(shí)際IP地址，才可以打開它的參數(shù)設(shè)置界面。IP地址由四個字節(jié)組成，是Nport Express在網(wǎng)絡(luò)中的身份證。由于接入網(wǎng)絡(luò)方式的不同，如局域網(wǎng)接入或通過Modem 撥號上網(wǎng)，IP地址會有所不同，而且每次接入網(wǎng)絡(luò)時， Nport Express獲得的IP地址也可能不同。為了獲得Nport Express的實(shí)際IP地址，首先運(yùn)行Nport Monitor，打開Nport Monitor界面，然后運(yùn)行Configure，Search，則可以查到Nport Express的實(shí)際IP地址。然后從“開始”菜單，選擇“運(yùn)行”，輸入“telnet 192.168.127.254”（此值為缺省值），當(dāng)Nport Express所獲得的實(shí)際IP地址與此不同時，應(yīng)輸入實(shí)際IP地址，就可以實(shí)現(xiàn)S2E的連接了。 當(dāng)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(xiàn)Telnet的主控界面，在此進(jìn)行Nport Express各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置。打開后的主界面如圖1所示。 3.2 Nport Express運(yùn)行模式的設(shè)置 Serverconfig是對Nport Express服務(wù)器的名稱、IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)的設(shè)置進(jìn)行驗(yàn)證，本項(xiàng)菜單無法改動，也無須改動。 Nport Express有三種運(yùn)行模式：基于主機(jī)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(xié)議實(shí)現(xiàn)異步串行口的網(wǎng)絡(luò)接入，可實(shí)現(xiàn)與局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)的連接，使用者可以方便的打開異步串行口，從遠(yuǎn)程主機(jī)上讀寫原始數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)對異步串行口的遠(yuǎn)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(xiàng)的第一個子菜單可以實(shí)現(xiàn)對連接方式的設(shè)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(shù)據(jù)前，通信雙方必須都收到對方的回應(yīng)信號才能啟動數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳送的安全性較高。而UDP模式是一種快速存取數(shù)據(jù)的通信方式，通過UDP的特性，Nport Expres可同時接收或發(fā)送數(shù)據(jù)給多臺設(shè)備，且不需要重新建立聯(lián)機(jī)，節(jié)省聯(lián)機(jī)的時間，加快數(shù)據(jù)傳送的效率，對于實(shí)時性要求較高的系統(tǒng)，一般選用這種方式，本文的實(shí)驗(yàn)中也選擇了 UDP模式。經(jīng)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(shè)置 Op-mode還可對收發(fā)數(shù)據(jù)的客戶機(jī)或服務(wù)器的 IP地址范圍號和端口號進(jìn)行設(shè)定，這一菜單項(xiàng)特別重要，關(guān)系到數(shù)據(jù)收發(fā)的成敗，需要仔細(xì)設(shè)置。 3.3.1 IP地址范圍的設(shè)置 需要對（S2E）和(E2S)的可尋址IP范圍進(jìn)行設(shè)定，它決定了可進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的網(wǎng)絡(luò)端計(jì)算機(jī)和Nport Express的IP地址范圍， 這個參數(shù)是絕對重要的，數(shù)據(jù)的往來都是以它為目標(biāo)進(jìn)行尋址的，必須對它進(jìn)行合理的設(shè)定。需要進(jìn)行交互的計(jì)算機(jī)IP地址一定要包含在內(nèi)，如果一項(xiàng)設(shè)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(shè)定，最多可以分為四段。 3.3.2 端口號的設(shè)置 端口號分為遠(yuǎn)程端口號和本地端口號. 無論TCP還是UDP連接方式，數(shù)據(jù)報都是根據(jù)IP地址和端口號達(dá)到目的地的，在使用時可以為Nport Express設(shè)定一個合適的端口號，即遠(yuǎn)程端口，一般可自由設(shè)定。本地端口指的是要與Nport Express進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的網(wǎng)絡(luò)終端計(jì)算機(jī)的端口號，它的設(shè)定以不與計(jì)算機(jī)外設(shè)的缺省端口號沖突為原則。只有IP地址在可尋址范圍內(nèi)，且本地端口號與Nport Express的設(shè)定相一致的網(wǎng)絡(luò)終端計(jì)算機(jī)才能實(shí)現(xiàn)與Nport Express的數(shù)據(jù)交互。 3.4 串行口參數(shù)的設(shè)置 第三個菜單項(xiàng)SerialPort為串行口的設(shè)置，包括波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、流控等參數(shù)的設(shè)置，這些參數(shù)的設(shè)置必須和單片機(jī)的串口傳送參數(shù)相一致，否則，數(shù)據(jù)將不能被正確的收發(fā)。 3.5 利用Monitor 菜單項(xiàng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的收發(fā) Monitor是另一個比較重要的菜單選項(xiàng)，從這個窗口中，我們可以檢查串行口參數(shù)的設(shè)置情況，其中的兩個參數(shù)TX、RX比較重要，顯示了Nport Express的收發(fā)數(shù)據(jù)量，從而也為我們判斷Nport Express是否工作正常提供了依據(jù)。 4 單片機(jī)接入 以上對Nport Express的參數(shù)進(jìn)行了比較詳盡的設(shè)置，作為單片機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備，Nport Express起到了一個單片機(jī)網(wǎng)卡的作用，它是串行口數(shù)據(jù)往來的通道，而單片機(jī)作為現(xiàn)場設(shè)備檢測控制裝置，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的門戶。利用單片機(jī)采集各種數(shù)據(jù)，并從串行口發(fā)出，當(dāng)然電平轉(zhuǎn)換必不可少，如利用MAX232或HIN232CP芯片，轉(zhuǎn)換成232電平，接入Nport Express的串行口輸入口。其中，關(guān)鍵之處在于單片機(jī)波特率和握手協(xié)議的設(shè)定，一定要與Nport Express相一致，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確傳輸[4] 。單片機(jī)的初始化與收發(fā)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(fā)送程序 SEND: MOV SBUF， #41H ;發(fā)送字符A MM: JNB TI， MM CLR TI AJMP SEND 單片機(jī)的波特率設(shè)定為9600 bps，數(shù)據(jù)的收發(fā)采用中斷方式，當(dāng)單片機(jī)收到網(wǎng)絡(luò)端發(fā)來的控制命令時便可觸發(fā)執(zhí)行相應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。其原理圖如圖2所示。 5 網(wǎng)絡(luò)端編程 5.1 網(wǎng)絡(luò)控件的選擇 為完成數(shù)據(jù)的采集處理和對單片機(jī)的控制，需要在客戶機(jī)或終端服務(wù)器設(shè)計(jì)一軟件平臺，實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)與Nport Express通過以太網(wǎng)的交互。Nport Express驅(qū)動模式支持的開發(fā)語言很多，如VC，VB，Delphi， C等。因?yàn)閂B操作界面簡單，串行通信與網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)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(jié)點(diǎn)建立連接并使之交換數(shù)據(jù)。對用戶來說，Winsock控件是不可見的，它提供了訪問 TCP和UDP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的方便途徑，編寫客戶或服務(wù)器應(yīng)用程序時，可不必了解TCP的細(xì)節(jié)或調(diào)用低級的Winsock APIs。通過設(shè)置控件的屬性并調(diào)用其方法就可以連接到一臺遠(yuǎn)程機(jī)器上，并且還可雙向交換數(shù)據(jù)。 5.2 Winsock的屬性設(shè)置 Winsock的屬性主要有以下四個： (a) Protocol ，返回或設(shè)置Winsock空間所使用的協(xié)議，本文選用UDP； (b)RemoteHostIP，遠(yuǎn)程主機(jī)IP地址，本文中即Nport Express的實(shí)際IP地址； (c)RemotePort， 要連接的遠(yuǎn)程端口號，要與Nport Express的設(shè)置相一致； (d)LocalPort， 本地端口，即與Nport Express進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的計(jì)算機(jī)端口號，可自由設(shè)定，但要與Nport Express中的設(shè)置值相一致。 5.3 利用Winsock實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)[5] 調(diào)用Winsock的SendData方法，可以發(fā)送數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)Nport Express傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，實(shí)現(xiàn)前臺對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，最簡單的調(diào)用方法如： Private Sub Timer1_Timer() Winsock1.SendData (Text1.Text) End Sub 由一個時鐘控件觸發(fā)Winsock控件的SendData 方法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)向網(wǎng)絡(luò)的傳輸，并經(jīng)Nport Express，傳送到單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)控制命令的傳送，當(dāng)然也可以由其他事件觸發(fā)。 調(diào)用GetData方法，可獲得單片機(jī)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流，這個方法一般在Winsock的DataArrival事件中使用。例如，一段數(shù)據(jù)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(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)流將自動添加到列表框中。值得特別注意的一點(diǎn)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(shù)據(jù)的具體處理涉及到很多方面的內(nèi)容，如通信協(xié)議的制定，低層數(shù)據(jù)庫的建立與數(shù)據(jù)更新等，在此不一一累述。 6 結(jié)束語 以太網(wǎng)作為IT產(chǎn)業(yè)的主要通信骨干，已是眾所周知的事實(shí)，并且在與人類生活息息相關(guān)的信息產(chǎn)業(yè)上得到了大量應(yīng)用，面對這股網(wǎng)絡(luò)化的潮流，身為所有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)的工業(yè)自動化系統(tǒng)，也應(yīng)廣泛的應(yīng)用TCP/IP以太網(wǎng)作為系統(tǒng)通信界面，提高系統(tǒng)自動化的能力。利用摩莎公司的Nport Express產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)單片機(jī)接入以太網(wǎng)，達(dá)到了遠(yuǎn)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(wǎng)絡(luò)化的一種可行的方案。 |
