引言
串口服務器是一種協(xié)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(wǎng)接口，可以將RS-232 或RS-422/485 串行設備接入TCP/IP 網(wǎng)絡中而不需要更改控制程序，主計算機使用TCP/IP 協(xié)議通過以太網(wǎng)訪問被接入的終端設備。上位機采用Socket 編程。
1 系統(tǒng)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(shù)字化的數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)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(fā)出來的數(shù)據(jù)包轉換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報文格式，轉發(fā)到Internet 上，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳輸，可以方便地通過網(wǎng)絡從上層PC 機進行實時監(jiān)控。
1.2 系統(tǒng)總體結構
該系統(tǒng)硬件采用模塊化結構， 其系統(tǒng)總體結構如圖1 所示。該存儲轉發(fā)上網(wǎng)系統(tǒng)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(tǒng)數(shù)據(jù)采集終端為一單片機控制系統(tǒng)，通信口為RS232/485 可選接口。
本系統(tǒng)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(xiàn)串口數(shù)據(jù)到網(wǎng)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(wǎng)絡中有主機發(fā)起聯(lián)接DNE-18 會接受聯(lián)接請求， 并將網(wǎng)絡口收到的從串口發(fā)出并將串口收到的數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡口以TCP/IP 協(xié)議包送出。DNE-18 不對用戶數(shù)據(jù)包做任何解析或更改，提供完全透明的數(shù)據(jù)通道。
2 系統(tǒng)的軟硬件構成
2.1 系統(tǒng)硬件框圖
本系統(tǒng)的硬件設計核心部分是遠程數(shù)據(jù)采集、存儲轉發(fā)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(shù)據(jù)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(shù)，以及A/D 轉換后的數(shù)據(jù)。當一路轉換完畢后，單片機讀到模數(shù)轉換數(shù)據(jù)后， 從8255A 中讀通道路數(shù)，完成通道路數(shù)的顯示過程。同理， 當顯示通道路數(shù)完畢后，然后顯示A/D 轉換數(shù)據(jù)。另一路用MAX232 芯片實現(xiàn)TTL 與RS232 電平之間的轉換，將轉換的數(shù)據(jù)送給串口服務器DNE-18。串口服務器就是把單片機發(fā)出來的數(shù)據(jù)包轉換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報文格式， 然后轉發(fā)到Internet 上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)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(tǒng)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(fā)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(wěn)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(lián)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(fā)出來的數(shù)據(jù)包轉換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報文格式， 然后轉發(fā)到Internet 上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)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(fā)光; 當輸出口RJ45 與交換機或是PC 正確連接時，LLED 就會發(fā)光， 當串口服務器準備就緒時，RLED 就會發(fā)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(shù)據(jù)與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包進行轉換， 才能把數(shù)據(jù)發(fā)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(wǎng)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(wǎng)交換機或是集線器，則使用直通線，即網(wǎng)線兩端都用568A 標準。
2.2 系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件框圖如圖4 所示。它是由延時、數(shù)據(jù)采集、數(shù)碼顯示、十六進制轉ASCII 碼、數(shù)據(jù)協(xié)議、數(shù)據(jù)發(fā)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1 s。利用定時器0 溢出中斷完成。
2) 數(shù)據(jù)采集模塊。每隔一秒對ADC0809 中的一路數(shù)據(jù)進行采樣，然后將其保存在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。
3) 數(shù)碼顯示模塊。當ADC0809 中與一路數(shù)據(jù)被采集完畢后，共陰級八段數(shù)碼管顯示當前ADC0809 中通道路數(shù)，以及當前路數(shù)的數(shù)據(jù)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(shù)轉換為ASCII 碼。
5) 數(shù)據(jù)協(xié)議模塊。本程序完成的功能是將要發(fā)送的ASCII 碼數(shù)據(jù)實現(xiàn)幀封裝，定義數(shù)據(jù)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(fā)送的采集數(shù)據(jù)。
6) 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。本程序完成的功能是將數(shù)據(jù)包發(fā)送到串口服務器上。
2.3 軟件流程圖
系統(tǒng)的工作原理是系統(tǒng)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(huán)采集、顯示，最后進行數(shù)據(jù)處理，將處理后的數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)， 然后由串行口發(fā)送數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)采集， 又可以將數(shù)據(jù)封裝向Internet 發(fā)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(shù)據(jù)終端采集工作， 是數(shù)據(jù)網(wǎng)絡連接的一種可行性解決方案。