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基于树莓派的多串口多总线服务器设计

归档日期:04-26       文本归类:多总线      文章编辑:爱尚语录

  工业控制中,各设备的信号采集和监控只靠串口总线难以实现扩展,要将现场控制网络和信息网络相连,就需要解决串口通信协议和通信协议的转换问题,即把原有设备转换为具备网络接口的外设,这样可以将传统串行链路上的数据传输到信息网络上,而无需更换原有设备。如此,可以提高原有设备利用率、增加多终端连接数、节约成本、简化布线的复杂度及延长通信距离。

  近年来,因信息化和物联网发展的需要,串口服务器大量涌现,它们不占用主机资源,且具有终端服务器的功能。不过,设备体积庞大、价格昂贵、串口不易裁剪或扩展、传输大量数据帧时丢包、参数配置繁杂等问题也随之出现。

  本设计采用的串口服务器的核心设备树莓派,是一款体积小、价格便宜但功能非常强大的平台,可通过多种通信方式接入互联网,支持多种完整网络协议,结合USBhub及USB/串口转换器使用,可保证串口服务器使用方便,并实现实时、准确、长时间稳定的数据传输。

  该设备选择WEB浏览器设置方式,内置WEB服务器,用户可进行IP地址、串口通信参数、工作模式等的管理和配置。以下主要介绍串口通信和工作模式参数的设置。

  其中,成帧长度指每一帧接收数据的长度,接收端缓冲区一旦接收到该长度的数据就转发出去;成帧间隔就是所谓的串口超时,超时时间T(s)、成帧间隔N(位)、波特率B(b/s)的关系如下。一旦超时,不管已有数据长度是不是达到成帧长度,接收端缓冲区就将已有数据组帧转发出去。

  ③TCP客户端模式为需配置目标服务器IP、端口及自动重连时间,其中自动重连时间指网络连接中断或者服务器异常时,重新发起主动连接的时间间隔,循环自动重连直到正常连接上为止;

  此串口服务器根据以上指标选用最新的树莓派、USBhub及北京世纪联信公司生产的USB/四串口转换器组合而成。

  串口服务器硬件结构组成如图1所示,树莓派具有两个USB接口、一个TTL串口及一个10/100 MHz自适应以太网接口。一个USB接口通过USBhub和n(可据情况选择,最多时n=4)个USB/串口转换器扩展出4n个RS232/RS422/RS455串口,另一个可外接无线USB网卡,从而实现局域网或广域网中有线 树莓派简介

  2.3 USBhub简介USBhub(USB集线器)是一个将多个USB设备连接到计算机上的USB接口或另一个USB集线器上某时候,它们都来自于主板内部一个或者两个主USB接口,而不是相互独立的硬件。一个USB接口、一个USB集线器和若干个外围设备可以构建一个USB网络。本系统选用的USBhub由一个USB接口扩展出4个USB接口。

  USB/串口转换器选用北京世纪联信LENSYSUSB2COM-4模块。它是一种导轨安装式串口扩展模块,实现了用USB口扩展4串口的功能,可以通过USB快速扩展四个计算机串口,通过拨码开关设定RS 232/422/485接口方式,还可以实现4个RS 232转4个RS422/485的功能。通过该模块能够可靠、实时、便捷地完成工业现场RS232/485/422信号的传输和转换,广泛应用于石油天然气、水利、电力调度、市政调度等行业。

  WEB服务器负责串口服务器通信参数的手动配置和存储、通信程序的手动启停等;应用服务器负责实现TCP/IP网络与串行接口设备的互通,完成TCP/IP协议格式的数据与串行数据间的相互转换;数据库主要包含用户管理数据表、串口参数配置数据表、工作模式配置数据表。

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