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基于单片机的串口转以太网设计

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基于单片机的串口转以太网设计

摘要：随着计算机通信技术和网络技术的发展,在嵌入式系统中集成以太网口实现与其它计算机设备之间的高速数据传输就显得尤为重要。本文结合以太网接口芯片W5500的主要特点、芯片引脚定义、内部寄存器使用说明，设计了一款基于STM32芯片与W5500高速以太网控制芯片的嵌入式以太网系统，充分发挥了STM32 芯片的Cortex-M3 内核低成本低功耗的特性，同时该设计直接使用W5500固化的TCP/IP协议站，提高了系统的性能。

关键词：以太网 以太网接口 W5500芯片

随着嵌入式系统与网络的密切关系和TCP-IP网络的迅速普及，TCP-IP网络在工业领域具有良好的应用前景。与过去工业领域广泛使用的串行传输相比，TCP/IP连接器网络具有更宽的带宽、更快的传输速度、更远的传输距离和更广泛的通信服务等特点[1]。由于TCP和IP通信环境的多样性，很难根据其基本IP环境自动纠正数据传输错误。由于串行通信的传输方式容易受到普通模式的干扰，因此抗干扰能力差，传输容易出错。在实际应用中，如果不超过最大传输长度，串行端口的最大传输速度为115200比特/秒[2]。本文设计的以太网系统允许设备使用串口进行数据传输访问网络，包括串口通信、内置微控制器驱动程序、协议移植和服务器构建。

1系统硬件设计

本系统设计采用STM32F103C8T6微控制器和W5500芯片搭建的网络系统，串口转网络硬件系统主要包括微处理器模块、以太网控模块、电源模块、电平转换、网口设计等。其中，以太网芯片W5500与微控制器芯片STM32F103C8T6之间采用SPI接口，电源电路包含了微控制器芯片STM32F103C8T6所引出的两个串口。

2系统软件设计 系统软件设计包含串口相关配置、TCP通信的实现、UDP通信的实现等。由于W5500强化了协议，所以需要设计与套接字的接口。这不仅简化了设计过程，还降低了微控制器的处理能力和系统资源的使用。主程序流程如图1-1所示。

图1-1 系统流程图

TCP服务器的编写遵循常用网络服务器编程模型，即先绑定地址，再进行连接监听，当有客户端主动发起连接请求时则建立稳定连接，然后进行连接的处理，如数据的获取和发送，最后断开连接。本设计的串口波特率设置的为115200，可直接通过设置USART mode config中的字段USART_BaudRate=115200。TCP协议是TCP/IP协议栈中的一种，该协议是现在目前市面上工业中用于连接的一种主流协议，主要原因是该协议可靠安全性高，他建立连接是为了确保设计的IP地址、设备端口号、物理链路等正确无误，以保证数据传输的畅通。TCP建立连接时需要发送三个确认包，俗称三次握手。UDP是非连接传输协议，没有三次握手五次挥手的过程，不需要发送ack确认包确认。 3系统功能测试

3.1 TCP测试

首先，使用网线将以太网设计端口连接到计算机的网络端口，并使用网线将以太网设计端口连接到计算机的网络端口。检测到硬件连接中没有故障后，为模块通电。关闭防火墙和禁用多余网卡，以保证测试不受其他因素的干扰。其次，设置静态IP关闭网卡默认的动态获取IP，设置IP确保和本设计在同一网段。

在设备管理器中查看端口信息，确定本设计串口使用的串口号。打开一个串口调试软件，把串口对应的参数设置为和你设计串口参数一致即可，注意把循环周期时间设置为1000毫秒。在本测试中，网关为192.168.1.1，IP地址为192.168.1.20，子网掩码为255.255.255.0，源端口号为5000，目标IP地址为192.168.1.16，目标端口号为5000。完成上述配置后，可在windows下面的搜索框输入cmd使用命令提示输入对应的地址ping一下，来测试两端是否可以传输数据。最后，打开网络测试助手，就可以建立TCP的服务器与客户端之间的通信，源端口设置5000、目标端口设置5000，点击打开TCP链接在发送数据框输入2022 毕业设计串口那边可以正常接收到，在串口那边输入山东协和学院网络这边也可以接受到如图1-2所示。

图1-2 TCP测试结果

3.2 UDP测试

W5500端口在UDP模式下运行，通信端口不需要连接从其他UDP端口接收数据，前四个数据字节用于对方端口的IP地址，第五个和六个端口号用于接收对方的IP地址和W5500端口后的端口号用于发送到匹配端口2022 毕业快乐,网络向串口发送2022 山东协和学院。配置完成后，基本网关设置、操作将与TCP相同，但选择协议时，请选择UDP。这里没有描述。测试结果如图1-3所示。

图1-3 UDP测试结果

4总结

本文从硬件和软件两个方面介绍了如何在嵌入式系统中设计一个接口，以及如何实现TCP和UDP之间的通信。本设计主要选用内置微控制器STM32F103C8T6作为网络控制器的主控芯片，包括以太网接口模块的电路，内置微控制器模块的电路和电平转换电路。最后，在深入研究TCP/IP协议规范的基础上，实现了TCP和IP的移植，编写了STM32F103C8T6网络驱动程序及其串口通信程序，实现了网络通信功能。

参考文献

[1]吴春锐,张志凯.基于LM3S6432的嵌入式以太网转串口模块设计[J].电脑编程技巧与维护,2020(02):76-78.

[2]殷伦,王英民.串口联网技术在远程设备控制中的应用[J].电声技术,2021

(12):46-47+55.

[3]萧文龙,林松儒. TCP/IP最佳入门[M].北京:机械工业出社,2016.

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基于双缓冲队列的RS485串口／以太网转换器软件设计

基于双缓冲队列的RS485串口／以太网转换器软件设计

２０１３年第ｌ１期　计算机与现代化　ＪＩＳＵＡＮＪＩ　ＹＵ　ｘＩＡＮＤＡＩＨＵＡ　总第２１９期　

文章编号：１００６－２４７５（２０１３）１　１－００９５－０５　

基于双缓冲队列的ＲＳ４８５串Ｈ／以太网转换器软件设计　

马灵娟　，李长青　，刘晖　

（１．华北电力大学自动化系，河北保定０７１００３；２．北京华电天仁电力控制技术有限公司，北京１０００３９）　

摘要：为了将分散于工业现场的串口设备接入以太网，本文设计一种基于ＳＴＭ３２Ｆ１０７ＶＣ微处理器的嵌入式ＲＳ４８５串口／　

以太网的数据转换器。移植嵌入式ＴＣＰ／ＩＰ协议栈ＬｗＩＰ到ＡＲＭ平台，构造双缓冲队列，保证串行通信的效率，通过软件　

编程实现串行通信协议和以太网的ＴＣＰ／ＩＰ协议的相互映射，使得串口数据和以太网数据相互转换。实验表明，串口／以　

太网数据转换器能够正常工作，数据转换稳定、可靠。　

关键词：ＳＴＭ３２Ｆ１０７ＶＣ；ＬｗｌＰ；ＲＳ４８５串口；以太网；双缓冲队列；转换器　

中图分类号：ＴＰ３９３　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－２４７５．２０１３．１１．０２３　

Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＲＳ４８５　Ｓｅｒｉａｌ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｄｏｕｂｌｅ—ｂｕｆｆｅｒ　Ｑｕｅｕｅ　

ＭＡ　Ｌｉｎｇ．ｊｕａｎ　，ＬＩ　Ｃｈａｎｇ．ｑｉｎｇ　，ＬＩＵ　Ｈｕｉ　

（１．Ｄｅｐｔ．ｏｆ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎｏａｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ　０７１００３，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｂｅｒｉｎｇ　Ｈｕａｄｉａｎ　Ｔｉａｎｒｅｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｃｏｎｎｅｃｔ　ｔｈｅ　ｓｅｒｉａｌ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ｔｈａｔ　ｓｃａｔｔｅｒｅｄ　ｉｎ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｆｉｅｌｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ，ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎ　ｅｍｂｅｄ—　ｄｅｄ　ＲＳ４８５　ｓｅｒｉａｌ／Ｅｔｈｅｍｅｔ　ｄａｔａ　ｃｏｎｖｅ￣ｅｒ　ｗｈｉｃｈ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＳＴＭ３２Ｆ１Ｏ７ＶＣ　ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ．Ｔｈｅ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ＴＣＰ／ＩＰ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｓｔａｃｋ　Ｉ　ＩＰ　ｉｓ　ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ＡＲＭ　ｐｌａｔｆｏｒｍ．ａｎｄ　ｄｏｕｂｌｅ．ｂｕｆｆｅｔｉｎｇ　ｑｕｅｕｅ　ｉｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｅｆｔｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａ—　ｔｉｏｎ．Ｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ａｎｄ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ　ＴＣＰ／ＩＰ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ａｒｅ　ｍａｐｐｅｄ　ｔｏ　ｅａｃｈ　ｏｔｈｅｒ　ｂｙ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，ＳＯ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｃａｎ　ｂｅ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｅｒｉａｌ　ｐｏｒｔ　ａｎｄ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｅｒｉａｌ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ　ｄａｔａ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｃａｎ　ｗｏｒｋ　ｎｏｒｍａｌｌｙ．ｄａｔａ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｉＳ　ｓｔａｂｌｅ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ．　

RS485串口服务器_串口转以太网

RS485串口服务器_串口转以太网

RS485串⼝服务器_串⼝转以太⽹

⼯业控制技术实现了全⾯的⾃动化。但是随着制造业的全球化协同分⼯，产品的个性化，定制化需求越来越多，需求变得复杂，需要更为有

效的⼈⼈交互、⼈机交互、物物交互。传统⾃动化的时代已经开始不能满⾜社会的需求，⼯业控制⾏业开始逐渐⾛⼊智能化、数字化时代。

由于RS485串⼝设计简单、成本低廉，在业⾃动化各个⾏业有着⾮常⼴泛的应⽤，RS485的串⾏设备⼤量存在于⽣产⽣活的各种场合。那么

当⼀个设备需要接⼊⽹络的时候采⽤串⼝转以太⽹的⽅式最为合适，因此应运⽽⽣，它就是⼀种将RS485串⼝通信转化为以太⽹通信的终端

设备。

与RS485串⼝总线通信相⽐较，TCP/IP⽹络具有通信距离远，只要联接互联⽹，通信距离便可以⽆限延长，⽽RS485通信距离就只有1200M。以太⽹可以接⼊Internet，这样就可以实现远距离通信，在全球范围内实现监控，这是RS485所⽆法做到的。

当需要多台RS485设备连接到计算机的时候，传统的⽅式是使⽤多串⼝卡。也就是使⽤在计算机上扩展串⼝来实现多个RS485串⼝。有了RS485串⼝服务器之后，可以把RS485的接⼝留到现场，⽽监控计算机这端只保留⼀根⽹线即可，使⽤更加⽅便。

RS485串⼝服务器的功能特点远程管理多个串⼝通讯设备作为中继延长通讯距离通过虚拟串⼝软件实现原串⼝程序远程控制设备

⽹络远程控制PLC实现联⽹

连接Modbus传感器实现组态软件对接

EBT3001串口转以太网芯片基础功能介绍

EBT3001串口转以太网芯片基础功能介绍

EBT3001系列串口转以太网芯片Modbus网关功能配置教程

亿佰特研发的实现的串口转以太网模组产品有EBT3001和EBT3002，其中EBT3001是单串口转以太网芯片，EBT3002是8路串口转以太网芯片。EBT3001以太网芯片产品是实现串口数据与以太网数据互相转换的串口芯片；该串口转以太网芯片可满足各类串口设备、PLC模块的联网功能。EBT3001以太网芯片模块功能及配置方式简介、基础配置功能详解、Socket功能详解 、以太网芯片高级功能详解等详细介绍，本文会详细的介绍EBT3001以太网芯片Modbus网关功能的配置教程，包含Modbus RTU与 Modbus TCP协议转换、简单协议转化模式、多主机模式、存储型网关、可配置型网关、自动上传等功能的配置演示教程。

1、Modbus RTU与 Modbus TCP协议转换

启用：将Modbus RTU协议与Modbus TCP 协议进行互转。

禁用：不进行协议转换但对Modbus数据进行校验，非Modbus数据（RTU/TCP）抛弃不进行传输。 2、简单协议转化模式

将Modbus RTU数据转换为Modbus TCP数据，或将 Modbus TCP

数据转换为 Modbus RTU数据，实现以太网 Modbus 数据与串口

Modbus 数据的互转。

简单协议转换可以工作在任意模式（TCP 客户端、TCP 服务器、UDP 客户端、UDP 服务器、MQTT 客户端、HTTP 客户端），无论是工作在什么模式都只能存在一个 Modbus 主站。

上位机/网页配置：

Modbus Poll 与 Modbus Slave 软件调试：

软件连接设置：

软件寄存器读取与仿真配置：

Poll 菜单选择 SetupRead/Write Definition

Slave 菜单选择 SetupSlave Definition 通讯演示：

3、多主机模式

串口联网模块--串口转网口模块

串口联网模块--串口转网口模块

串口联网模块—串口转网口模块

摘要：本文介绍了串口联网模块的定义、用途、使用方法和性能指标。

1.什么是串口联网模块

串口对于电子工程师来说再熟悉不过，Serial、UART、RS232、EIA-RS-232C、COM这些都是串口的名字。串口由于其使用引脚少（只有RXD、TXD两根线），协议简单，被广泛地应用于电子设备的数据传输中，电子设备通过串口和PC通信，或者通过串口进行外部数据扩展都是很普遍的现象。

网络时代的到来，迫切需要电子设备也联网，那么当一个设备需要接入以太网的时候采用串口转以太网的方式最为合适。所谓串口联网模块就是将MCU的串口通信转化为以太网通信的电子单元模块。

以下是上海卓岚信息科技的几款串口联网模块：

串口联网模块 ZLSN2000

名称：芯片型串口设备联网模块

用法：模块提供19针双排引脚，插接到用户PCB后使用。

选型：量大客户建议使用ZLSN2000，价格比ZLSN3000便宜，易于与用户PCB整合。

串口联网模块 ZLSN3000

名称：TTL电平接线型串口设备联网模块

用法：只需通过排线将RXD、TXD和用户电路板MCU串口连接，即可使用。

选型：使用ZLSN2000之前，可先用ZLSN3000测试模块性能，用户无需制板即可与

模块连接，方便快捷。适合已有串口设备立即联网升级。

串口联网模块实验套件 ZLSN2100

名称：嵌入式联网模块的实验套件

用法：提供电源适配器、网线、串口线，用户连接PC机COM口或者设备串口（公头

DB9），再接上电源、网线后即可使用。

选型：比ZLSN4000提供更多配件，适合于用户还未开发串口设备想通过PC机测试

模块性能或者想直接与用户串口设备DB9接口连接进行测试的情况。

2.串口联网模块的用途 从本质上来说，串口联网模块就是一个串口转以太网（TCP/IP）协议转化器。使用串口联网模块可以将用户从复杂的嵌入式TCP/IP的代码中解脱出来。即方便地实现了嵌入式联网，另一方面，又可以保证联网的稳定性。