多串口-以太网转换器设计
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串口通信是目前自动控制系统中底层数据共享的主流方式 之一。 然而, 串口总线通信抗干扰能力较差, 传输速度低。 特别是
] 1 其通讯距离有限, 已限制了自动控制系统的网络化发展 [ 。 T C P /
I P是一种基于复杂环境设计的高效、可靠通信协议族,具有宽
带、 高速、 远距、 易组网等一系列串口通行所无法比拟的优势。 因 此, 将现有串口设备进行网络化, 甚至构建成更加分散的网络控
摘 要
网络化是当前自动控制系统发展的重要趋势, 针对现有基于串口通信的系统无法与远程网络实现互联的问题, 提出了 一种多串口 - 以太网转换器设计方案。以 W5 选用 S 采用直接总 1 0 0为以太网控制器, T M3 2 F 1 0 1 R 8单片机作为主控制器, 线通讯方式实现 W5 可实现多个 R 1 0 0与单片机之间的高速通信, S 4 8 5串口设备的以太网接入。阐述了以太网转换器电路 有效地保证了转换器的实时 设计原理、 数据收发实现流程与网络连接技术。采用 C R C冗余校验和数据流流向 编 码 技 术 , 性, 提高了数据转发的准确性。研究结果表明, 该方案能延伸数据通信距离, 节省现有系统更新换代的成本。 关键词 : 转换器, , 直接总线, S T M3 2 W5 1 0 0
《 工业控制计算机》 2 0 1 4年第 2 7卷第 1 1期
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多串口- 以太网转换器设计
D e s i g no f S e r i a l s - E t h e r n e t S w i t c h
姜晓荣 姜周曙
杭州电子科技大学能源利用系统与自动化研究所, 浙江 杭州 3 ) 黄国辉 ( 1 0 0 1 8
] 2 制系统[ , 采 用 串 口- 以太网转换器不失为一种经济、 快速的解 ] 3 决方案 [ 。
图 1 多串口 - 以太网转换器总体设计
1 转换器总体结构设计
目前, 市面上已有类似的设计, 如 文 献犤 设计的以太网 4 - 6 犦 通信接口。但是该种设计需要在单片机中移植协议栈或者是嵌 入式操作系统,虽然能够提高实时性,但是加大了软件开发难 度。 由于转换器本身任务简单, 是否有必要引入操作系统也是一 ] 设计的以太网 / 个值得的商榷问题。文献[ 7 R S 计同样存在着缺陷。 该 转换器属于定制型产品, 不具有通用性。再者, 其一对一的转换 特性决定了每个底层串口都需要配备一个转换器, 增加成本。 现有产品大多采用 S 接口实现串口数据与以太网数据之 P I 间的转换。但 S 总线通信速率低, 若系统对实时性较高, 这无 P I 疑是个致命的缺陷。 基于如上同类产品的不足, 从通用性、 实时性、 硬件成本与 软件开发难度等多方面考虑, 提出了一种通用的多串口 - 以太网 转换器设计方案, 其总体结构如图 1所示。 在硬件上, 多串口 - 以 太 网 转 换 器 主 要 分 为 3大 模 块 : 处理 器模块、 R S 4 8 5通 信 模 块 和 以 太 网 模 块 。 通 信 模 块 中 的 多 路
A b s t r a c t C u r r e n t l y 牞 n e t w o r k i n gi sa ni mp o r t a n tt e n d e n c yi nt h ed e v e l o p me n to fa u t o ma t i cc o n t r o l s y s t e ms . A i mi n ga tt h ef a c tt h a t s o me s y s t e msb a s e do ns e r i a l c o mmu n i c a t i o nc a nn o tb ec o n n e c t e dt oe a c ho t h e rt h r o u g hI n t e r n e t 牞 ak i n do fd e s i g nf r o m s e r i a l p o r t st oE t h e r n e ti ss u c c e s s f u l l yp r o p o s e d . W5 1 0 0i su s e da saE t h e r n e tc o n t r o l l e ra n dt h es i n g l e - c h i p mi c r o c o mp u t e r S T M3 2 F 1 0 1 R 8i su s e da st h e ma i nc o n t r o l l e r . B e t w e e nt h e W5 1 0 0a n dS T M3 2 F 1 0 1 R 8 牞 h i g h - s p e e dc o mmu n i c a t i o nw a sr e a l i z e db yu s i n gt h ec o mmu n i c a t i o nt e c h n o l o g yo fd i r e c tb u s . A sar e s u l t 牞 i tc a na c h i e v et h eE t h e r n e ta c c e s so ft h eR S 4 8 5s e r i a l p o r t sw e l l . T h ec i r c u i td e s i g np r i n c i p l e so fE t h e r n e tc o n v e r t e r 牞 t h ep r o c e s so fd a t at r a n s c e i v e ra n dt h et e c h n o l o g yo fc o n n e c t i n gI n t e r n e t w a sma i n l yd e s c r i b e d . C R Cr e d u n d a n c yc h e c ka n dd a t ac o d i n ga r ea p p l i e d 牞 i mp r o v i n gn o t o n l yt h ea c c u r a c y b u t a l s ot h es p e e do f t h ed a t af o r w a r d i n g . K e y w o r d s 牶 E t h e r n e t 牞 S T M3 2 牞 d i r e c t b u s 牞 W5 1 0 0