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1、 http:/ 基于串口服务器的智能小区信息发布系统1 基于串口服务器的智能小区信息发布系统1 黄银晓1，王环1，蔡亮1 1河海大学计算机及信息工程学院，江苏 常州(213022)E-mail： 摘要：摘要：讨论了一种智能小区管理中心通过以太网发布信息到各单元住户的系统，系统利用串口服务器的协议转换功能，成功使信息发布系统的终端单片机控制系统接入以太网。系统采用Modbus 和 TCP 协议的串口通信方式，使得数据的传输更具可靠性，响应速度快，扩展灵活，实现了智能小区的网络化管理。主要介绍了系统的总体设计思路、软硬件的实现以及串口服务器的参数设置等。关键词：关键词：串口服务器；单片机；TCP/
2、IP；Modbus 中图分类号：中图分类号：TP221 1引言引言 智能小区的发展从其网络实现技术方面来看，最初的是分散控制，小区中的各种系统互相独立，分散运行。各系统之间互不兼容，仅能利用简单的发码、解码电路或 RS-485 接口实现单个建筑物内的通讯，无法实现整个小区内大面积组网。随着总线技术的发展，近阶段智能化小区开始采用现场总线技术，如 CAN,BACNET,LONWORKS 和国内 AJB-BUS,WE-BUS,iNet以及一些利用 RS 一 485 技术实现的总线等等。小区内各种分散的系统开始互联组网、统一管理、协调运行，从而构成一个相对较大的联网区域系统。但是现场总线技术虽说成熟
3、，但存在着标准不统一，互不兼容的问题【1】。在一个小区中，如果不同系统之间采用不同的现场总线技术，就会造成互不兼容，不能共用总线，这样就需要重复布线。而且小区由多个商家进行线路铺设和设备安装，会造成费用高、维护不便的问题。而 TCP/IP 协议是目前世界上最为普及的一种开放式的通讯标准，既支持局域网，又支持广域网，具有很强的可扩充性。因此本文考虑使用 TCP/IP 协议。在智能小区信息发布系统中的终端设备是可视对讲户内机，而可视对讲户内机是一个单片机控制系统，此时利用一种专用的协议转换装置（TCP/IP 协议串行通讯协议），也叫串口服务器，可以无需改动终端设备的程序方便得将串口设备升级为带以太
4、网的网络设备，使单片机接入网络，实现实时数据的网络传输【2】。一套高速计算机做中央管理系统;终端设备采用单片机系统。协议和接口都标准化和规范化，通过小区内的结构化布线系统和网络技术，从而使各个分离的设备统一在一个区域系统之中，实现信息融合，达到资源的充分共享并方便管理。1 系统的总体设计 系统的总体设计 智能小区信息发布系统是由管理中心，住宅智能化系统以及网络系统三部分组成。管理中心配备有管理 PC 机，住宅的每个单元设有一个门口机，每个业主房内都装有可视对讲户内机，而串口服务器设在每个单元的门口机处。每个串口服务器都设置有固定的 IP 地址，并且保证串口服务器的 IP 地址和管理 PC 机的
5、 IP 地址在同一个网关内，这样使的每个串口服务器能够正确收到管理中心发来的消息。管理中心的管理 PC 机接入 TCP/IP 网络，通过上位机管理软件及时把消息、通知通过网络从上层 PC 发出，串口服务器接收到消息后将 TCP/IP 协议数据转换成 1本课题得到国家高技术研究发展计划项目（项目编号：2006AA050304）的资助。1RS232/RS485 串口通信协议数据从串口发出，单片机控制的中间控制设备门口机接收从串口服务器转换后的串口数据，门口机接收到数据后再通过 485 总线把上位机发布的消息发送到各个业主的可视对讲户内机，可视对讲户内机接收、存储并能显示上位机发出的消息，此时业主就
6、能在可视对讲户内机上看到管理中心发布的消息。具体的系统总体结构图如图 1 所示。2 系统的软、硬件构成 系统的软、硬件构成 2.1 系统的硬件构成 系统的硬件构成 本系统硬件上的核心部分为单片机接收和发送模块和串口服务器协议转换模块，其硬件框图如图 2 所示。图 1 系统总体结构 图 2 信息发布系统终端的硬件框图 Fig.1 The main design block diagram Fig.2 The hardware block of information distribution system terminal 本文选用的单片机是 ATMEL 公司生产的低电压、高性能 CMOS 型
7、8 位微控制器 AT89C52，器件采用高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），其中 P3 口的 P3.0（RXD）和 P3.1（TXD）通过 MAX232 转换电路，用 DB9 接口与串口服务器的串口相连。本系统用到的串口服务器是由北京中新创科技有限公司研制开发的DNS18CS系列产品。串口服务器有两个接口，一个是 RS232/485 串行口，另一个是网络口，内部进行 TCP/IP 协议串行通讯协议之间的转换。将网络口收到的数据从串口发出，将串口
8、收到的数据从网络口以 TCP/IP 协议包送出。串口服务器不对用 户数据包做任何解析或更改，提供完全透明的数据通道。其最主要特点有：1、体积小，小于香烟盒；2、支持 RS232,RS422,RS485；3、10M 以太网口；4、可作为 TCP Server 或 TCP Client；5、内置 WEB 服务器，支持 Java；6、支持多种异步串口格式；7、无需修改原有应用软件就可在网络环境下使用；8、将 COM 口定向至 IP 地址，每台计算机可同时拥有 256 个串口；MAX1232 为看门狗复位芯片，门口机的功能有报警、刷卡开锁、呼叫单元内一业主等。本 http:/ 2文选用的闪存是 Atm
9、el 的 AT24C256，而采用 I2C 总线技术实现数据的存储和读取，提高了系统的稳定性和可靠性。2.2 系统的软件构成 系统的软件构成 系统的软件包括上位机管理软件、门口机接收及转发软件。上位机管理软件采用编程语言 C。各个业主地址信息都将保存在数据库中，管理软件可以根据需要从数据库中调用地址，用Socket编程就能很方便利用TCP/IP 协议实现对特定设备发送消息或利用UDP协议以广播的形式给所有的设备发送消息。门口机串口接收发送部分软件，采用的是串口中断方式，上位机主动发送，门口机通过中断完整接收到数据后，再将数据送上 485 总线，相应的户内机接收数据并实现相应的功能。数据传输的过
10、程中采用 Modbus 协议格式【3】，实质上也就是将 Modbus 帧嵌入到 TCP 帧中。这样保证了数据的可靠性并方便了以后设备的扩展。Modbus是应用于电子控制器上的一种通用语言，是Modicon公司为其生产的PLC设计的一种工作于应用层上的通信协议，由于其真正的开放性、透明性、而得到工业界的广泛支持，已经成为通用的工业标准。Modbus 协议定义了一个控制器能认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。通过此协议，控制器相互之间经由网络（比如以太网）和其他设备就可以通信。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络进行集中监控。本系统采用了RS-485作为物理接口，并
11、在其基础上实现Modbus协议所规定消息和数据结构、命令和应答方式。Modbus采用主从方式，报文通信帧由设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。MODBUS协议规定：上位机发送8个字节召测指令，其中地址、设备类别、通信路由、指令类别、指令长度、指令各占1个字节，CRC校验码（循环冗余校验）占2个字节；下位机应答8个字节，地址、设备类别、数据长度各占1个字节，数据3个字节、CRC校验码占2个字节。需要说明的是在管理中心从上位机PC机发出消息时，如果是只对特定的从设备发送消息，在Modbus数据包中也可以去掉CRC16校验域，因为TCP/IP协议和以太网的链路层校验机制保证
12、了数据包传递的正确性。如果消息是以广播方式和所有的从设备通信的，由于UDP协议提供的是不可靠的，此时Modbus协议格式中的CRC校验域应予以保留。3 串口服务器的参数设置 串口服务器的参数设置 串口服务器在使用前必需要有唯一的 IP 地址才能进行远程设置和正常工作。串口服务器通过专用的设备管理器软件或者 WEB 页面来设置它的各种参数，其中包括串口服务器的工作模式，串行口的波特率、奇偶校验、数据位、停止位、流控以及网络口的 IP 地址、端口号式等，详细的参数见表 1。为了保证串口服务器的参数不被非法修改，还可以设置它的密码并将密码保存在安全的地方。表 1 串口设置详细参数 Table 1 P
13、arameters setup of serial port 支持协议 网络口 串行口 串行波特率 字长 停止位 奇偶校验 流量控制 UDP,TCP,ICMP,SNMP,DHCP,TFTP 10BaseT 或AUI 以太口,Token Ring 1 个串行口,DB9 针,DTE接300bps 至115.2kbps 7或8位 1 或 2位 奇,偶,无 软件:XON/XOFF,硬件:http:/ 口,RS232/485电平 CTS/RTS,无流控 3 串口服务器的工作模式支持TCP Server 方式和 TCP Client方式，在TCP Server工作模式下，串口服务器作为服务器。远程主机必须
14、运行在 TCP 客户端模式下，请求建立连接，串口服务器响应连接。在 TCP Client 工作模式下，串口服务器作为客户端，远程主机必须运行在 TCP 服务器端模式下，串口服务器一收到字符就向远端主机发起连接。本系统中串口服务器设置的工作模式为 TCP Server 方式，串口服务器作为服务器，远程主机即管理中心的管理 PC 机在要发消息时，主动发起连接请求，串口服务器响应连接。串行口设置的各参数必须与单片机的各工作参数一致，这里还要注意的一点就是串口服务器的 IP 地址要与远程主机的 IP 地址在同一个网关内，以此保证数据的正确传输和接收。4 系统的实现 系统的实现 通过以上设计和分析，完成
15、了单片机对 TCP/IP 协议下的网络通信问题，对于一个 8 位单片机来说，不仅仅要完成通信，更重要的是要通过通信传递各种信息，并将其应用于所设计的小区物业信息发布系统中。此系统已经经过调试并成功实现了设计的功能并将应用于实际中。这样的系统结构除了能实现在信息发布的功能外，还可以利用设在每个单元的自动抄表模块和各种传感器将数据通过小区的局域网络传送至小区物业管理中心，并通过 PC 实时监视各种数据，构成一个基于 TCP/IP 的分布式数据采集系统【4】。这将极大方便小区的物业管理，同时解决了重复布线的问题，而且通过 TCP/IP 协议进行通信，基本没有距离的限制，因此在实际应用中将会很受欢迎。
16、5 结束语 5 结束语 以太网作为 IT 产业的主要通信骨干，已是现代社会里不争的事实，并且已在与生活息息相关的信息产业上得到了广泛应用。计算机网络系统也已成为智能化系统的建设重点，TCP/IP 技术的广泛应用，系统的自动化能力的提高必将成为智能小区发展的大方向。利用串口服务器实现单片机接入以太网，实现了远程主机和单片机的通讯，布线简单，成本较低，实时可靠使串行通信网络化的可行性进一步加强，对于现代智能小区的建设发展有很大的实用价值。参考文献 参考文献 1蒋云涛.智能化小区的发展动向与问题探讨J.仪器仪表学报，2003.24(4):697-699.2谢晓竹，傅军.基于TCP/IP的网络单片机应
17、用J.计算机工程，2003.29(15):171-192.3司马莉萍，贺贵明，陈明榜.基于Modbus/TCP协议的工业控制通信J.计算机应用，2005.25(12):29-31.4王晓东，马军，王佩霞.数据采集系统网络接入的设计和实现J.数据采集与处理，2004.19(1):99-102.Intelligent uptowns information distribution system based on serial port server Huang Yinxiao1，Wang Huan1，Cai Liang1 1 College of Computer and information
18、 Engineering Hohai Univ,Changzhou,China(213022)http:/ 4Abstract Information distribution system of intelligent uptowns connect singled chip micro computer system to Ethernet by using serial port server,it can convert communication protocol.In this paper how to set the parameters of the serial port s
19、erver is discussed,the total idea designed for the system is described and the implantation of software and hardware is introduced.By using serial communication based on Modbus and TCP protocols,reliable in data transmission,quick to response and flexible to extension,network management on intelligent uptowns is achieved.Key words：serial port server;MCU;TCP/IP；Modbus 作者简介作者简介：黄银晓，女，1981 年生，硕士研究生，检测技术与自动化专业 http:/ http:/ 5