1 引言

　　單片機傳輸數(shù)據(jù)有兩種方式：串行和并行。并行傳輸只能應(yīng)用于近距離的通信，而對于大部分單片機測控系統(tǒng)來說，分布范圍廣，距離中央處理機遠(yuǎn)，因此只能采用串行傳輸[1]。串行傳輸需要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換，一般有兩種方案：RS-232標(biāo)準(zhǔn)，RS-485標(biāo)準(zhǔn)。第一種標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸速率為20kb/s，最大傳輸距離為15m，而RS-485最大傳輸速率為10Mb/s，最大傳輸距離為1200m，超出這個范圍，由于干擾信號的疊加和傳輸信號的衰減，誤碼率將大大增加 [2]。那么如何實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的測控和數(shù)據(jù)傳輸呢?利用Nport Express把單片機接入因特網(wǎng)，使數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，則可以很好地解決遠(yuǎn)程通信的問題。本文就利用Nport Express實現(xiàn)S2E(串行口到以太網(wǎng))進行了細(xì)致的討論。

　　2 Nport Express簡介

　　Nport Express是由***(MOXA)摩莎技術(shù)有限公司設(shè)計生產(chǎn)的單片機網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，它有兩個端口，一個是RS-232或RS-485電平的輸入接口，另一個是網(wǎng)絡(luò)接口，內(nèi)部進行TCP/IP封裝，對用戶來說是完全透明的。其主要特點如下：

　　(1)體積只有手掌大小，安裝調(diào)試方便，自動檢測10/100M bps以太網(wǎng)端口;

　　(2)接入口支持RS-232/422/485標(biāo)準(zhǔn)，提供寬泛的主機與遠(yuǎn)程串行口的Internet/Intranet連接;

　　(3)支持多個主機共享一個服務(wù)器或串行端口;

　　(4)適用于Windows NT/95/98/ME/2000等操作平臺，參數(shù)配置直觀方便;

　　(5)接入網(wǎng)絡(luò)安全可靠，并有相應(yīng)的控制保障措施，串行口最大速率可達(dá)230.4k bps。

　　3 對NportExpress的參數(shù)設(shè)置

　　雖然Nport Express對以太網(wǎng)的連接是一種虛連接，而Windows操作系統(tǒng)會把它的串行接入口當(dāng)作一個真實存在的物理接口。這個接口完成的不僅僅是數(shù)據(jù)的接收發(fā)送，而且包括RTS，CTS，DTR， DSR， DCD等控制信號的傳送。Nport Express支持多種協(xié)議：ARP， UDP， TCP， ICMP， Telnet/Rtelnet和DHCP。 TCP 確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸并提供了自動糾錯功能，而IP完成數(shù)據(jù)塊的尋址和路由。在安裝和使用Nport Express之前，應(yīng)對Nport Express的基本參數(shù)進行設(shè)置。

　　3.1 參數(shù)設(shè)置界面的打開

　　只有獲得Nport Express的實際IP地址，才可以打開它的參數(shù)設(shè)置界面。IP地址由四個字節(jié)組成，是Nport Express在網(wǎng)絡(luò)中的身份證。由于接入網(wǎng)絡(luò)方式的不同，如局域網(wǎng)接入或通過Modem 撥號上網(wǎng)，IP地址會有所不同，而且每次接入網(wǎng)絡(luò)時， Nport Express獲得的IP地址也可能不同。為了獲得Nport Express的實際IP地址，首先運行Nport Monitor，打開Nport Monitor界面，然后運行Configure，Search，則可以查到Nport Express的實際IP地址。然后從“開始”菜單，選擇“運行”，輸入“telnet 192.168.127.254”(此值為缺省值)，當(dāng)Nport Express所獲得的實際IP地址與此不同時，應(yīng)輸入實際IP地址，就可以實現(xiàn)S2E的連接了。

　　當(dāng)Telnet窗口打開后，輸入1選擇ansi/vt100 為控制終端類型，回車后，會出現(xiàn)Telnet的主控界面，在此進行Nport Express各項參數(shù)的設(shè)置。打開后的主界面如圖1所示。

　　3.2 Nport Express運行模式的設(shè)置

　　Serverconfig是對Nport Express服務(wù)器的名稱、IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)的設(shè)置進行驗證，本項菜單無法改動，也無須改動。 Nport Express有三種運行模式：基于主機連接模式，對等連接模式和自然連接模式。由于自然連接模式是利用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)異步串行口的網(wǎng)絡(luò)接入，可實現(xiàn)與局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)的連接，使用者可以方便的打開異步串行口，從遠(yuǎn)程主機上讀寫原始數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)對異步串行口的遠(yuǎn)程控制，本文選用這種模式，即RAW-ConnecTIon Mode(自然連接模式)。

　　有兩種傳送模式可供選擇，即TCP模式與UDP 模式。它們的比較見表1。

　　Op-mode菜單項的第一個子菜單可以實現(xiàn)對連接方式的設(shè)定。從表1可以看出，TCP模式是一種面向連接的傳送方式，在傳送數(shù)據(jù)前，通信雙方必須都收到對方的回應(yīng)信號才能啟動數(shù)據(jù)的傳輸，因而占用了大量的時間用來完成握手信號的傳送，但相對于UDP來說，數(shù)據(jù)傳送的安全性較高。而UDP模式是一種快速存取數(shù)據(jù)的通信方式，通過UDP的特性，Nport Expres可同時接收或發(fā)送數(shù)據(jù)給多臺設(shè)備，且不需要重新建立聯(lián)機，節(jié)省聯(lián)機的時間，加快數(shù)據(jù)傳送的效率，對于實時性要求較高的系統(tǒng)，一般選用這種方式，本文的實驗中也選擇了 UDP模式。經(jīng)過比較，決定選用RAW Connection(UDP Server/client)。

　　3.3 可尋址的IP地址范圍及端口號的設(shè)置

　　Op-mode還可對收發(fā)數(shù)據(jù)的客戶機或服務(wù)器的 IP地址范圍號和端口號進行設(shè)定，這一菜單項特別重要，關(guān)系到數(shù)據(jù)收發(fā)的成敗，需要仔細(xì)設(shè)置。

　　3.3.1 IP地址范圍的設(shè)置

　　需要對(S2E)和(E2S)的可尋址IP范圍進行設(shè)定，它決定了可進行數(shù)據(jù)交互的網(wǎng)絡(luò)端計算機和Nport Express的IP地址范圍， 這個參數(shù)是絕對重要的，數(shù)據(jù)的往來都是以它為目標(biāo)進行尋址的，必須對它進行合理的設(shè)定。需要進行交互的計算機IP地址一定要包含在內(nèi)，如果一項設(shè)置包含的IP地址太多，而中間有很多IP地址并不需要交互，可以把IP地址范圍分段設(shè)定，最多可以分為四段。

　　3.3.2 端口號的設(shè)置

　　端口號分為遠(yuǎn)程端口號和本地端口號. 無論TCP還是UDP連接方式，數(shù)據(jù)報都是根據(jù)IP地址和端口號達(dá)到目的地的，在使用時可以為Nport Express設(shè)定一個合適的端口號，即遠(yuǎn)程端口，一般可自由設(shè)定。本地端口指的是要與Nport Express進行數(shù)據(jù)交互的網(wǎng)絡(luò)終端計算機的端口號，它的設(shè)定以不與計算機外設(shè)的缺省端口號沖突為原則。只有IP地址在可尋址范圍內(nèi)，且本地端口號與Nport Express的設(shè)定相一致的網(wǎng)絡(luò)終端計算機才能實現(xiàn)與Nport Express的數(shù)據(jù)交互。

　　3.4 串行口參數(shù)的設(shè)置

　　第三個菜單項SerialPort為串行口的設(shè)置，包括波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、流控等參數(shù)的設(shè)置，這些參數(shù)的設(shè)置必須和單片機的串口傳送參數(shù)相一致，否則，數(shù)據(jù)將不能被正確的收發(fā)。

　　3.5 利用Monitor 菜單項監(jiān)控數(shù)據(jù)的收發(fā)

　　Monitor是另一個比較重要的菜單選項，從這個窗口中，我們可以檢查串行口參數(shù)的設(shè)置情況，其中的兩個參數(shù)TX、RX比較重要，顯示了Nport Express的收發(fā)數(shù)據(jù)量，從而也為我們判斷Nport Express是否工作正常提供了依據(jù)。

　　4 單片機接入

　　以上對Nport Express的參數(shù)進行了比較詳盡的設(shè)置，作為單片機接入網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備，Nport Express起到了一個單片機網(wǎng)卡的作用，它是串行口數(shù)據(jù)往來的通道，而單片機作為現(xiàn)場設(shè)備檢測控制裝置，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的門戶。利用單片機采集各種數(shù)據(jù)，并從串行口發(fā)出，當(dāng)然電平轉(zhuǎn)換必不可少，如利用MAX232或HIN232CP芯片，轉(zhuǎn)換成232電平，接入Nport Express的串行口輸入口。其中，關(guān)鍵之處在于單片機波特率和握手協(xié)議的設(shè)定，一定要與Nport Express相一致，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確傳輸[4] 。單片機的初始化與收發(fā)程序分別如下：

　　單片機的波特率設(shè)定為9600 bps，數(shù)據(jù)的收發(fā)采用中斷方式，當(dāng)單片機收到網(wǎng)絡(luò)端發(fā)來的控制命令時便可觸發(fā)執(zhí)行相應(yīng)的操作，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。其原理圖如圖2所示。

　　5 網(wǎng)絡(luò)端編程

　　5.1 網(wǎng)絡(luò)控件的選擇

　　為完成數(shù)據(jù)的采集處理和對單片機的控制，需要在客戶機或終端服務(wù)器設(shè)計一軟件平臺，實現(xiàn)客戶機與Nport Express通過以太網(wǎng)的交互。Nport Express驅(qū)動模式支持的開發(fā)語言很多，如VC，VB，Delphi， C等。因為VB操作界面簡單，串行通信與網(wǎng)絡(luò)接入控件使用方便，故此選擇VB編寫前臺控制程序。VB中有三個internet控件：internet Transfer， webBrowser， WinSock，都是AcTIveX控件，可以用來實現(xiàn)每一層Internet 通信的訪問。

　　在VB中利用Winsock控件，可以為兩個或多個Internet節(jié)點建立連接并使之交換數(shù)據(jù)。對用戶來說，Winsock控件是不可見的，它提供了訪問 TCP和UDP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的方便途徑，編寫客戶或服務(wù)器應(yīng)用程序時，可不必了解TCP的細(xì)節(jié)或調(diào)用低級的Winsock APIs。通過設(shè)置控件的屬性并調(diào)用其方法就可以連接到一臺遠(yuǎn)程機器上，并且還可雙向交換數(shù)據(jù)。

　　5.2 Winsock的屬性設(shè)置

　　Winsock的屬性主要有以下四個：

　　(a) Protocol ，返回或設(shè)置Winsock空間所使用的協(xié)議，本文選用UDP;

　　(b)RemoteHostIP，遠(yuǎn)程主機IP地址，本文中即Nport Express的實際IP地址;

　　(c)RemotePort， 要連接的遠(yuǎn)程端口號，要與Nport Express的設(shè)置相一致;

　　(d)LocalPort， 本地端口，即與Nport Express進行數(shù)據(jù)交互的計算機端口號，可自由設(shè)定，但要與Nport Express中的設(shè)置值相一致。

　　5.3 利用Winsock實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)[5]

　　調(diào)用Winsock的SendData方法，可以發(fā)送數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)Nport Express傳輸?shù)絾纹瑱C，實現(xiàn)前臺對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，最簡單的調(diào)用方法如：

　　Private Sub Timer1_Timer()

　　Winsock1.SendData (Text1.Text)

　　End Sub

　　由一個時鐘控件觸發(fā)Winsock控件的SendData 方法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)向網(wǎng)絡(luò)的傳輸，并經(jīng)Nport Express，傳送到單片機，實現(xiàn)控制命令的傳送，當(dāng)然也可以由其他事件觸發(fā)。

　　調(diào)用GetData方法，可獲得單片機發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流，這個方法一般在Winsock的DataArrival事件中使用。例如，一段數(shù)據(jù)接收程序如下：

　　Private Sub Winsock1_DataArrival (ByVal bytesTotal As Long)

　　Dim strdata As String

　　Winsock1.GetData strdata， vbString

　　List1.AddItem strdata

　　End Sub

　　則單片機發(fā)出的數(shù)據(jù)流將自動添加到列表框中。值得特別注意的一點是，必須對Winsock的Bind屬性賦予合理的初值，并且要與Nport Express的本地端口值一致。數(shù)據(jù)的具體處理涉及到很多方面的內(nèi)容，如通信協(xié)議的制定，低層數(shù)據(jù)庫的建立與數(shù)據(jù)更新等，在此不一一累述。

　　6 結(jié)束語

　　以太網(wǎng)作為IT產(chǎn)業(yè)的主要通信骨干，已是眾所周知的事實，并且在與人類生活息息相關(guān)的信息產(chǎn)業(yè)上得到了大量應(yīng)用，面對這股網(wǎng)絡(luò)化的潮流，身為所有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)的工業(yè)自動化系統(tǒng)，也應(yīng)廣泛的應(yīng)用TCP/IP以太網(wǎng)作為系統(tǒng)通信界面，提高系統(tǒng)自動化的能力。利用摩莎公司的Nport Express產(chǎn)品實現(xiàn)單片機接入以太網(wǎng)，達(dá)到了遠(yuǎn)程測量和控制的目的，簡單易用、成本適中、效果明顯是串行通信網(wǎng)絡(luò)化的一種可行的方案。