隨著21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，無線與移動(dòng)通信相應(yīng)得到了迅猛的發(fā)展。方便快捷的無線接入和無線 互連等新概念和新產(chǎn)品，已逐漸融入人們的工作領(lǐng)域和日常生活中。由于如今對(duì)無線頻率的大量使用，使無線頻率資源日漸匱乏，短距離寬帶無線通信技術(shù)受到世界許多國家工業(yè)界和研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。伴隨著各種便攜式終端通信設(shè)備的增加，人們對(duì)短距離的無線與移動(dòng)通信需求也越來越迫切。無處不在的網(wǎng)絡(luò)世界，使對(duì)各種電器設(shè)備實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化管理已成為必然趨勢(shì)。目前小范圍內(nèi)如以太網(wǎng)中對(duì)終端設(shè)備的管理，主要使用有線方式。近來，隨著與無線通信相關(guān)的新技術(shù)如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，大量、廉價(jià)和高度集成的無線模塊的普及，無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以其安裝成本低、使用方便等特點(diǎn)，在一些不便于或需要消除有線連接的場(chǎng)合有了它的用武之地，正在成為家庭網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的首選技術(shù)。

串口集線器?是一種用于連接多個(gè)串口設(shè)備的設(shè)備，其工作原理是通過將一個(gè)串口信號(hào)分配給多個(gè)串口設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)串口設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的通信。串口集線器通常具有一個(gè)主串口和多個(gè)從串口。主串口接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的信號(hào)，并將其復(fù)制發(fā)送給所有的從串口，從串口接收到信號(hào)后，將其發(fā)送給相應(yīng)的串口設(shè)備?1。

使用方法

?連接設(shè)備?：將串口集線器連接到計(jì)算機(jī)的串口接口上，然后將需要連接的串口設(shè)備連接到串口集線器的從串口上。

?配置設(shè)置?：在計(jì)算機(jī)上配置串口設(shè)置，包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等。

?通信?：打開需要與串口設(shè)備通信的應(yīng)用程序，通過應(yīng)用程序與串口設(shè)備進(jìn)行通信，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)?1。

通信協(xié)議和信號(hào)處理

串口集線器并不具備通信協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能，只是將串口信號(hào)復(fù)制到多個(gè)串口設(shè)備上。因此，在使用串口集線器時(shí)，需要確保所有連接的串口設(shè)備使用相同的通信協(xié)議。如果需要進(jìn)行不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，可以使用串口轉(zhuǎn)換器或網(wǎng)關(guān)設(shè)備?1。

實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景

串口集線器在多媒體展廳設(shè)備控制中也有廣泛應(yīng)用。它可以通過標(biāo)準(zhǔn)的RJ45接口方式連接多個(gè)控制設(shè)備，相對(duì)于傳統(tǒng)的DB9頭電絡(luò)鐵焊接或剝線硬接等接線方式，大大提高了施工效率和連接質(zhì)量。此外，串口集線器還可以通過串聯(lián)使用，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)?2。

集線器的工作原理：RS485主站發(fā)送數(shù)據(jù)，集線器主485接口收到數(shù)據(jù)之后，因數(shù)據(jù)信號(hào)波形在電纜傳輸中有衰減，集線器接收數(shù)據(jù)信號(hào)后將衰減的數(shù)據(jù)信號(hào)整形放大，并將數(shù)據(jù)廣播到其他所有從485接口，從485接口上的設(shè)備收到數(shù)據(jù)后做出應(yīng)答，并經(jīng)集線器轉(zhuǎn)發(fā)到RS485主站。

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，RS485集線器一般有一分二、一分四、一分八的集線器等。可有效解決工業(yè)施工現(xiàn)場(chǎng)星型布線、帶載數(shù)量少、抗干擾能力不強(qiáng)等常見問題。

基于ZigBee[1]的無線串口集線器的研究與設(shè)計(jì)，將ZigBee連接在ARM微處理器上，并與遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)進(jìn)行連接。這個(gè)集線器可根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制應(yīng)用的需求進(jìn)行優(yōu)化、擴(kuò)展，具有簡(jiǎn)單、可靠、低功耗和低成本等優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種電器、各種偵測(cè)/監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)督、管理、設(shè)備操作和遠(yuǎn)程控制。

2 無線串口集線器的總體設(shè)計(jì)

基于ZigBee的無線串口集線器主要由硬件和軟件組成，硬件包括電路板、ARM微處理器、存儲(chǔ)器、串行接口、并行接口、網(wǎng)口和ZigBee無線通信模塊等，軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件(OS)和應(yīng)用程序。硬件部分是整個(gè)系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)，它提供了軟件的運(yùn)行平臺(tái)和通信接口，軟件部分用于控制系統(tǒng)的運(yùn)行，并對(duì)各種事件進(jìn)行響應(yīng)。完成的功能為該設(shè)備中操作系統(tǒng)運(yùn)行正常，外接器件運(yùn)行正常，通過對(duì)ZigBee無線通信模塊協(xié)議的編寫，使ARM微處理器通過ZigBee模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)各種電器、偵測(cè)/監(jiān)控設(shè)備的無線通信和操作。與遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)相連，組成一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。該設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮集線器的功能，具有串行通信接口，并有通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)和特性。采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型或星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)及一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)之間的串口設(shè)備的數(shù)據(jù)的透明傳輸，使遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)通過此集線器實(shí)現(xiàn)對(duì)電器設(shè)備的遠(yuǎn)程操控。

3 集線器硬件設(shè)計(jì)

3.1 ARM微處理器設(shè)計(jì)

本課題選用ARM9系列的S3C2410微處理器，重在嵌入式ARM板的核心模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行的基本環(huán)境，主要由以下幾部分組成：(1)存儲(chǔ)模塊：Flash存儲(chǔ)器、SDRAM存儲(chǔ)器;(2)對(duì)外通信接口模塊：包括串行接口、并行接口、網(wǎng)口、JTAG接口、ZigBee無線通信模塊;(3)電源和電源管理。如圖2所示為硬件系統(tǒng)組成圖。

電源模塊功能：采用一個(gè)低功耗正向電壓調(diào)節(jié)器，要有穩(wěn)定的輸出電流，過流及溫度保護(hù)的特點(diǎn)。要具有高效率，小封裝和低功耗的特點(diǎn)，要適合嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。

Flash存儲(chǔ)器功能：用來存放用戶編寫的啟動(dòng)程序，操作系統(tǒng)內(nèi)核以及應(yīng)用程序。

SDRAM(Synchronous Dynamic RAM)同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器功能：使用SDRAM不但能提高系統(tǒng)表現(xiàn)，還能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、提供高速的數(shù)據(jù)傳輸。在功能上，需要時(shí)鐘進(jìn)行刷新。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，所有的程序和數(shù)據(jù)大部分是在SDRAM中與微處理器和外圍設(shè)備交互，所以SDRAM的速度對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度有著至關(guān)重要的影響。

串行接口功能：ARM微處理器通過串行接口與ZigBee無線通信模塊相連，進(jìn)行串行通信和數(shù)據(jù)傳輸。

ZigBee模塊功能：與電器設(shè)備無線通信，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的無線收發(fā)。

JTAG接口功能：進(jìn)行系統(tǒng)硬件、軟件、應(yīng)用程序的測(cè)試

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信中，串口服務(wù)器扮演著連接串口設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的橋梁角色，為遠(yuǎn)程管理和控制提供了便利。本文將深入探討串口服務(wù)器的用法和原理，幫助讀者全面了解其工作機(jī)制與應(yīng)用場(chǎng)景。

1. 串口服務(wù)器的工作原理

串口服務(wù)器的工作原理可以簡(jiǎn)單概括為以下幾個(gè)步驟：

1.信號(hào)轉(zhuǎn)換：串口服務(wù)器通過串口接口連接到串口設(shè)備，將串口設(shè)備發(fā)送的信號(hào)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流。

2.網(wǎng)絡(luò)傳輸：轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)流通過網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3.數(shù)據(jù)接收：接收端設(shè)備接收到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流后，串口服務(wù)器將其再次轉(zhuǎn)換成串口設(shè)備信號(hào)。

這樣就實(shí)現(xiàn)了串口設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信和轉(zhuǎn)換。

2. 串口服務(wù)器的組成部分

典型的串口服務(wù)器通常包括以下幾個(gè)組成部分：

1.網(wǎng)絡(luò)接口：用于連接到網(wǎng)絡(luò)，通常支持以太網(wǎng)、Wi-Fi等不同類型的網(wǎng)絡(luò)連接方式。

2.串口接口：用于連接到串口設(shè)備，支持串口標(biāo)準(zhǔn)如RS-232、RS-485等。

3.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊：負(fù)責(zé)將串口設(shè)備信號(hào)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流，并將接收到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流再轉(zhuǎn)換成串口設(shè)備信號(hào)的模塊。

4.配置界面：提供用戶界面，用于配置串口服務(wù)器的參數(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)地址、串口參數(shù)等。

5.使用串口服務(wù)器的步驟

3. 使用串口服務(wù)器的步驟如下：

1.連接串口設(shè)備：將需要遠(yuǎn)程管理或控制的串口設(shè)備連接到串口服務(wù)器的串口接口上。

2.網(wǎng)絡(luò)連接與配置：將串口服務(wù)器連接到網(wǎng)絡(luò)上，并進(jìn)行必要的網(wǎng)絡(luò)配置，包括設(shè)置IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)等。可以通過串口服務(wù)器提供的配置界面進(jìn)行設(shè)置，也可以通過Web界面或者Telnet等方式進(jìn)行配置。

3.客戶端軟件安裝：在遠(yuǎn)程設(shè)備上安裝串口服務(wù)器的客戶端軟件，用于與串口服務(wù)器進(jìn)行通信。

4.遠(yuǎn)程管理與控制：使用客戶端軟件連接到串口服務(wù)器，進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和控制串口設(shè)備的操作。

5.應(yīng)用場(chǎng)景與拓展

DC9~36V供電，防反接，兼容工程中常用的DC12V/24V供電。電源、信號(hào)全隔離，隔離耐壓高達(dá)3KV，極大增強(qiáng)抗干擾能力并保護(hù)后端設(shè)備?？刂七壿嫗橛布詣?dòng)完成，零延時(shí)自動(dòng)收發(fā)轉(zhuǎn)換。全接口防雷防靜電。波特率支持300~460800bps，滿足大部分應(yīng)用場(chǎng)景。每路RS485通信距離至少1200米。