基于STC10F04EX的多串口數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)

引言
RS 232串口通信是一種常用的通信方式，許多數(shù)字化設(shè)備、測(cè)量?jī)x器都具有串行接口。這些設(shè)備可以方便地與PC、PLC等控制器連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而組成一個(gè)測(cè)試檢測(cè)／監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
目前安裝在江、河、湖等水體現(xiàn)場(chǎng)的不同種類的水環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過采集水樣，周期性地生成一組數(shù)據(jù)通過串口向外傳送。如果在現(xiàn)場(chǎng)需配置一臺(tái)或多臺(tái)PC，既不經(jīng)濟(jì)，又難以維護(hù)。本文介紹的基于單片機(jī)的多串口數(shù)據(jù)收發(fā)控制系統(tǒng)，可以同時(shí)連接多臺(tái)不同類型的水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)接收采集的數(shù)據(jù)并通過無線模塊向遠(yuǎn)端控制中心傳遞，轉(zhuǎn)發(fā)傳送的距離約為3 000 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直接的RS 232互連。多串口數(shù)據(jù)收發(fā)控制系統(tǒng)不同于多串口卡，可以脫離計(jì)算機(jī)獨(dú)立工作，是計(jì)算機(jī)串口擴(kuò)展、延伸的一種全新方法。
用多串口數(shù)據(jù)收發(fā)控制系統(tǒng)取代計(jì)算機(jī)安置于監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，將來自于不同設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整合，再通過無線方式向遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的中央控制室進(jìn)行傳送，則監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性、易維護(hù)性都大為增強(qiáng)。

1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成
本文所提及的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由光譜分析儀、水毒性分析儀、生物狀態(tài)分析儀等組成，這些設(shè)備都具有RS 232接口，但是接口參數(shù)不盡一致，傳送的數(shù)據(jù)格式也差別極大(見表1)。

這些位于水體現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試設(shè)備，需要及時(shí)地將測(cè)量數(shù)據(jù)傳遞給遠(yuǎn)端的中央控制室。

2 多串口數(shù)據(jù)收發(fā)控制系統(tǒng)
2．1 多串口數(shù)據(jù)收發(fā)控制系統(tǒng)工作原理
多串口數(shù)據(jù)收發(fā)控制系統(tǒng)，以單片機(jī)STC10F04EX為控制核心，擴(kuò)展出多個(gè)全雙工異步串行口(UART)，用以同時(shí)連接多個(gè)外部串口設(shè)備。該系統(tǒng)既可獨(dú)立地與所連接的設(shè)備交換數(shù)據(jù)，又能起到數(shù)據(jù)中繼的作用，將來自上位端的命令傳遞到指定的串口設(shè)備上，或?qū)⒔邮盏降膩碜圆煌谠O(shè)備上的數(shù)據(jù)經(jīng)過初步整理后發(fā)送到上位端。
由于要連接多個(gè)下位端執(zhí)行設(shè)備，但STC10F04EX的獨(dú)立UART只有一個(gè)，因此，必須對(duì)該單片機(jī)的UART進(jìn)行擴(kuò)展，才能連接多臺(tái)串口設(shè)備。經(jīng)過擴(kuò)展的各路UART不能同時(shí)工作，必須在I／O的配合下選擇對(duì)應(yīng)通道分時(shí)工作。
被監(jiān)測(cè)的對(duì)象所發(fā)生的變化是個(gè)緩變過程，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的各個(gè)分析儀器所要傳送的數(shù)據(jù)量有限，并且接收端大部分時(shí)間處于等待階段，控制程序在設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮到數(shù)據(jù)的銜接和每種設(shè)備的采樣和轉(zhuǎn)換周期。因此，分時(shí)連接不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失導(dǎo)致失準(zhǔn)，可以滿足監(jiān)測(cè)要求。
圖1顯示了多串口收發(fā)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖以及與3個(gè)外部串口設(shè)備的連接。該系統(tǒng)既可以將接收到的數(shù)據(jù)通過無線方式對(duì)外發(fā)送，也可以用有線的方式直接傳遞給本地電腦。

2．2 多串口數(shù)據(jù)收發(fā)控制系統(tǒng)硬件組成
多串口數(shù)據(jù)收發(fā)控制系統(tǒng)，采用型號(hào)STC10F04XE的單片機(jī)為控制核心，外加7279A鍵盤及數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路，TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換電路MAX
232，4052雙4選1模擬開關(guān)，無線收發(fā)模塊等組成。
STC11F04XE的單片機(jī)，以8051為內(nèi)核，并具有以下鮮明特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，1T周期CPU，獨(dú)立波特率發(fā)生器，2個(gè)可切換串口，在系統(tǒng)可編程(ISP)，片上擴(kuò)展XRAM等。
單片機(jī)STC10F04EX的UART可在P1口的P1．6／P1．7(UART2)和P3口P3．0／P3．1(UART1)間切換，可以分時(shí)當(dāng)2個(gè)串口使用，這為調(diào)試系統(tǒng)和擴(kuò)展串口帶來了方便。由于該系列單片機(jī)支持在系統(tǒng)可編程(ISP)，因此系統(tǒng)中的UART1通過電平轉(zhuǎn)換電路，直接連接到PC機(jī)的一個(gè)串口上,用于對(duì)單片機(jī)的程序下載和調(diào)試。單片機(jī)正常工作時(shí)，可將串口設(shè)置在UART2上。
采用雙4選1模擬開關(guān)4052，將單片機(jī)的UART2擴(kuò)展為4路。其中，單片機(jī)端的RxD／TxD分別接到4052的公共端，擴(kuò)展端再由MAX232電平變換連接到外部具有串口的測(cè)量設(shè)備上。STC10F04EX的2個(gè)I／O引腳P1．1，P1．0與4052的通道選擇線B、A分別相連，UART2的具體指向由這2條I／O選擇控制。擴(kuò)展的串口只能分時(shí)工作，具體分配見表2。