基于树莓派的多串口多总线服务器设计

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1、基于树莓派的多串口多总线服务器设计关键字：树莓派 串口服务器 Linux 工业控制中，各设备的信号采集和监控只靠串口总线难以实现扩展，要将现场控制网络和信息网络相连，就需要解决串口通信协议和因特网通信协议的转换问题，即把原有设备转换为具备网络接口的外设，这样可以将传统串行链路上的数据传输到信息网络上，而无需更换原有设备。如此，可以提高原有设备利用率、增加多终端连接数、节约成本、简化布线的复杂度及延长通信距离。近年来，因信息化和物联网发展的需要，串口服务器大量涌现，它们不占用主机资源，且具有终端服务器的功能。不过，设备体积庞大、价格昂贵、串口不易裁剪或扩展、传输大量数据帧时丢包、

2、参数配置繁杂等问题也随之出现。本设计采用的串口服务器的核心设备——树莓派，是一款体积小、价格便宜但功能非常强大的平台，可通过多种通信方式接入互联网，支持多种完整网络协议，结合USB—hub及USB/串口转换器使用，可保证串口服务器使用方便，并实现实时、准确、长时间稳定的数据传输。请参考：想要了解最新的USB接口技术，请点击这里下载白皮书。1总体设计根据当今工业现场数据传输需求，应具备的技术指标和设置参数如下。1.1技术指标①主控芯片：32位700MHz的ARM1176JZF—S处理器;②操作系统：Linux;③支持协议：TCP/IP、UDP、HTTP、FTP;④网络接口：10/

3、100Mbps自适应以太网接口;⑤串口类型：1～16个RS232/RS485/RS422接口，1个TTL电平串口;⑥参数配置方式：WEB浏览器配置;⑦会话数：支持多连接，满足5个以内用户同时管理一个模块设备;⑧工作模式：TCP客户端、TCP服务器、UDP广播模式;⑨指示灯：电源指示灯、通信指示灯;⑩供电电压：5V。1.2设置参数该设备选择WEB浏览器设置方式，内置WEB服务器，用户可进行IP地址、串口通信参数、工作模式等的管理和配置。以下主要介绍串口通信和工作模式参数的设置。(1)串口通信参数①波特率为2400～115200bps;②数据位为6/7/8/9;③校验位为None/

4、Even/Odd;④停止位为1/1.5/2;⑤成帧长度为1～15000字节;⑥成帧间隔为30～500位。其中，成帧长度指每一帧接收数据的长度，接收端缓冲区一旦接收到该长度的数据就转发出去;成帧间隔就是所谓的串口超时，超时时间T(s)、成帧间隔N(位)、波特率B(b/s)的关系如下。一旦超时，不管已有数据长度是不是达到成帧长度，接收端缓冲区就将已有数据组帧转发出去。T=N/B(1)(2)工作模式参数①单个串口支持会话数为1～5个，每个会话模式间相互独立;②TCP服务器模式为绑定端口范围为1025～65535;③TCP客户端模式为需配置目标服务器IP、端口及自动重连时间，其中自动重

5、连时间指网络连接中断或者服务器异常时，重新发起主动连接的时间间隔，循环自动重连直到正常连接上为止;④UDP广播模式为需配置本地端口、目标服务器IP和目标端口。2硬件设计此串口服务器根据以上指标选用最新的树莓派、USB—hub及北京世纪联信公司生产的USB/四串口转换器组合而成。2.1硬件结构组成串口服务器硬件结构组成如图1所示，树莓派具有两个USB接口、一个TTL串口及一个10/100MHz自适应以太网接口。一个USB接口通过USB—hub和n(可据情况选择，最多时n=4)个USB/串口转换器扩展出4n个RS232/RS422/RS455串口，另一个可外接无线USB网卡，从而实

6、现局域网或广域网中有线或无线数据传输。图1硬件结构框图2.2树莓派简介树莓派(RaspberryPi)是一款基于Linux系统的只有一张信用卡大小的单板计算机，配备一枚博通生产的700MHzARM架构BCM2835处理器，512MB内存，使用SD卡当作存储介质，操作系统采用开源的Linux系统，提供并支持Python作为主要编程语言。2.3USB—hub简介USB—hub(USB集线器)是一个将多个USB设备连接到计算机上的USB接口或另一个USB集线器上某时候，它们都来自于主板内部一个或者两个主USB接口，而不是相互独立的硬件。一个USB接口、一个USB集线器和若干个外围设备

7、可以构建一个USB网络。本系统选用的USB—hub由一个USB接口扩展出4个USB接口。2.4USB/串口转换器简介USB/串口转换器选用北京世纪联信LENSYS—USB2COM-4模块。它是一种导轨安装式串口扩展模块，实现了用USB口扩展4串口的功能，可以通过USB快速扩展四个计算机串口，通过拨码开关设定RS232/422/485接口方式，还可以实现4个RS232转4个RS422/485的功能。通过该模块能够可靠、实时、便捷地完成工业现场RS232/485/422信号的传输和转换，广泛应用