闾 军，咸爱国

(1.国电南瑞科技股份有限公司 江苏 南京 210044；2.南京东大智能化系统有限公司 江苏 南京 210042)

一种低成本串口服务器的设计

闾 军1，咸爱国2

(1.国电南瑞科技股份有限公司 江苏 南京 210044；2.南京东大智能化系统有限公司 江苏 南京 210042)

文中设计了一种基于STC12LE5A60S2的低成本串口服务器，该串口服务器集成了RS232和RS485总线接口，能够实现串口数据的以太网转发。本文首先介绍了串口服务器使用的前提条件，然后介绍了串口服务器的总体架构、硬件设计、软件设计和配置软件的设计，最后对其实用性做了总结和说明。

STC12LE5A60S2；串口服务器；W5200；RS485

随着网络通信的发展，特别是以其传输速度快、通信距离远和丢包率低等优点，越来越多的用于各种场合的数据传输[1]。然而在工业控制中，例如智能照明、楼宇控制和能源计量等场合，很多设备还是通过RS232或RS485总线进行数据的传输，这些设备由于其数据传输的局限性，无法直接将数据传输给远程服务器。为了能将这些设备的数据传输给远程服务器，本文设计了一种基于STC12LE5A60S2的低成本串口服务器，将串口数据经以太网发出，实现不同通讯方式数据格式的转换，从而完成本地串口与远程服务器之间的数据交换。

1 串口服务器的总体设计

串口服务器的总体结构如图1所示。该串口服务器包含1路RS232接口、1路RS485接口和1个10M/100M自适应的以太网接口，其中以太网接口具有2个端口（Socket），1个端口用于配置串口服务器的相关信息，另一个端口用于与远程服务器通信。由于应用于工业控制场合，为提高串口服务器的抗干扰能力，同时为避免雷击等因素对设备造成的损坏，本文选用的RS232和RS485芯片都采用插拔式的隔离收发模块[2]。用户在使用前，可通过上位机软件设置串口服务器串口和网口的相关信息，这些设置信息将会保存在存储电路中。设置完相关信息后将串口服务器的相关接口与现场设备相连接即可实现串口数据到以太网数据的转发。

图1 串口服务器的总体结构图Fig. 1 Structure diagram of the serial port server

2 串口服务器的硬件设计

串口服务器主要由STC12LE5A60S2、网口电路、RS485隔离电路、RS232隔离电路和存储电路等组成。STC12LE5A60S2是一款高速、低功耗、超强抗干扰的新一代增强型8051单片机，其主要性能如下[3]：

1 )高速：1个时钟/机器周期，速度比普通8051单片机快8-10倍；2)双串口：比普通8051单片机多出一个串口；3)超强抗干扰：可轻松过2万伏静电测试和4K快速脉冲干扰；4)低功耗：正常工作时功耗为2.7mA-7mA；5)内部集成高速SPI接口：可与其他集成SPI接口的芯片通信。

网口电路如图2所示，主要由W5200和对应的外围电路构成。W5200是一款硬件TCP/IP协议的网络控制器，STC12LE5A60S2通过SPI接口即可控制Internet网络连接。W5200的 硬 件 TCP/IP协 议 能 够 支 持 TCP、UDP、IPv4、ICMP、APP、IGMP和PPPoE，同时W5200支持8个独立的端口（Socket）同时工作[4]。串口服务器使用了W5200的2个端口，端口1作为串口服务器的配置端口，用于连接配置软件来配置串口服务器中串口的波特率、数据位、停止位等串口信息以及端口2的网络通信的模式、IP地址、子网掩码、网关等信息；端口2则主要用于与远程服务器之间的数据交换。

图2 网络电路图Fig. 2 Circuit diagram of the network

为了保证串口服务器能够在工业环境下稳定工作，避免雷击、强电等对串口服务器造成的损坏，RS485电路和RS232电路都采用插拔式的隔离收发模块。隔离收发模块选用金升阳的TD301D485H和TD301D232H，它们的传输速率为0～115.2 Kbps、隔离电压可达2 500 VDC[5]。这里STC12LE5A60S2的串口1与TD301D485H相连，串口2与TD301D232H相连，无需其他保护电路即可实现对串口服务器的隔离保护。

存储电路由CAT24WC02构成，存储电路与STC12LE5A60S2的连接电路如图3所示。CAT24WC02是一个2K的串行CMOS EEPROM，其工作电压为1.8～6 V，可保存数据达100年[6]。CAT24WC02主要存储串口波特率、网络端口2的工作模式、IP地址、子网掩码、网关等信息。

图3 存储电路与STC12LE5A60S2连接电路图Fig. 3 Circuit diagram between storage circuit and STC12LE5A60S2

3 串口服务器的软件设计

串口服务器的软件主要包括设备初始化程序、配置信息子程序、存储信息子程序、串口接收转发子程序和网口接收处理子程序等，其总体程序流程图如图4所示。

图4 总体程序流程图Fig. 4 Flow chart of the software design

串口服务器的W5200端口1工作于TCP服务器模式，IP地址为：192.168.1.250，子网掩码为：255.255.255.0，网关为：192.168.1.1，端口号为:12000。其主要用于通过配置软件对串口服务器进行相关配置，其对应的IP地址、子网掩码、网关和端口号不可更改。

串口服务器的W5200端口2用于与远程服务器进行通信，需要对该端口的工作模式、本机IP、子网掩码、网关、本机端口号、目的IP和目的端口号进行设置。串口服务器的初始设置如下：转发RS485接收到的数据，串口波特率为9.6 kbps；以太网口2工作于TCP客户端模式，本机IP地址为：192.168.1.250，子网掩码为：255.255.255.0，网关为：192.168.1.1，本机端口号为：12000，目的IP为：192.168.1.243，目的端口号为:12000。用户根据实际的需求通过配置软件对上述信息进行配置后即可实现串口数据与远程服务器之间的数据交换。

4 配置软件

串口服务器的配置软件采用Qt开发，主要实现对串口服务器转发串口的选择、串口波特率、以太网口2的工作模式、本机IP、子网掩码、网关、本机端口号、目的IP和目的端口号进行配置，配置软件的界面如图5所示。

图5 串口服务器配置工具Fig. 5 Configuration tool of the serial port server

5 结束语

文中详细介绍了基于STC12LE5A60S2的低成本串口服务器的软、硬件设计以及上位机配置软件。由于STC12LE5A60S2功能上完全满足串口服务器的需求，同时价格较为低廉，很大程度上降低了串口服务器的成本。在能源计量的数据转发测试中，轻松实现了将采用dlt645规约的智能电表数据转发到远程服务器，并将远程服务器的下发命令转发给智能电表。该串口服务器能很好地应用于楼宇控制、智能照明和能源计量等串口数据转发的场合，实现串行设备远程数据的传输。

[1] 袁航空,张劲松.基于CS6209的串口服务器/交换机设计研究[J].电视技术,2013,37(3):78-81.

YUAN Hang-kong,ZHANG Jin-song.Study of serial port server/switch based on CS6209[J]. Video Engineering,2013,37(3):78-81.

[2] 王小轶,武少飞.基于ARM的以太网串口服务器研究与开发[J].科技风,2013(2):33.

WANG Xiao-yi,WU Shao-fei.Study of serial port server of ethernet based on ARM[J].Technology Trend,2013(2):33.

[3] MCU Memory. STC12C5A60S2 DataSheet[EB/OL].[2013-06-27].http://pan.baidu.com/share/link?shareid=1613112633&uk=3574 456108&fid=2521770414.

[4] WIZnet.iEthernet W5200 DataSheet[EB/OL]. [2013-07-12].http://www.wiznet.co.kr/sub_modules/en/library/Download.asp/W5200 DataSheet.

[5] MORNSUN.集成隔离电源RS485收发模块[EB/OL]. [2012-10-18].http://www.21ic.com/customery/MORNSON/activity/document/pdf7/TD_D485H_CN.pdf.

[6] 郑锋,王巧芝.51单片机应用系统典型模块开发大全[M].北京:中国铁道出版社,2010.

[7] 王飒，黄若伟，伍俊，等. IEC 60870-5-104规约与IEC61850互相转换通信网关的研究[J]. 陕西电力，2013（10）：76-79.

WANG Sa,HUANG Ruo-wei,WU Jun.Research on communication gateway conversion between IEC 60870-5-104 and IEC 61850 protocol [J]. Shaanxi Electric Power，2013（10）：76-79.

Design of a low-cost serial server

LV Jun1, XIAN Ai-guo2
（1.NARI Technology Development Co.,Ltd.,Nanjing 210044, China；2.SEU INTEL.SYST., Nanjing 210042, China）

This paper described the design of a lower cost serial server based on STC12LE5A60S2, the serial port server integrated RS232 and RS485 bus interface, can realize the serial data to Ethernet forwarding. This paper first introduced the precondition of serial server to use, and then introduced the architecture of the serial port server, the design of hardware, the design of software and the design of configuration software, the practicability is summarized and illustrated.

STC12LE5A60S2; serial port server; W5200; RS485

TN836

A

1674-6236(2014)14-0190-03

2013–10–11 稿件编号：201310051

闾 军(1986—)，男，江苏泰州人，硕士。研究方向：智能仪器、轨道交通。