基于树莓派的多串口多总线服务器设计.pdf

在现代工业控制领域，设备的信号采集和监控往往面临诸多挑战。传统的串口总线因其扩展性限制难以满足日益增长的工业现场控制网络的需求。随着信息化和物联网技术的发展，如何将现场控制网络与信息网络有效连接成为了一个亟待解决的问题。这就需要通过技术手段解决串口通信协议与因特网通信协议之间的转换问题，使得原本仅支持串行通信的设备可以通过网络接口进行通信。 在此背景下，树莓派因其小巧的体积、低廉的成本和强大的功能成为了工业控制领域的一个重要解决方案。树莓派能够通过多种通信方式接入互联网，并支持多种网络协议，这使其成为一个功能强大的核心设备。结合USB-hub和USB/串口转换器，树莓派可以方便地实现串口服务器的搭建，使得数据传输更加稳定、实时且准确。 本设计提出的多串口多总线服务器，其主要技术指标包括： 1. 主控芯片：采用的是32位700MHz的ARM1176JZF-S处理器，确保处理速度和性能。 2. 操作系统：运行Linux系统，保证了开源性和高稳定性。 3. 支持协议：包括TCP/IP、UDP、HTTP、FTP等，确保了通信协议的广泛兼容性。 4. 网络接口：配备10/100Mbps自适应以太网接口，支持局域网或广域网的有线连接。 5. 串口类型：支持1至16个RS232/RS485/RS422接口及1个TTL电平串口，适应不同设备和场合的需要。 6. 参数配置方式：利用WEB浏览器进行配置，方便用户管理和设置。 7. 会话数：支持5个用户同时管理一个模块设备的多连接，提高了操作的灵活性。 8. 工作模式：支持TCP客户端、TCP服务器、UDP广播模式，提供了多种数据传输方式。 9. 指示灯：设有电源指示灯和通信指示灯，便于监控设备的运行状态。 10. 供电电压：5V，适用于大多数工业环境。 在硬件设计方面，树莓派具备两个USB接口、一个TTL串口和一个自适应以太网接口。其中一个USB接口连接USB-hub和USB/串口转换器，可外接多达4n个串口，以扩展更多的RS232/RS422/RS455串口。另一个USB接口可连接无线USB网卡，支持有线和无线数据传输。 串口通信参数的设置包括波特率、数据位、校验位、停止位、成帧长度及成帧间隔等。这些参数的设置决定了数据包的传输和接收方式。例如，成帧长度指定了每一帧数据的接收长度，接收端缓冲区一旦接收到相应长度的数据，就会立即转发出去。成帧间隔则涉及串口超时的设置，与波特率、成帧间隔位数有关。 工作模式参数涉及串口服务器的工作方式，包括支持的会话数、TCP服务器和客户端模式的端口范围、自动重连时间等。其中，TCP客户端模式下，设备在连接中断或服务器异常时会自动重连，直至恢复正常状态。 利用树莓派与相关硬件组件搭建的多串口多总线服务器，不仅可以提高原有设备的利用率，还能简化布线的复杂度、增加多终端连接数、节约成本，并能延长通信距离。这一设计满足了工业控制现场对数据传输能力、实时性和稳定性等的高要求。