基于STC10F04EX的多串口數(shù)據收發(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)字化設備、測量儀器都具有串行接口。這些設備可以方便地與PC、PLC等控制器連接進行數(shù)據交換，從而組成一個測試檢測／監(jiān)測系統(tǒng)。
目前安裝在江、河、湖等水體現(xiàn)場的不同種類的水環(huán)境監(jiān)測設備，通過采集水樣，周期性地生成一組數(shù)據通過串口向外傳送。如果在現(xiàn)場需配置一臺或多臺PC，既不經濟，又難以維護。本文介紹的基于單片機的多串口數(shù)據收發(fā)控制系統(tǒng)，可以同時連接多臺不同類型的水質監(jiān)測設備，現(xiàn)場接收采集的數(shù)據并通過無線模塊向遠端控制中心傳遞，轉發(fā)傳送的距離約為3 000 m，遠遠大于直接的RS 232互連。多串口數(shù)據收發(fā)控制系統(tǒng)不同于多串口卡，可以脫離計算機獨立工作，是計算機串口擴展、延伸的一種全新方法。
用多串口數(shù)據收發(fā)控制系統(tǒng)取代計算機安置于監(jiān)測現(xiàn)場，將來自于不同設備的數(shù)據進行初步整合，再通過無線方式向遠離現(xiàn)場的中央控制室進行傳送，則監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性、實時性、易維護性都大為增強。

1 水質監(jiān)測系統(tǒng)的構成
本文所提及的水質監(jiān)測系統(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)據格式也差別極大(見表1)。

這些位于水體現(xiàn)場的測試設備，需要及時地將測量數(shù)據傳遞給遠端的中央控制室。

2 多串口數(shù)據收發(fā)控制系統(tǒng)
2．1 多串口數(shù)據收發(fā)控制系統(tǒng)工作原理
多串口數(shù)據收發(fā)控制系統(tǒng)，以單片機STC10F04EX為控制核心，擴展出多個全雙工異步串行口(UART)，用以同時連接多個外部串口設備。該系統(tǒng)既可獨立地與所連接的設備交換數(shù)據，又能起到數(shù)據中繼的作用，將來自上位端的命令傳遞到指定的串口設備上，或將接收到的來自不同串口設備上的數(shù)據經過初步整理后發(fā)送到上位端。
由于要連接多個下位端執(zhí)行設備，但STC10F04EX的獨立UART只有一個，因此，必須對該單片機的UART進行擴展，才能連接多臺串口設備。經過擴展的各路UART不能同時工作，必須在I／O的配合下選擇對應通道分時工作。
被監(jiān)測的對象所發(fā)生的變化是個緩變過程，監(jiān)測系統(tǒng)中的各個分析儀器所要傳送的數(shù)據量有限，并且接收端大部分時間處于等待階段，控制程序在設計時已充分考慮到數(shù)據的銜接和每種設備的采樣和轉換周期。因此，分時連接不會造成數(shù)據丟失導致失準，可以滿足監(jiān)測要求。
圖1顯示了多串口收發(fā)控制系統(tǒng)的結構框圖以及與3個外部串口設備的連接。該系統(tǒng)既可以將接收到的數(shù)據通過無線方式對外發(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)據收發(fā)控制系統(tǒng)硬件組成
多串口數(shù)據收發(fā)控制系統(tǒng)，采用型號STC10F04XE的單片機為控制核心，外加7279A鍵盤及數(shù)碼管驅動電路，TTL-RS232電平轉換電路MAX
232，4052雙4選1模擬開關，無線收發(fā)模塊等組成。
STC11F04XE的單片機，以8051為內核，并具有以下鮮明特點：抗干擾能力強，1T周期CPU，獨立波特率發(fā)生器，2個可切換串口，在系統(tǒng)可編程(ISP)，片上擴展XRAM等。
單片機STC10F04EX的UART可在P1口的P1．6／P1．7(UART2)和P3口P3．0／P3．1(UART1)間切換，可以分時當2個串口使用，這為調試系統(tǒng)和擴展串口帶來了方便。由于該系列單片機支持在系統(tǒng)可編程(ISP)，因此系統(tǒng)中的UART1通過電平轉換電路，直接連接到PC機的一個串口上,用于對單片機的程序下載和調試。單片機正常工作時，可將串口設置在UART2上。
采用雙4選1模擬開關4052，將單片機的UART2擴展為4路。其中，單片機端的RxD／TxD分別接到4052的公共端，擴展端再由MAX232電平變換連接到外部具有串口的測量設備上。STC10F04EX的2個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。擴展的串口只能分時工作，具體分配見表2。