基于STC10F04EX的多串口數據收發(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據通過串口向外傳送。如果在現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，現場接收采集的數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。
用多串口數據收發(fā)控制系統(tǒng)取代計算機安置于監(jiān)測現場，將來自于不同設備的數據進行初步整合，再通過無線方式向遠離現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，但是接口參數不盡一致，傳送的數據格式也差別極大(見表1)。

這些位于水體現場的測試設備，需要及時地將測量數據傳遞給遠端的中央控制室。

2 多串口數據收發(fā)控制系統(tǒng)
2．1 多串口數據收發(fā)控制系統(tǒng)工作原理
多串口數據收發(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據，又能起到數據中繼的作用，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 多串口數據收發(fā)控制系統(tǒng)硬件組成
多串口數據收發(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。