利用Nport Express实现单片机的接入网络

1 引言

单片机传输数据有两种方式：串行和并行。并行传输只能应用于近距离的通信，而对于大部分单片机测控系统来说，分布范围广，距离中央处理机远，因此只能采用串行传输。串行传输需要经过电平转换，一般有两种方案：RS-232标准，RS-485标准。第一种标准的最大传输速率为20kb/s，最大传输距离为15m，而RS-485最大传输速率为10Mb/s，最大传输距离为1200m，超出这个范围，由于干扰信号的叠加和传输信号的衰减，误码率将大大增加 。那么如何实现远距离的测控和数据传输呢？利用Nport Express把单片机接入因特网，使数据通过网络传输，则可以很好地解决远程通信的问题。本文就如何利用Nport Express实现S2E（串行口到以太网）进行了细致的讨论。

2 Nport Express简介

Nport Express是由台湾（MOXA）摩莎技术有限公司设计生产的单片机网络接入设备，它有两个端口，一个是RS-232或RS-485电平的输入接口，另一个是网络接口，内部进行TCP/IP封装，对用户来说是完全透明的。其主要特点如下：

（1）体积只有手掌大小，安装调试方便，自动检测10/100M bps以太网端口；

（2）接入口支持RS-232/422/485标准，提供宽泛的主机与远程串行口的Internet/Intranet连接；

（3）支持多个主机共享一个服务器或串行端口；

（4）适用于Windows NT/95/98/ME/2000等操作平台，参数配置直观方便；

（5）接入网络安全可靠，并有相应的控制保障措施，串行口最大速率可达230.4k bps。

3 对NportExpress的参数设置

虽然Nport Express对以太网的连接是一种虚连接，而Windows操作系统会把它的串行接入口当作一个真实存在的物理接口。这个接口完成的不仅仅是数据的接收发送，而且包括RTS，CTS，DTR， DSR， DCD等控制信号的传送。Nport Express支持多种协议：ARP， UDP， TCP， ICMP， Telnet/Rtelnet和DHCP。 TCP 确保了数据的准确传输并提供了自动纠错功能，而IP完成数据块的寻址和路由。在安装和使用Nport Express之前，应对Nport Express的基本参数进行设置。

3.1 参数设置界面的打开

只有获得Nport Express的实际IP地址，才可以打开它的参数设置界面。IP地址由四个字节组成，是Nport Express在网络中的身份证。由于接入网络方式的不同，如局域网接入或通过Modem 拨号上网，IP地址会有所不同，而且每次接入网络时， Nport Express获得的IP地址也可能不同。为了获得Nport Express的实际IP地址，首先运行Nport Monitor，打开Nport Monitor界面，然后运行Configure，Search，则可以查到Nport Express的实际IP地址。然后从“开始”菜单，选择“运行”，输入“telnet 192.168.127.254”（此值为缺省值），当Nport Express所获得的实际IP地址与此不同时，应输入实际IP地址，就可以实现S2E的连接了。

当Telnet窗口打开后，输入1选择ansi/vt100 为控制终端类型，回车后，会出现Telnet的主控界面，在此进行Nport Express各项参数的设置。打开后的主界面如图1所示。

3.2 Nport Express运行模式的设置

Serverconfig是对Nport Express服务器的名称、IP地址、子网掩码、网关的设置进行验证，本项菜单无法改动，也无须改动。 Nport Express有三种运行模式：基于主机连接模式，对等连接模式和自然连接模式。由于自然连接模式是利用TCP/IP协议实现异步串行口的网络接入，可实现与局域网或广域网的连接，使用者可以方便的打开异步串行口，从远程主机上读写原始数据，并实现对异步串行口的远程控制，本文选用这种模式，即RAW-Connection Mode（自然连接模式）。

有两种传送模式可供选择，即TCP模式与UDP 模式。它们的比较见表1。

Op-mode菜单项的第一个子菜单可以实现对连接方式的设定。从表1可以看出，TCP模式是一种面向连接的传送方式，在传送数据前，通信双方必须都收到对方的回应信号才能启动数据的传输，因而占用了大量的时间用来完成握手信号的传送，但相对于UDP来说，数据传送的安全性较高。而UDP模式是一种快速存取数据的通信方式，通过UDP的特性，Nport Expres可同时接收或发送数据给多台设备，且不需要重新建立联机，节省联机的时间，加快数据传送的效率，对于实时性要求较高的系统，一般选用这种方式，本文的实验中也选择了 UDP模式。经过比较，决定选用RAW Connection(UDP Server/client)。
 

3.3 可寻址的IP地址范围及端口号的设置

Op-mode还可对收发数据的客户机或服务器的 IP地址范围号和端口号进行设定，这一菜单项特别重要，关系到数据收发的成败，需要仔细设置。

3.3.1 IP地址范围的设置

需要对（S2E）和(E2S)的可寻址IP范围进行设定，它决定了可进行数据交互的网络端计算机和Nport Express的IP地址范围， 这个参数是绝对重要的，数据的往来都是以它为目标进行寻址的，必须对它进行合理的设定。需要进行交互的计算机IP地址一定要包含在内，如果一项设置包含的IP地址太多，而中间有很多IP地址并不需要交互，可以把IP地址范围分段设定，最多可以分为四段。

3.3.2 端口号的设置

端口号分为远程端口号和本地端口号. 无论TCP还是UDP连接方式，数据报都是根据IP地址和端口号达到目的地的，在使用时可以为Nport Express设定一个合适的端口号，即远程端口，一般可自由设定。本地端口指的是要与Nport Express进行数据交互的网络终端计算机的端口号，它的设定以不与计算机外设的缺省端口号冲突为原则。只有IP地址在可寻址范围内，且本地端口号与Nport Express的设定相一致的网络终端计算机才能实现与Nport Express的数据交互。[!--empirenews.page--]

3.4 串行口参数的设置

第三个菜单项SerialPort为串行口的设置，包括波特率、奇偶校验、数据位、流控等参数的设置，这些参数的设置必须和单片机的串口传送参数相一致，否则，数据将不能被正确的收发。

3.5 利用Monitor 菜单项监控数据的收发

Monitor是另一个比较重要的菜单选项，从这个窗口中，我们可以检查串行口参数的设置情况，其中的两个参数TX、RX比较重要，显示了Nport Express的收发数据量，从而也为我们判断Nport Express是否工作正常提供了依据。

4 单片机接入

以上对Nport Express的参数进行了比较详尽的设置，作为单片机接入网络的关键设备，Nport Express起到了一个单片机网卡的作用，它是串行口数据往来的通道，而单片机作为现场设备检测控制装置，是实现数据交互的门户。利用单片机采集各种数据，并从串行口发出，当然电平转换必不可少，如利用MAX232或HIN232CP芯片，转换成232电平，接入Nport Express的串行口输入口。其中，关键之处在于单片机波特率和握手协议的设定，一定要与Nport Express相一致，才能实现数据的正确传输 。单片机的初始化与收发程序分别如下：

单片机的波特率设定为9600 bps，数据的收发采用中断方式，当单片机收到网络端发来的控制命令时便可触发执行相应的操作，实现远程监控的目的。其原理图如图2所示。

图2  单片机远程监控原理图

5 网络端编程

5.1 网络控件的选择

为完成数据的采集处理和对单片机的控制，需要在客户机或终端服务器设计一软件平台，实现客户机与Nport Express通过以太网的交互。Nport Express驱动模式支持的开发语言很多，如VC，VB，Delphi， C等。因为VB操作界面简单，串行通信与网络接入控件使用方便，故此选择VB编写前台控制程序。VB中有三个internet控件：internet Transfer， webBrowser， WinSock，都是ActiveX控件，可以用来实现每一层Internet 通信的访问。

在VB中利用Winsock控件，可以为两个或多个Internet节点建立连接并使之交换数据。对用户来说，Winsock控件是不可见的，它提供了访问 TCP和UDP网络服务的方便途径，编写客户或服务器应用程序时，可不必了解TCP的细节或调用低级的Winsock APIs。通过设置控件的属性并调用其方法就可以连接到一台远程机器上，并且还可双向交换数据。

5.2 Winsock的属性设置

Winsock的属性主要有以下四个：

(a) Protocol ，返回或设置Winsock空间所使用的协议，本文选用UDP；

(b)RemoteHostIP，远程主机IP地址，本文中即Nport Express的实际IP地址；

(c)RemotePort， 要连接的远程端口号，要与Nport Express的设置相一致；

(d)LocalPort， 本地端口，即与Nport Express进行数据交互的计算机端口号，可自由设定，但要与Nport Express中的设置值相一致。

5.3 利用Winsock实现数据的收发

调用Winsock的SendData方法，可以发送数据到网络，经Nport Express传输到单片机，实现前台对现场设备的远程控制，最简单的调用方法如：

Private Sub Timer1_Timer()

Winsock1.SendData (Text1.Text)

End Sub

由一个时钟控件触发Winsock控件的SendData 方法，实现数据向网络的传输，并经Nport Express，传送到单片机，实现控制命令的传送，当然也可以由其他事件触发。

调用GetData方法，可获得单片机发送到网络上的数据流，这个方法一般在Winsock的DataArrival事件中使用。例如，一段数据接收程序如下：

Private Sub Winsock1_DataArrival (ByVal bytesTotal As Long)

Dim strdata As String

Winsock1.GetData strdata， vbString

List1.AddItem strdata

End Sub

则单片机发出的数据流将自动添加到列表框中。值得特别注意的一点是，必须对Winsock的Bind属性赋予合理的初值，并且要与Nport Express的本地端口值一致。数据的具体处理涉及到很多方面的内容，如通信协议的制定，低层数据库的建立与数据更新等，在此不一一累述。

6 结束语

以太网作为IT产业的主要通信骨干，已是众所周知的事实，并且在与人类生活息息相关的信息产业上得到了大量应用，面对这股网络化的潮流，身为所有产业基础建设的工业自动化系统，也应广泛的应用TCP/IP以太网作为系统通信界面，提高系统自动化的能力。利用摩莎公司的Nport Express产品实现单片机接入以太网，达到了远程测量和控制的目的，简单易用、成本适中、效果明显是串行通信网络化的一种可行的方案。