一種數字千分表數據轉發裝置設計

楊超 胡旭

摘要??? 在數量較多的使用情況下，數字千分表的使用過程中出現了兩個問題，一是連接不方便的問題，二是通訊速率的問題。本文設計的千分表數據轉發裝置就是為了解決這兩種問題。本文設計的千分表數據轉發裝置使用STM32系列微控制器設計，將數字千分表的串口輸出集中并通過以太網發送給測量計算機，完成了整個數據轉發的工作。

【關鍵詞】數字千分表 數據轉發 STM32

1 前言

我所目前使用的數字千分表為瑞士丹青SYLVAC229型數顯千分表，該數顯千分表使用串口RS232通訊方式與測量計算機交互，串口波特率為：4800bit/s，7個數據位2個停止位和偶校驗方式。每一個千分表都需要連接一根串口通訊線與測量計算機相連，這就存在著兩個問題：首先由于瑞士丹青提供的串口通訊線長度有限（10米），所以測量計算機必須放置在試驗現場附近;其次是由于計算機本身自帶的串口數量有限，多個千分表同時使用時，需要使用串口擴展裝置，比如USB轉串口盒，或者MOXA多串口板卡，這兩種方式或者需要在計算機外部增加設備連線，或者需要在計算機PCI插槽上增加板卡，這兩種方式都給使用過程增加了不少工作量。其次瑞士丹青提供的上位機軟件并且軟件在測量過程中使用串行方式，多個千分表在測量過程中是按照一發一收的方式依次操作每一個千分表，實測二十個千分表測量一次需要的時間近2秒鐘，對于測量速度和同步性要求較高的情況，這樣的時間延遲的不能滿足要求的。在基于以上兩種問題的基礎上，本文提出了一種數字千分表數據轉發裝置的設計。

2 硬件設計說明

數字千分表數據轉發裝置的主要設計思路，是將多個千分表經過串口通訊線纜連接在同一個轉發裝置上，轉發裝置再通過以太網與測量機相連。目前設計每一個轉發裝置可以連接四個數字千分表，多個千分表同時使用時可以多個轉發裝置同時接在交換機上，每一個轉發裝置具有不同的IP地址。結構圖如圖1所示。

這樣設計主要可以解決三個問題：

（1）可以解決測量速度的問題：在本文設計的轉發裝置中，對于千分表測量的操作是使用并行的方式，大大縮短了多個千分表同時測量時的時間延時。

（2）可以解決多個千分表連線繁瑣的問題：多個千分表同時使用時，串口通訊線纜與轉發裝置連接，而無需與計算機連接。轉發裝置安裝在試驗件附近，從而測量計算機可以布置在任意位置并且計算機無需安裝多串口板卡或者外置USB轉換設備，大大減少了試驗現場的工作量。

（3）可以解決千分表測量數據與其他測量數據融合的問題：通過轉發裝置，千分表測量數據按照其它測量數據格式發送給測量計算機，每一次測量數據就可以自動的同步記錄在一起，最后無需再經過人工處理。

千分表數據轉發裝置使用兩個MAX3232串口電平轉換芯片，將千分表使用的RS232電平轉換為STM32F107VC芯片使用的TTL電平，STM32F107VC芯片再將從串口讀取的千分表數據打包通過以太網發送給測量計算機。轉發裝置的硬件設計圖如圖2所示。

3 軟件設計說明

本設計中數據轉發裝置軟件部分流程圖如圖3所示。

千分表數據轉發裝置在啟動之后首先進入初始化流程，對網絡及串口等外設進行初始化，確定串口連接的千分表數目，然后進入以太網指令接受循環中。在收到上位機發送的千分表數據采集指令后，首先記錄數據格式，這個格式是上位機發送下來的與其他測量設備數據格式兼容的，接下來對通過串口對所有連接的千分表發送數據采集指令，在等待千分表測量完成后統一回收數據，最后按照所記錄的數據格式，將所有數據進行打包并通過以太網發送至測量計算機，重新回到等待下一次測量指令的循環中。

4 總結說明

千分表數據轉發裝置目前已經在我單位的試驗中廣泛使用，其使用的便捷性和穩定性很大程度的提高了試驗的效率。目前轉發裝置受限于STM32F107VC芯片的串口資源并且按照使用習慣只設計了四個串口，后期可根據使用需求模擬串口外設，增加轉發裝置的串口接入量。另外可以根據實際實驗中使用到的測量儀器增加轉發裝置可以連接的外部設備的種類，將所有能用到的特殊測量設備整合進我們目前使用的測量系統中，進一步提高實驗效率。

參考文獻

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