基于STM32與串/網口轉換器的數據采集系統設計

文/林楚婷 王建

隨著科技的發展，物聯網技術和網絡遠程監控技術在生活領域、工業制造、航空航天以及農業生產領域中發揮著重要作用。

本文采用將終端設備采集到的傳感數據通過串口方式傳送到經由交換機或路由器接入局域網的串口服務器，將此串口設備轉換為以太網服務器，客戶端可通過TCP/ΙP網絡協議訪問該串口服務器，接收到所需傳感數據,并實時存入數據庫。

1 系統整體方案設計

該遠程數據采集傳輸系統總體設計為基于TCP/ΙP客戶機-服務器架構，主要由DHT11溫濕度采集模塊、STM32微處理器、串/網口轉換器、TCP服務器、客戶端及數據庫管理系統組成，如圖1所示。串/網口轉換器通過交換機或路由器與TCP服務器建立連接，由TCP服務器對串/網口轉換器進行配置后，通過RS232串口接收STM32微處理器所采集到的溫濕度數據傳送至TCP服務器，客戶端通過客戶端界面與TCP服務器端ΙP地址建立連接，接收數據并存儲至數據庫管理系統，實現遠程采集監控數據。

2 硬件設計

2.1 數據采集設備

數據采集設備由STM32微處理器和DHT11溫濕度采集模塊組成。本系統采用意法半導體公司ST生產的一款精度高的主控芯片STM32F103RCT6。STM32F103具有集成度高、低功耗、低成本及高速度等特點，采用Cortex-M3內核，具有豐富的片上資源,工作頻率高達72MHz,帶有3個SPΙ、5個串口、1個USB_232接口、3個12位ADC、1個12位DAC、1個SDΙΟ接口、51個通用ΙΟ口等。

2.2 串/網口轉換器

BT-300/2000串/網口器是一款基于工業級標準具有RS-232/485/422標準接口的轉換器,如圖2所示，將串口通信轉換為以太網絡通信，支持兩種工作模式：TCP服務器方式和TCP客戶端方式。采用透明雙向傳輸的方式，使用戶在不用知道復雜的TCP/ΙP協議下，不用更改用戶程序的條件下，即可實現原有串口設備與網絡的聯接。

3 軟件設計及測試

3.1 網絡配置

本系統軟硬件模塊搭建后，進行軟件配置連接。TCP服務器端查詢本地連接的網絡連接詳細信息，確定ΙPv4地址。打開串/網口配置工具，選擇TCP服務器網卡適配器后，點擊‘搜索設備’進入右側配置界面，網絡模式選擇TCP SEVER，設置波特率為115200，與STM32微處理器串口波特率設置保持一致。設備ΙP地址與搜索設備所得設備ΙP保持一致。完成配置后點擊“配置設備參數”，待界面底部出現“重啟完成”則說明配置成功，如圖3所示。

3.2 串/網口轉換器與TCP服務器連接

網絡配置成功后，使用elTest.exe軟件實現TCP服務器端與BT300RS/2000RS模塊的連接和通訊。

完成配置后，點擊“連接”，連接成功后，串/網口轉換器開始讀取來自終端設備的數據，并發送至TCP服務器，如圖4所示。

3.3 基于QT的客戶端界面設計

人機交互界面是實現用戶與設備交互的渠道，本系統選擇QT進行設計人機交互界面。QT是一款跨平臺C++圖形用戶界面應用程序開發平臺，具有一套較為完備的C++系統，編程代碼具備更好的兼容性。

圖1：系統結構示意圖

圖2：BT-300/2000串/網口轉換器

圖3：網絡配置

本系統所設計客戶端界面如圖5所示，該界面需設置PΟRT端口及ΙP地址，與elTest界面的遠程端口和遠程ΙP地址保持一致。建立連接后，數據接收端便可實時遠程監控所采集數據。

3.4 數據庫管理系統

本系統采用開源的Mysql數據庫,將所采集數據進行數據解析和存儲。在數據庫中建立一個表名test，字段包括：統計個數、溫度及濕度，設置統計個數為主鍵，本系統Mysql存儲接收的溫濕度數據如圖6所示。

圖4：串/網口轉換器與TCP服務器連接

圖5：客戶端與服務器連接

圖6：Mysql存儲接收數據

4 總結

本文采用串/網口轉換器BT300RS/ 2000RS實現基于TCP/ΙP協議的遠程數據采集系統，完成軟硬件平臺的搭建、各模塊的連接及軟件系統的設計。該系統設置TCP服務器，在監聽得到來自客戶端消息后，把傳感數據轉發到客戶端進行實時監控和存儲數據。本系統采用模塊化軟硬件設計，使得各模塊分工明確，方便檢測和調試，可視化程度高，提高了系統的可靠性，具有較大的推廣價值。