一种数字千分表数据转发装置设计

杨超 胡旭

摘要    在数量较多的使用情况下，数字千分表的使用过程中出现了两个问题，一是连接不方便的问题，二是通讯速率的问题。本文设计的千分表数据转发装置就是为了解决这两种问题。本文设计的千分表数据转发装置使用STM32系列微控制器设计，将数字千分表的串口输出集中并通过以太网发送给测量计算机，完成了整个数据转发的工作。

【关键词】数字千分表 数据转发 STM32

1 前言

我所目前使用的数字千分表为瑞士丹青SYLVAC229型数显千分表，该数显千分表使用串口RS232通讯方式与测量计算机交互，串口波特率为：4800bit/s，7个数据位2个停止位和偶校验方式。每一个千分表都需要连接一根串口通讯线与测量计算机相连，这就存在着两个问题：首先由于瑞士丹青提供的串口通讯线长度有限（10米），所以测量计算机必须放置在试验现场附近;其次是由于计算机本身自带的串口数量有限，多个千分表同时使用时，需要使用串口扩展装置，比如USB转串口盒，或者MOXA多串口板卡，这两种方式或者需要在计算机外部增加设备连线，或者需要在计算机PCI插槽上增加板卡，这两种方式都给使用过程增加了不少工作量。其次瑞士丹青提供的上位机软件并且软件在测量过程中使用串行方式，多个千分表在测量过程中是按照一发一收的方式依次操作每一个千分表，实测二十个千分表测量一次需要的时间近2秒钟，对于测量速度和同步性要求较高的情况，这样的时间延迟的不能满足要求的。在基于以上两种问题的基础上，本文提出了一种数字千分表数据转发装置的设计。

2 硬件设计说明

数字千分表数据转发装置的主要设计思路，是将多个千分表经过串口通讯线缆连接在同一个转发装置上，转发装置再通过以太网与测量机相连。目前设计每一个转发装置可以连接四个数字千分表，多个千分表同时使用时可以多个转发装置同时接在交换机上，每一个转发装置具有不同的IP地址。结构图如图1所示。

这样设计主要可以解决三个问题：

（1）可以解决测量速度的问题：在本文设计的转发装置中，对于千分表测量的操作是使用并行的方式，大大缩短了多个千分表同时测量时的时间延时。

（2）可以解决多个千分表连线繁琐的问题：多个千分表同时使用时，串口通讯线缆与转发装置连接，而无需与计算机连接。转发装置安装在试验件附近，从而测量计算机可以布置在任意位置并且计算机无需安装多串口板卡或者外置USB转换设备，大大减少了试验现场的工作量。

（3）可以解决千分表测量数据与其他测量数据融合的问题：通过转发装置，千分表测量数据按照其它测量数据格式发送给测量计算机，每一次测量数据就可以自动的同步记录在一起，最后无需再经过人工处理。

千分表数据转发装置使用两个MAX3232串口电平转换芯片，将千分表使用的RS232电平转换为STM32F107VC芯片使用的TTL电平，STM32F107VC芯片再将从串口读取的千分表数据打包通过以太网发送给测量计算机。转发装置的硬件设计图如图2所示。

3 软件设计说明

本设计中数据转发装置软件部分流程图如图3所示。

千分表数据转发装置在启动之后首先进入初始化流程，对网络及串口等外设进行初始化，确定串口连接的千分表数目，然后进入以太网指令接受循环中。在收到上位机发送的千分表数据采集指令后，首先记录数据格式，这个格式是上位机发送下来的与其他测量设备数据格式兼容的，接下来对通过串口对所有连接的千分表发送数据采集指令，在等待千分表测量完成后统一回收数据，最后按照所记录的数据格式，将所有数据进行打包并通过以太网发送至测量计算机，重新回到等待下一次测量指令的循环中。

4 总结说明

千分表数据转发装置目前已经在我单位的试验中广泛使用，其使用的便捷性和稳定性很大程度的提高了试验的效率。目前转发装置受限于STM32F107VC芯片的串口資源并且按照使用习惯只设计了四个串口，后期可根据使用需求模拟串口外设，增加转发装置的串口接入量。另外可以根据实际实验中使用到的测量仪器增加转发装置可以连接的外部设备的种类，将所有能用到的特殊测量设备整合进我们目前使用的测量系统中，进一步提高实验效率。

参考文献

[1]杜春雷.ARM体系结构与编程[M].清华大学出版社，2003.

[2]周立功等.ARM嵌入式系统实验教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.