基于CAN-bus網(wǎng)絡(luò)的虛擬串口

在工業(yè)串行通訊領(lǐng)域中，RS-232與RS-485都是會被經(jīng)常用到的數(shù)據(jù)傳輸標準之一。例如，普通PC一般會提供1～4個標準RS-232端口，分別被標注為COM1～COM4端口。用戶可以通過這些現(xiàn)成的RS-232端口連接外部設(shè)備，比如鍵盤、IC讀卡器、條碼閱讀器、數(shù)字化儀、打印機、數(shù)據(jù)記錄儀，或者由用戶自己定制的串行通訊儀器，等等。操作或編程這些標準的COM端口也是非常方便的，因為市場上有眾多的串口軟件調(diào)試工具可供通訊測試，也有功能齊全的DLL程序開發(fā)庫可供編程時調(diào)用。

但是，傳統(tǒng)RS-232串行通訊存在著數(shù)據(jù)可靠性、通訊距離、端口數(shù)量等多個方面的限制。例如，在工業(yè)控制等現(xiàn)場環(huán)境中，常會有電氣噪聲干擾傳輸線路，使用RS-232通訊時經(jīng)常因外界的電氣干擾而導致信號傳輸錯誤；其次，在不增加緩沖器的情況下，RS-232通訊的最大傳輸距離只可以達到15米；還有，同1個RS-232端口只能夠連接1個RS-232通訊設(shè)備。上述因素大大限制了RS-232通訊的應(yīng)用領(lǐng)域。

本文介紹了一種簡單、可靠的方法，通過利用ZLGCAN接口卡、CAN232MB轉(zhuǎn)換器等設(shè)備，可以在1條普通雙絞線上連接多達2048個RS-232設(shè)備，通訊距離可以長達10公里甚至更遠的距離。

下面，先介紹實現(xiàn)遠程RS-232通訊的設(shè)備驅(qū)動軟件：虛擬串口服務(wù)器，即VCOM服務(wù)器。虛擬串口服務(wù)器是一款專用的配置工具；運行此服務(wù)器軟件，即可以在同一臺PC上安裝一個或多個虛擬串口，虛擬串口的數(shù)目可以多達2048個。這些虛擬串口可以同真實串口執(zhí)行完全一致的操作；實際上，通過普通雙絞線構(gòu)成的CAN-bus網(wǎng)絡(luò)，在這些虛擬串口上通訊的數(shù)據(jù)被快速映射到CAN-bus網(wǎng)絡(luò)中遠端CAN232MB轉(zhuǎn)換器的RS-232通訊端口。這樣，在同一CAN-bus網(wǎng)絡(luò)中連接n個CAN232MB轉(zhuǎn)換器，即可以映射成本地的n個遠程虛擬串口。通過軟件的無縫銜接，遠程虛擬串口和本地串口在操作上并不存在任何差異。例如，將一些設(shè)備的串口程序升級到通過遠程虛擬串口來實現(xiàn)時，升級軟件可以不作任何修改，只需在打開串口時設(shè)定所操作的遠程虛擬串口號，就可以實現(xiàn)正常的串行數(shù)據(jù)通訊。

虛擬串口的建立

下面以一個提供8個串口的虛擬串口網(wǎng)絡(luò)實例為原型，說明如何在同一臺PC建立多個虛擬串口，并且提供了虛擬串口測試網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)方法。如需要建立更多數(shù)目的虛擬串口，可以參考建立上述網(wǎng)絡(luò)的方法，步驟基本一致；只需要在CAN-bus網(wǎng)絡(luò)中增加CAN232MB轉(zhuǎn)換器的數(shù)目，并通過軟件適當配置參數(shù)即可以工作。

虛擬串口服務(wù)器可以在安裝PCI-9810/9820/9840接口卡的PC上添加多達2048個遠程虛擬串口。

同一臺PC上可安裝多塊CAN接口卡。無論安裝有多少塊CAN卡，虛擬串口服務(wù)器都會把它們統(tǒng)一管理起來。不同的CAN接口卡以及同一塊CAN接口卡上的不同CAN通道將共同分享0～2048的CAN ID號。每一個ID號對應(yīng)一個串口號，這樣CAN-bus網(wǎng)絡(luò)中的任一個CAN232MB轉(zhuǎn)換器就對應(yīng)著PC上的一個虛擬串口。

例如，當前PC上安裝了一個虛擬串口，名稱為COM33。用戶向COM33端口寫入的數(shù)據(jù)將直接送到CAN-bus網(wǎng)絡(luò)中，由一個ID設(shè)置為33值的CAN232MB轉(zhuǎn)換器接收，并在其RS-232端口輸出；同理，連接到ID設(shè)置為33值的CAN232MB轉(zhuǎn)換器的用戶RS-232設(shè)備所發(fā)出的數(shù)據(jù)，將通過CAN-bus網(wǎng)絡(luò)送到PC機，保存在PC上虛擬串口COM33的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)。當用戶讀取COM33數(shù)據(jù)的時候，虛擬串口服務(wù)器就把這些數(shù)據(jù)返回給用戶。

上圖所示的CAN-bus網(wǎng)絡(luò)中連接有8個CAN232MB轉(zhuǎn)換器，每個CAN232MB轉(zhuǎn)換器的串口都被映射成第1臺工作PC的1個虛擬串口，共8個虛擬串口；每個串口都和MOXA多串口卡（型號：CP-168U 8路多串口卡）的其中一個串口相連，用于提供各個串口數(shù)據(jù)的測試與驗證。同時，第1臺工作PC安裝有1個PCI-9840接口卡，連接在CAN-bus網(wǎng)絡(luò)中；用戶也可以連接其他型號的CAN接口卡，同樣可以實現(xiàn)這一個虛擬串口的網(wǎng)絡(luò)實例。

虛擬串口服務(wù)器的配置

下面介紹虛擬串口服務(wù)器的配置軟件。軟件啟動界面如下：

通過服務(wù)器軟件安裝虛擬串口，和遠程RS-232設(shè)備建立通訊，首先需要新建一個配置文件，并進行一些相關(guān)配置。點擊界面左上角的“新建”按鈕，此時彈出保存配置文件對話框，在其中選定保存路徑以及保存文件名。

CAN-bus網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢

CAN-bus是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，被廣泛應(yīng)用于歐洲的中高檔汽車中，用作ECU單元的串行數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)；近幾年來，CAN-bus開始進入中國各個行業(yè)的數(shù)據(jù)通訊應(yīng)用，并于2002年被確定為電力通訊產(chǎn)品領(lǐng)域的國家標準。

與RS-485類似，CAN-bus網(wǎng)絡(luò)使用普通雙絞線作為傳輸介質(zhì)，采用直線拓樸結(jié)構(gòu)，單條網(wǎng)絡(luò)線路至少可連接110個節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)總長度最大可達10公里。在CAN-bus網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)收發(fā)、硬件檢錯均由CAN控制器硬件完成，大大增強了CAN-bus網(wǎng)絡(luò)的抗電磁干擾能力，即由硬件來保證CAN-bus網(wǎng)絡(luò)運行的可靠性。據(jù)國際CiA協(xié)會統(tǒng)計，2001年僅在歐洲就銷售了超過1億個CAN-bus節(jié)點，幾乎淘汰了歐洲所有的RS-485系統(tǒng)。目前，國內(nèi)的汽車、電梯行業(yè)已是CAN-bus應(yīng)用的典型領(lǐng)域，工業(yè)控制、智能樓宇、煤礦設(shè)備等行業(yè)也是日見更多型號的應(yīng)用CAN-bus總線設(shè)備與產(chǎn)品。

CAN-bus總線的優(yōu)點：可靠性高，可以支持硬件節(jié)點的即插即用；故障節(jié)點可自動關(guān)閉，不影響其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；采用芯片硬件ID方式管理網(wǎng)絡(luò)，故障節(jié)點界定十分方便，網(wǎng)絡(luò)維護成本比較低。同時，CAN-bus網(wǎng)絡(luò)可以保證良好的通訊實時性。

CAN-bus總線的適用范圍：可適用于節(jié)點數(shù)目很多，傳輸距離在10公里以內(nèi)，安全性要求高的場合；也可適用于對實時性、安全性要求十分嚴格的機械控制網(wǎng)絡(luò)。

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