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1、基于STM32的智能建筑以太网与RS232数据传输网关的设计Design of Ethernet and RS232 Data Transmission Gateway Based on STM32学生姓名：Xxx学生学号：Xxx专业名称：建筑电气与智能化指导教师：Xxx控制与机械工程学院2015年 6月 18日独创性声明本人声明所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以引用标注之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，没有伪造数据的行为。毕业设计（论文）作者签名： 签字日期： 年 月 日毕业设计（论文）版权使用授权书本毕业设计（
2、论文）作者完全了解学校有关保留、使用论文的规定。同意学校保留并向有关管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权天津城建大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。（保密的毕业设计（论文）在解密后适用本授权说明）毕业设计（论文）作者签名： 指导教师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘 要根据RS232与以太网的特点，为了实现以太网与RS232数据传输网关的设计，提出一种基于STM32微控制器的数据传输转换接口器的设计方法。充分发挥STM32F107控制器的超强功能，利用通用输入输出口、时钟
3、、中断控制及以太网等辅助功能去阐述设计原理，并细致地给出相应的硬件电路。网关设计的软件应该采用模块化设计，每个相应的模块都应该做成独立的函数，以便调用时更省时，运用主程序和中断服务程序对数据传输功能进行软件实现。在设计的过程中实现了以下三点功能：第一点，实现了使用STM32芯片来设计网关电路；第二点，实现了网关具有以太网接口和RS232接口；第三点，在设计软件的过程中，实现了以太网TCP协议到串行数据协议的转换传输。关键字：STM32F107；以太网；RS232；数据传输网关；ABSTRACT According to the characteristics of RS232 and Ethe
4、rnet, gateways for Ethernet and RS232 data transmission design, proposed a STM32 microcontroller-based design method of data conversion interface. Super STM32F107 controller function into full play, and using general purpose input/output port, clock, interrupt controller and Ethernet, while accessib
5、ility and design principles, and detail is given the appropriate hardware. Gateway design software has a modular design, each corresponding modules should be made an independent function, so that when more time, use main program and interrupt service routines for data transmission software. In the d
6、esign process to achieve the following three functions: 1th , realized using the STM32 chip circuit design gateway; 2nd, implements a gateway with Ethernet interface and RS232 interfaces; 3rd, in the process of designing software, implement TCP protocol over Ethernet to serial data protocol conversi
7、on and transport.Key words：STM32F107；Ethernet；RS232；Data transmission gateway；目 录第一章 方案介绍11.1 课题设计背景11.2 课题设计要求11.3 课题设计工作1第二章 主控芯片的选择32.1 STM32微型控制器的选择32.2 STM32F107芯片概述32.3 STM32F107芯片结构42.4 STM32的功能及优势5第三章 网关硬件设计63.1 总体框架设计63.2 电源模块设计73.3 JTAG下载电路83.4 复位电路83.5 以太网模块电路设计93.6 RS232通讯电路设计10第四章 软件介绍1
8、14.1 LWIP协议栈简介114.1.1 pbuf结构体定义114.1.2 LWIP协议栈中各层的实现124.1.3 LWIP协议栈的内存管理134.2 IP处理144.2.1 IP接收包154.2.2 IP发送包164.3 TCP服务器的设计和实现164.3.1 TCP协议的特点164.3.2 TCP协议结构174.3.3 TCP连接函数的建立194.3.4 TCP服务器的初始化204.4 RS232的通讯214.5 软件设计214.6 数据转换软件设计22第五章 系统的测试255.1 数据传输简介255.2 硬件连接255.3 程序的调试与下载265.4 软件配置275.5 TCP与RS
9、232的双向数据传输295.5.1 TCP向RS232进行数据传输305.5.2 RS232向TCP进行数据传输315.5.3 测试结论分析32致谢33参考文献34附录36第一章 方案介绍第一章 方案介绍1.1 课题设计背景智能建筑就是把建筑物的结构、设备、服务和管理依据不同用户的要求而进行的最合理的设计，从而为用户提供一个高效、舒适、便利的人性化建筑环境。因此和普通的建筑相比，智能建筑不仅具有居住的功能，还在结构上由单一居住逐渐转换成现代智慧的工具。智能建筑可以提供内部和外部的信息交换和数据传输，帮助人们与建筑内部设备互动，从而有效地安排时间，通过智能建筑建立一个强大的网络系统，实现把家庭设
10、备的各项信息综合在一个平台上。现代智能建筑已经进入数字化、智能化时代，进入物联网时代。要求信息共享，生产过程信息化、网络化管理。在当今高速实时数字信号处理系统中，涉及的数据对象趋于多样化，这些数据通常需要不同的网络接口。具有不同的传输速率，不同的传输方向。由于智能建筑的迅猛发展，为了满足智能建筑现场不同功能模块的信息交换，以及不同网络接口的数据传输要求。因此为了符合上述的要求，提出一种新的设计方法，特别选用STM32微控制器作为数据传输的中心控制器。结合设计要求，提出“基于STM32的智能建筑以太网与RS232数据传输网关”的设计。1.2 课题设计要求 为了使网关的数据传输更加的高效实用，论文
11、的要求是实现利用功能强大的STM32系列芯片设计网关电路。且设计的网关电路必须要同时具备以太网与RS232的接口，这样即能节省费用，又能大大地提高系统的利用率。除此之外，在设计软件程序的时候，设计必须要完成以太网TCP协议到串行数据协议的转换传输。1.3 课题设计工作1.数据传输网关的简介：本次的设计课题为“基于STM32的智能建筑以太网与RS232的数据传输网关的设计”，这次设计相对于以往的数据传输网关设计而言，最大的创新之处是选用了STM32芯片微型控制器。因为设计就是为了不断的创新，不断的优化陈旧的东西，而让原有的设计能够在实现同样的效果的前提下，使设计的成本和时间都能大大的降低，从而达
12、到最好的效率。所以STM32F107芯片显然能达到这个要求，它同时具有以太网和RS232接口的功能，能同时连接以太网接口和RS232接口，并在两者之间起到一个“桥梁”的作用，使两者在进行数据传输的时候，对各自发来的数据包进行解包和打包的操作，最终转换成能传向对方的数据。 2.硬件设计：本次设计的硬件设计理念其实很简单，主要是把整个系统模块化，然后再对各个模块的功能进行细致的阐述。简单的来说，本次设计分为四个模块来进行，分别是电源模块，以太网模块，RS232模块，还有STM32主控芯片。通过对以上四个模块的实现来最终完成数据传输网关的设计。 3.软件设计：充分理解LWIP协议栈的的数据传输，还有
13、RS232串口，再结合GPIO,NVIC和以太网，充分理解以太网到RS232的数据传输过程和RS232到以太网的数据传输过程 。然后根据数据传输的过程写出相应的程序流程图和程序，最终结合硬件设备来完成本次的设计。4.最后完成系统的调试，这是非常重要的一步，因为不管是硬件的设计还是软件的设计，最终还是要为最后的调试服务，假如调试不成功，一切都是白费功夫而已。所以最后需要运用sscomv20（串口调试程序）和TCP-tester来进行模拟的数据传输网关的设计，只有不断的调试和修改，才能最终使得我们的设计符合最终的设计要求。67 第二章 主控芯片的选择第二章 主控芯片的选择2.1 STM32微型控制
14、器的选择在开始设计之前，需要选用同时具有网络接口的以太网和RS232接口的微型控制器，同时要满足设计的其他的一些具体功能，我们不得不选择一个合适的微控制器。因此，STM32系列的微型控制器就给了我们非常多的选择和开发的空间，它提供了全新的32位产品的选择可能性，结合高性能、低功耗、高实用性的出色特点，另一方面又能保持很高的集成度，还有很容易开发的巨大优势。STM32产品至今已经开发出了四大产品系列：L1、F1、F2和F4。具体的不同如下：1.F2系列：不仅拥有以太网接口，还有crypto/hash模块和SDIO模式的音频模块，同时还有一个时钟频率120MHz和2个USB-OTG-FS接口。2.L1系列：它的时钟频率一般来说是32MHz，配带有USB-FS接口，是大家公认的超低功率型控制器。3.F1系列：对于这种系列来说，一般分为基本型和互联型两种，基本型芯片（STM32F103）的时钟频率是72MHz，同时还配有USB-FS接口；互联型芯片（STM32F107）的时钟频率也是72MHz，但是却配有2个USB-OTG-FS接口。除此之外，还拥有以太网接口模块和RS232接口。4.F4系列：它的有一个功能是和F2系列的芯片是一致的，那
