摘要 以一种高度集成的USB总线转接芯片CH341为中心，规划并完结了依据USB接口的PC机与下位机的虚拟串口通讯。上位机在Windows环境下运用MSComm控件完结与下位机通讯，介绍了USB转虚拟串口的完结办法，并依据该虚拟串口编写了智能家居操控使用软件。试验测验标明，选用虚拟串口完结上位机与单片机通讯，具有结构简略、速度快和易于软件开发等特色，能满意于各种串口通讯场合。
在嵌入式体系中，异步串行通讯接口多作为规范外围设备呈现。跟着很多支撑USB的个人电脑的遍及，易于运用的接口。USB接口逐步成为PC机的规范接口，使得对USB接口相关使用软件的开发和外围设备的研讨显得越来越重要。
本文中的智能家居操控体系选用依据USB的虚拟串口同中心会聚节点通讯，中心会聚节点选意图法半导体公司STM8S103系列微处理器，完结数据的接纳与发送。上位机体系操控软件在Windows环境下经过VC++6.0编程开发，依据USB的虚拟串口具有传输数据安稳、装置简洁、即插即用等特色。
1 操控体系整体规划
体系整体结构如图1所示，首要由3部分组成，依据PC机的上位机体系操控软件、中心会聚节点和各家电子设备节点。中心会聚节点和各家电子设备节点均搭载433无线通讯模块。各家电子设备节点可以依据本身设备的状况信息，整组成必定格局的数据帧，经433无线模块将数据信息传送给中心会聚节点，然后经过依据USB的虚拟串口将数据转发给上位机体系操控软件，上位机软件实时显现家电子设备的状况信息。相同，当用户需求操控和办理家电设备时，操控指令经虚拟串口和433无线模块将指令下发至相应家电设备，依据指令履行相应操作。
2 虚拟串口硬件电路规划
2.1 芯片简介
CH341是一种高度集成的USB总线转接芯片，经过USB总线供给异步串口、打印口、并口以及常用的2线和4线等同步串行接口。在异步串口办法下，CH341供给串口发送使能、串口接纳安排妥当等交互式的速率操控信号以及常用的MODEM联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或许将一般的串口设备直接升级到USB总线。具有USB全速接口，兼容USB V2.0，外围器材简略，只需晶振和电容。彻底兼容计算机端Windows操作体系下的串口使用程序。硬件全双工串口，内置收发缓冲区，支撑通讯速率50bit·s-1～2Mbit·s-1和5、6、7或许8位数据位、奇校验、偶校验、空白、标志以及无校验、串口发送使能、串口接纳安排妥当等传输速率操控信号和MODEM联络信号。
2.2 串口硬件电路规划
USB转虚拟串口部分电路首要由CH341和STM8S103构成，其电路原理如图2所示，设备选用USB总线供电办法，时钟电路由12 MHz晶振调配2个20 pF电容构成，将CH341芯片的SDA和SCL引脚悬空，然后使其作业于异步串行口形式，选用常用的三线式串口通讯办法，将CH341芯片的RXD、TXD、GND引脚别离于单片机STM8S103的TXD、RXD和GND引脚相连。在USB接口的电源端衔接一个磁珠，以削减PC机与设备的搅扰，一起在电源端添加去耦和旁路%&&&&&%，以进步设备的抗搅扰才能。
3 上位机体系软件规划
3.1 USB转虚拟串口驱动装置
当完结硬件衔接后，为完结正常的串口通讯，还需为PC机装置相应的驱动程序。从互联网上可下载相应芯片的驱动程序，因本规划选用USB总线转接芯片为CH341，故下载并装置对应的CH341 SER驱动程序，该驱动程序支撑Windows 98//XP/Win7 32位/64位等操作体系。该虚拟串口完结仿真规范串口，彻底兼容计算机端Windows操作体系环境下的串口使用程序，用户可以像拜访规范串口设备相同对该虚拟串口进行通讯，但本质其数据通讯则是经过USB总线完结。待装置完驱动程序后，便可以对该设备进行依据串口的上位机使用程序开发。
3.2 体系操控软件规划
上位机操控软件在VC++6.0环境下开发，选用VC++6.0供给的MSComm控件进行使用程序规划。MSCOM控件供给了完善的数据接纳与发送功用，支撑事情驱动和查询两种通讯形式。事情驱动办法下，当有串口产生事情或错误时便呼应OnComm事情处理程序;查询形式下，则经过定时查询MSComm控件的ComEvent特色改动来进行数据处理。考虑到操控体系的实时呼应才能，上位机使用软件选用事情驱动办法，即当串口有数据接纳时便呼应OnComm事情，然后在OnComm事情处理函数中参加相应的通讯处理代码。体系操控软件操作界面如图3所示。
3.2.1 通讯参数设置
为确保操控体系能成功进行串口通讯，体系操控软件与会聚节点设备应设置相同的波特率、数据位等通讯参数，此外由于PC机为USB总线转接芯片CH341分配的虚拟串口是不确定的，为此规划了通讯参数设置对话框来对虚拟串口的通讯参数进行设置，界面如图4所示。
3.2.2 通讯数据处理
上位机体系操控软件首要担任用户操控指令的发送与接纳，一起及时更新显现当时家用电子设备的状况信息。使用软件首要包括体系初始化程序、串口接纳与发送程序和数据处理与显现程序3部分。初始化程序首要担任体系的串口通讯参数装备;串口接纳与发送程序则担任将数据组组成数据帧，并发送或接纳会聚节点数据帧;数据处理与显现程序则依据不同的数据帧进行相应处理，并及时更新对应家电子设备的操控界面，程序流程如图5所示。
4 试验验证
为进一步验证USB转虚拟串口通讯在详细体系使用中的可靠性和安稳性，依照图1建立测验体系，在PC机上装置好对应的USB转虚拟串口驱动程序，翻开上位机体系操控软件，挑选对应的串口，设置与中心会聚节点相匹配的串口通讯参数，在使用软件中挑选加湿器操作界面，改动界面状况以发送操控指令，检查对应的加湿器是否履行相应的操作;经过手动改动加湿器的状况，检查上位机体系操控软件中加湿器界面状况是否及时更新，测验成果如图6所示，试验测验标明体系呼应速度快、安稳性强，USB转虚拟串口通讯可以满意实践操控体系的通讯需求。
5 结束语
本文规划了依据USB虚拟串口通讯技能的串口通讯模块，介绍了其规划办法与原理，开发了依据虚拟串口通讯的上位机体系操控软件，并将其使用于智能家居操控体系。选用USB虚拟串口处理了传统串口逐步消失、扩展性差、装置繁琐等问题，试验测验标明依据USB的虚拟串口具有传输速率安稳、即插即用等特色。
