本文提出采用两级环形总线网络拓扑、主从通信方式的消防指示灯智能监控系统，设计了用电池提供应急电源的通信网关的总体结构：采用单片机自带的双串口构成两个独立光电隔离的 RS-485 接口作为下级环形总线主站，实现与智能应急标志灯之间的数据交换；利用单片机的 SPI 接口功能和另一个单片机扩展第三个独立的光电隔离 RS-485 接口，作为上级环形总线网络的从站，实现与监控主机之间状态和命令信息的交换。

串口扩展电路

串口扩展的方式：一种是硬件扩展方式，使用市面上对串口进行扩展的芯片，如 SP2338DP、GM8123 系列；第二种是软件模拟法，可根据串行通信的传送格式，利用定时器和主机的 I/O 口来模拟串行通信的时序，以达到扩展串口的目的。接收过程中需要检测起始位，这可以使用查询方式或中断方式处理；接收和发送过程中对定时的处理既可以使用查询方式也可以使用定时器中断方式。这种方法需要占用大量的 CPU 时间，只能用于功能简单的应用，并不适合中继网关这类功能复杂的设备。本设计使用 STC12 单片机的同步串行口（SPI）和另一个带有串口的单片机 STC11F04E（以下简称为 STC11）来扩展串口，其中 TX、RX 分别是串口的数据发送信号和数据接收引脚，RE 用于控制 MAX485 的接收或发送状态。

电路原理：图中下部分给出了光电隔离型 RS-485 接口原理。3 个 RS-485 接口使用相同的原理，但 3 个接口中 MAX485 芯片的工作电源是各自独立的。SCK、MISO、MOSI 分别是 SPI 接口的时钟信号、主站输入信号、主站输出信号。定义 STC12 的 SPI 接口工作在从站方式，STC11 作为 SPI 主站；由于 STC11 单片机没有 SPI 功能，必须用软件模拟 SPI 主站功能，这里仅将 STC11 作为字节数据传输的中转站，不进行信息帧的校验、存储和转换。监控计算机发出指令经 STC11 的串口接收，通过 SPI 发送至 STC12 进行处理；STC11 再通过 SPI 接收返回信息，然后通过串口发送至监控计算机。设计中，STC12 通过在 SPI_TX 引脚的输出下降沿告知 STC11 启动模拟 SPI 主站功能，从 STC12 的 SPI 接口寄存器中读取一个字节数据。