Il Console server seriali è un convertitore di interfaccia per la conversione di dati tra RS232/485/422 e TCP/IP. Fornisce una porta seriale RS232/485/422 e una rete TCP/IP terminale per una trasmissione bidirezionale trasparente di dati, offrendo funzionalità di conversione da seriale a rete e soluzioni di trasferimento in rete RS232/485/422. Permette ai dispositivi seriali di entrare nella rete.
Con la diffusione generalizzata di Internet, "Fare in modo che tutti i dispositivi siano connessi alla rete" è diventato il consenso delle imprese mondiali. Per tenere il passo con la tendenza all'automazione della rete e non perdere il vantaggio competitivo, dobbiamo istituire sistemi di rete per l'acquisizione di dati di alta qualità, il monitoraggio della produzione e la gestione dei costi in tempo reale. Utilizzare per realizzare flussi di dati seriali TCP/IP basati sul controllo e sulla gestione di dispositivi hardware, senza dover investire molta manodopera e risorse materiale per la gestione, la sostituzione o l'aggiornamento.
Il Console server seriali rende il flusso di dati seriali basato su TCP/IP il più possibile, collegando più dispositivi seriali e selezionando e elaborando il flusso di dati seriali per convertire l'interfaccia RS232 esistente in dati della porta IP, quindi gestendoli, accedendo ai dati e basandosi su IP, in modo da poter inviare il tradizionale e popolare canale di dati seriali IP, senza abbandonare prematuramente l'apparecchiatura originale, aumentando così l'utilizzo del tasso di attrezzi esistenti, risparmiando investimenti, ma anche semplificando la complessità del cablaggio sulle infrastrutture di rete esistenti. Il Console server seriali completa un collegamento RS232 orientato alla connessione e una rete Ethernet senza connessione per le comunicazioni tra il sistema di controllo di archiviazione dei dati per una varietà di elaborazioni di dati, elaborando il flusso di dati seriali dal dispositivo seriale e la conversione di formato, rendendo il frame di dati trasmissibile in Ethernet; i dati dal frame Ethernet vengono giudicati e convertiti in dati seriali trasmessi in risposta ai dispositivi seriali.
Integra internamente protocolli ARP, IP, TCP, HTTPS, ICMP, SOCK5, UDP, DNS e altri. RS485/422 fornisce controllo automatico di conversione di dati. Interfaccia seriale RS232/422/485 triple, velocità in baud da 300 a 230.4KBPS. Supporto per IP dinamico (DHCP) e IP statico, supporto per gateway e server proxy, i dati possono essere trasmessi su Internet. Fornisce trasmissione di dati bidirezionale trasparente, gli utenti non devono apportare modifiche al sistema originale. Tutte le porte seriali dotate di protezione antiraio da 600W. Ethernet 10/100M, rilevamento automatico di cavi diretto o crossover. Può supportare molteplici connessioni.
Modalità server:
In questa modalità operativa, il Console server seriali funge da server TCP, il programma della piattaforma convertitore ascolta richieste di connessione sulla porta TCP specificata, l'approccio è più adatto a un programma convertitore per stabilire una connessione con più piattaforme (un convertitore non può stabilire una connessione con più programmi di piattaforma).
Modalità client:
In questa modalità operativa, il Console server seriali funge da client TCP, il programma iniziativo del convertitore richiede una connessione a Internet al momento dell'accensione, l'approccio è più adatto a più convertitori che stabiliscono simultaneamente una connessione a un programma di piattaforma.
Modalità di comunicazione punto:
In questa modalità, il convertitore viene utilizzato a coppie, uno come server, l'altro come client per stabilire una connessione tra i due, trasmissione bidirezionale trasparente di dati. Questa modalità è adatta per la connessione in bus tra due dispositivi seriali progettati per la connessione in rete TCP/IP.
Modalità di comunicazione seriale virtuale:
In questa modalità, uno o più convertitori stabiliscono una connessione con un computer, trasmissione bidirezionale trasparente di dati. Gestendo il convertitore sul computer tramite il software di porta seriale virtuale, è possibile ottenere una porta seriale virtuale corrispondente a più convertitori, N corrisponde a M convertitori seriali virtuali (N <= M). Questa modalità è adatta per dispositivi seriali controllati dal computer, dispositivi 485 o 232.
Modalità di comunicazione basata sul web:
In questa modalità, l'applicazione sul PC scritta nel convertitore può selezionare direttamente il supporto del protocollo SOCKET basato sul protocollo SOCKET.
Nel regno dell'Internet delle Cose Industriale (IIoT), i server seriali si sono affermati come componenti indispensabili, facilitando una perfetta integrazione e comunicazione tra i vecchi dispositivi seriali e la moderna infrastruttura di rete. Per chi si imbarca nelle applicazioni di rete, è fondamentale capire la versatilità e l'importanza dei server seriali per realizzare un'integrazione di sistema robusta ed efficiente.
I server seriali fungono da ponte cruciale tra i tradizionali dispositivi seriali (RS-232, RS-422, RS-485, ecc.) e le moderne reti Ethernet. Questo permette di integrare nel più vasto ecosistema di rete i dispositivi che prima erano isolati o limitati a connessioni punto-a-punto. Convertendo i dati seriali in pacchetti basati su IP, i server seriali facilitano l'accesso remoto, la gestione centralizzata e il monitoraggio in tempo reale di questi dispositivi a lunghe distanze.
Negli scenari di automazione industriale, i server seriali ottimizzano il flusso di dati tra sensori, attuatori, PLC e altri controller industriali. Permettono il monitoraggio e il controllo remoto delle macchine, ottimizzando i processi di produzione e aumentando l'efficienza operativa. Per esempio, collegando sensori seriali a un server seriale, i dati della linea di produzione possono essere trasmessi in modalità wireless a un sistema di controllo e acquisizione di dati (SCADA), permettendo agli operatori di seguire gli indicatori di prestazione, rilevare anomalie e attivare tempestivamente azioni correttive.
Nel contesto degli edifici intelligenti, i server seriali giocano un ruolo fondamentale nell'integrare sistemi disomogenei come i sistemi di controllo di illuminazione, HVAC, telecamere di sicurezza e pannelli di controllo degli accessi. Convertendo i segnali seriali provenienti da questi dispositivi in comunicazione basata su IP, i server seriali facilitano il monitoraggio e la gestione centralizzata dei sistemi degli edifici da una singola piattaforma. Questo aumenta l'efficienza energetica, il comfort degli occupanti e la sicurezza generale, riducendo al tempo stesso i costi di manutenzione e migliorando i tempi di risposta alle emergenze.
Per applicazioni di monitoraggio remoto, i server seriali permettono l'accesso in tempo reale ai dati provenienti da siti remoti o luoghi di accesso difficoltoso. Nel settore dei trasporti, per esempio, i server seriali possono collegare segnali stradali, barriere a pedaggio e telecamere di sorveglianza a un centro di comando centrale, permettendo il monitoraggio e il controllo centralizzato del flusso di traffico. Analogamente, nelle reti elettriche, i server seriali possono facilitare il monitoraggio remoto di sottostazioni, trasformatori e altre infrastrutture critiche, permettendo una risposta rapida ai guasti e ottimizzando la distribuzione di energia.
Nel settore sanitario, i server seriali sono essenziali per integrare i dispositivi medici nei sistemi informativi ospedalieri (HIS) e nelle cartelle sanitarie elettroniche (EHR). Collegando attrezzi medici basati su seriali come elettrocardiografi, monitor di pressione sanguigna e analizzatori di laboratorio a server seriali, i dati dei pazienti possono essere trasmessi in modo sicuro e affidabile a database centrali per l'analisi, la conservazione e la condivisione tra gli operatori sanitari. Questo migliora l'assistenza ai pazienti, aumenta la capacità decisionale e supporta la conformità alle normative.
Monitoraggio e controllo remoto, e integrazione di dispositivi medici nei sistemi informativi sanitari. Per chi si imbarca nelle applicazioni di rete, comprendere e sfruttare le capacità dei server seriali è chiave per realizzare integrazioni di sistema robuste, scalabili ed efficienti.
Altre applicazioni includono sistemi di controllo presenza, sistemi Shoufan, sistemi POS, sistemi di automazione degli edifici, sistemi di self-service bancario, monitoraggio di sale di telecomunicazioni, monitoraggio elettrico.
Il sistema hardware è la base della funzionalità di tutto il sistema ed è chiave per l'implementazione del progetto nel suo complesso.
Chiave per il funzionamento del server console seriale è la conversione tra pacchetti seriali e pacchetti TCP/IP tra due parti, nonché la gestione del problema di sincronizzazione a causa di velocità di trasmissione diverse. L'implementazione del server seriale richiede un'importante considerazione nel progetto e nel verificare che il dispositivo scelto può eseguire queste funzioni.
(1) Moduli del sistema hardware
La difficoltà tecnica nella progettazione e nel dispositivo scelto è stata come utilizzare il processore per elaborare informazioni seriali attraverso il protocollo TCP/IP, rendendo così possibile la trasmissione di pacchetti IP su Internet. Attualmente, si utilizza spesso un MCU a 32 bit + programma RTOS per risolvere questo problema. Questo programma consiste nell'utilizzare software di sviluppo per microcontroller di fascia alta a 32 bit su una piattaforma RTOS (Real Time Operating System) per l'elaborazione del protocollo TCP/IP in sistemi embedded. Lo svantaggio è: il prezzo elevato del microcontroller, cicli di sviluppo lunghi; gli sviluppatori di RTOS devono acquistare software di sviluppo costoso e richiedono elevate capacità.
Dopo aver analizzato i vantaggi e gli svantaggi di questi programmi, abbiamo deciso di suddividere il design hardware del server in vari moduli: modulo principale di elaborazione, modulo di elaborazione seriale, modulo di interfaccia Ethernet e modulo di controllo, tutti necessari per completare la funzionalità del server console seriale.
Nella scelta del dispositivo, abbiamo selezionato il chip Intel 80186 come modulo di elaborazione principale, un microprocessore a 16 bit altamente integrato e a basso consumo, molto adatto per applicazioni embedded ad alte prestazioni.
Considerando il disallineamento tra le velocità di trasferimento dati seriali e Ethernet, abbiamo deciso di utilizzare una specifica di bus a grande capacità come risorsa di archiviazione; il modulo principale di elaborazione è anche correlato a una linea di dati/linee di indirizzo per la conversione seriale a parallela multiplex, un dispositivo di decodificazione del segnale di interruzione, generazione di segnali di clock, controllo di accesso ai segnali e altre funzioni. L'utilizzo di dispositivi diversi per completare queste attività causerebbe inevitabilmente problemi come disuguaglianze di ritardo. Abbiamo quindi utilizzato un dispositivo logico programmabile ad alte prestazioni e grande capacità per completare le funzioni sopra menzionate. Il vantaggio è che garantiamo la stabilità e l'affidabilità del dispositivo logico programmabile, e la caratteristica di programmabilità permette un trattamento di segnali in uno spazio più grande, oltre ad avere il vantaggio di l'aggiornamento.
Il modulo di interfaccia Ethernet e controllo gioca un ruolo molto importante nel hardware del server console seriale. Elabora i pacchetti IP provenienti dall'Ethernet. Considerando i principi di universalità, abbiamo utilizzato un chip controller Ethernet per completare queste funzioni, e aggiunto un AT24C01 per memorizzare lo stato del chip controller Ethernet nel modulo principale di elaborazione. Attraverso il modulo principale di elaborazione per la lettura/scrittura di dati e registri del chip controller Ethernet, possiamo completare l'analisi del pacchetto IP, la compressione/decompressione del pacchetto.
Il modulo di elaborazione seriale completa la conversione di formato e il trattamento del flusso di dati seriali, riconoscendo il bit di inizio e il bit di stop del dato seriale, estraendo i dati e il bit di parità. Il design generale utilizza un UART MAX232. Abbiamo seguito lo stesso concetto di design, ma abbiamo utilizzato una chip integrata MAX232 + UART, di piccole dimensioni, a basso costo e a basso consumo, e compatibile con interfaccia seriale SPITM/QS-PITM/MICROWIRETM, risparmiando spazio sulla scheda e porte I/O del microcontroller.
Il vantaggio di questo approccio modulare è: l'utilizzo di un microcontroller a 16 bit ad alta velocità e periferiche, a basso costo; e l'utilizzo della piattaforma di sviluppo di Intel, che può ridurre notevolmente il ciclo di sviluppo e i costi di sviluppo.
(2) Flusso di lavoro hardware e architettura applicativa
Innanzitutto, il processore principale inizializza la rete e i dispositivi seriali. Quando i dati vengono trasmessi dall'Ethernet, il processore di pacchetti analizza i dati. Se i pacchetti sono ARP (Address Resolution Physics), il programma viene passato al gestore ARP; se il pacchetto IP e il livello di trasporto utilizza UDP e la porta è corretta, il pacchetto di dati è corretto e il modulo di elaborazione seriale estrae la parte di dati e la invia via la porta seriale corrispondente.
Inversamente, se i dati vengono ricevuti dalla porta seriale, i dati vengono formattati secondo il protocollo UDP e inseriti nel chip controller Ethernet, che invia i dati via Ethernet. Il modulo principale di elaborazione tratta il livello di rete TCP/IP e il livello di trasporto, mentre il livello di collegamento è parzialmente completato dal chip controller Ethernet. Il sistema di consegna del livello applicativo è gestito dal software, e gli utenti possono trattare i dati ricevuti a richiesta.
A seconda della struttura del sistema hardware e delle diverse funzioni, possiamo suddividere un sistema hardware in i seguenti moduli.
(1) Modulo del processore principaleQuesto modulo è la parte core della porta seriale del server, costituito principalmente dal processore principale, dispositivi logici programmabili, memoria di dati e programmi, e altri dispositivi.
Il modulo di elaborazione principale svolge le seguenti funzioni principale: stabilire un collegamento dati tra i dati seriali e i dati Ethernet IP; controllare la lettura e la scrittura attraverso il chip di controllo Ethernet per ricevere e trasmettere pacchetti di dati IP; determinare il formato del flusso di dati seriali, completare la selezione del dispositivo seriale e la designazione del formato del flusso di dati seriali; controllare la velocità del flusso di dati seriali e il controllo tra i pacchetti di dati IP, il buffering dei dati; eseguire operazioni di lettura e scrittura delle registrazioni del chip di controllo UART e Ethernet, e memorizzare e inoltrare lo stato del dispositivo; completare i dati del bus 16 del convertitore seriale-parallelo; completare la funzione di latch dell'indirizzo del bus; completare la funzione di selezione del chip per ogni porta e ogni dispositivo di memoria; completare la discriminazione dello stato di interruzione di ogni porta seriale, ecc.
Il modulo è costituito da una interfaccia Ethernet e una sezione di controllo Ethernet.
L'interfaccia Ethernet completa parzialmente la funzione del server console seriali e il circuito di interfaccia Ethernet, mentre un modulo di controllo ha il controllo di tutto il ruolo di l'intero circuito di interfaccia in modo coordinato con il circuito successivo per completare le funzioni di trasmissione e ricezione Ethernet.
Il controllo Ethernet è in parte costituito dal ricevitore e dal mittente, tra cui c'è un'unità di rilevamento e controllo dello stato Ethernet, nonché un controller di coordinamento di invio e ricezione, come illustrato nella Figura 5. Poiché Ethernet è a mezza duplice, questa parte deve essere pronta a monitorare lo stato di Ethernet e a controllarlo se necessario, ma anche a coordinare il buon stato del lato interno del circuito trasmettitore-ricevitore.
L'unità di rilevamento di stato Ethernet e il controller di coordinamento trasmittitore-ricevitore completano questa funzione. L'unità di rilevamento di stato dell'interfaccia del controller Ethernet e l'interfaccia Ethernet, lo stato dell'interfaccia al controller di coordinamento di invio e ricezione, mentre il segnale di controllo proveniente dal controller verrà coordinato, elaborato e inviato al controller di interfaccia Ethernet per controllare lo stato dell'interfaccia.
Al ricevitore, il segnale del flusso di dati seriali ricevuto attraverso il modulo di elaborazione principale viene concatenato, convertito e codificato, l'unità di controllo Ethernet controlla il coordinamento di ogni sezione, l'indirizzo risultante, i dati, vengono scritti nell'unità di elaborazione del segnale di controllo di scrittura RAM. Di conseguenza, i processi di lavoro e il mittente dell'opposto ricevitore.
