Le Convertisseur Série vers Ethernet est un convertisseur d'interface de communication pour la conversion de données entre RS-232/485/422 et TCP/IP. Il fournit une transmission bidirectionnelle transparente de données entre les ports série RS-232/485/422 et le réseau TCP/IP terminal, offrant des fonctions de connexion série à réseau et des solutions de transfert réseau RS232/485/422. Il permet aux appareils série de se connecter au réseau.
Avec la généralisation d'Internet, "Connecter tous les appareils au réseau" est devenu le consensus des entreprises mondiales. Pour suivre la tendance de l'automatisation du réseau et ne pas perdre de compétitivité, il est nécessaire d'établir des systèmes réseau de haute qualité pour l'acquisition de données, la surveillance de la production et la gestion des coûts en temps réel. Utiliser pour réaliser le contrôle et la gestion des flux de données série TCP/IP sans avoir à investir beaucoup de ressources humaines et matérielles pour être gérées, remplacées ou mises à jour.
Le Convertisseur Série vers Ethernet rend possible le flux de données série basé sur TCP/IP. Il connecte plusieurs appareils série et le flux de données série peut être sélectionné et les données traitées pour convertir l'interface RS 232 existante en données de port IP, puis effectuer une gestion basée sur IP, un accès aux données basé sur IP. Ainsi, vous pouvez envoyer le canal de données série IP traditionnellement populaire sans dépasser prématurément l'équipement d'origine, augmentant ainsi le taux d'utilisation des équipements existants, économisant l'investissement, mais aussi simplifiant la complexité du câblage sur l'infrastructure de réseau existante. Le Convertisseur Série vers Ethernet complète une liaison RS232 orientée connexion et une communication Ethernet sans connexion pour le système de contrôle de stockage de données pour divers traitements de données, traiter le flux de données série provenant de l'appareil série, et la conversion de format, permettant à la trame de données d'être transmise sur Ethernet; les données provenant de la trame Ethernet sont jugées et converties en données série envoyées en réponse aux appareils série.
Intégration interne des protocoles ARP, IP, TCP, HTTPS, ICMP, SOCK5, UDP, DNS et autres. Le RS-485/422 offre un contrôle automatique de conversion de données. Interface série RS232/422/485 triple, débit de 300 à 230.4 KBPS. Support pour IP dynamique (DHCP) et IP statique, support de passerelle et serveur proxy, les données peuvent être transmises via Internet. Fournit une transmission bidirectionnelle transparente de données, les utilisateurs n'ont pas besoin d'apporter de modifications au système d'origine. Tous les ports série équipés de protection contre la foudre de 600W. Ethernet 10/100M, détection automatique du câble droit ou croisé. Peut supporter plusieurs connexions.
3.1.1 Mode serveur:
Dans ce mode de fonctionnement, le Convertisseur Série vers Ethernet agit comme serveur TCP, le programme de la plate-forme de conversion écoute les requêtes de connexion sur le port TCP spécifié, cette approche est plus adaptée pour qu'un programme de conversion établisse une connexion avec plusieurs plates-formes (un convertisseur ne peut pas établir une connexion avec plusieurs programmes de plates-formes).
3.1.2 Mode client:
Dans ce mode de fonctionnement, le Convertisseur Série vers Ethernet agit comme client TCP, le programme d'initiative de conversion demande une connexion à Internet dès l'alimentation, cette approche est plus adaptée pour que plusieurs convertisseurs établissent simultanément une connexion à un programme de plate-forme.
3.2.1 Mode de communication ponctuelle:
Dans ce mode, les convertisseurs sont utilisés par paires, l'un agissant comme serveur, l'autre comme client pour établir une connexion entre les deux, transmission bidirectionnelle transparente de données. Ce mode est adapté pour la connexion en bus entre deux appareils série convertis en connexion réseau TCP/IP.
3.2.2
Utilisation du mode de communication série virtuelle:
Dans ce mode, un ou plusieurs convertisseurs établissent une connexion avec un ordinateur, transmission bidirectionnelle transparente de données. Par le biais du logiciel de gestion de port série virtuel suivant le convertisseur sur votre ordinateur, vous pouvez réaliser un port série virtuel correspondant à plusieurs convertisseurs, N correspond à le convertisseur virtuel M (N <= M). Ce mode est adapté pour les appareils série contrôlés par ordinateur, appareils 485 ou 232.
3.2.3
Mode de communication basé sur Web:
Dans ce mode, l'application sur le protocole SOCKET du PC écrite dans les paramètres du convertisseur peut être sélectionnée pour supporter directement le protocole SOCKET.
Dans le domaine de l'Internet des objets industriel (IIoT), les serveurs série sont devenus des composants indispensables, facilitant une intégration et une communication sans faille entre les appareils série hérités et l'infrastructure de réseau moderne. Pour ceux qui se lancent dans les applications de mise en réseau, comprendre la polyvalence et l'importance des serveurs série est crucial pour réaliser une intégration de système robuste et efficace.
Les serveurs série constituent un pont essentiel entre les appareils série traditionnels (RS-232, RS-422, RS-485, etc.) et les réseaux Ethernet modernes. Cela permet aux appareils qui étaient auparavant isolés ou limités à des connexions point à point d'être intégrés dans des écosystèmes de réseau plus étendus. Par la conversion de données série en paquets basés sur IP, les serveurs série facilitent l'accès à distance, la gestion centralisée et la surveillance en temps réel de ces appareils à longue distance.
Dans les scénarios d'automatisation industrielle, les serveurs série rationalisent le flux de données entre les capteurs, les actionneurs, les automates programmables (PLC) et autres contrôleurs industriels. Ils permettent la surveillance et le contrôle à distance des machines, optimisant les processus de production et améliorant l'efficacité opérationnelle. Par exemple, en connectant des capteurs série à un serveur série, les données de la chaîne de production peuvent être transmises sans fil à un système de contrôle et d'acquisition de données (SCADA), permettant aux opérateurs de suivre les indicateurs de performance, de détecter les anomalies et de déclencher rapidement des actions correctives.
Dans le contexte des bâtiments intelligents, les serveurs série jouent un rôle pivotal dans l'intégration de systèmes disparates tels que les commandes d'éclairage, les systèmes HVAC, les caméras de sécurité et les panneaux de contrôle d'accès. Par la conversion des signaux série provenant de ces appareils en communication basée sur IP, les serveurs série facilitent la surveillance et la gestion centralisées des systèmes de bâtiment à partir d'une plate-forme unique. Cela améliore l'efficacité énergétique, le confort des occupants et la sécurité générale, tout en réduisant les coûts de maintenance et en améliorant les temps de réponse aux situations d'urgence.
Pour les applications de surveillance à distance, les serveurs série permettent l'accès en temps réel aux données provenant de sites à distance ou d'endroits difficiles d'accès. Dans les systèmes de transport, par exemple, les serveurs série peuvent connecter les feux de signalisation, les barrières à péage et les caméras de surveillance à un centre de commande central, permettant une surveillance et un contrôle centralisés du flux de circulation. De même, dans les réseaux d'électricité, les serveurs série peuvent faciliter la surveillance à distance des postes de transformation, des transformateurs et d'autres infrastructures critiques, permettant une réponse rapide aux défaillances et l'optimisation de la distribution d'énergie.
Dans le secteur de la santé, les serveurs série sont essentiels pour l'intégration des appareils médicaux dans les systèmes d'information hospitaliers (HIS) et les dossiers de santé électroniques (EHR). Par la connexion des appareils médicaux basés sur série tels que les électrocardiographes, les tensiomètres et les analyseurs de laboratoire à des serveurs série, les données des patients peuvent être transmises en toute sécurité et de manière fiable à des bases de données centrales pour l'analyse, le stockage et le partage entre les prestataires de soins de santé. Cela améliore les soins aux patients, améliore les capacités décisionnelles et soutient la conformité réglementaire.
Surveillance et contrôle à distance, et intégration des appareils médicaux dans les systèmes d'information de santé. Pour ceux qui se lancent dans les applications de mise en réseau, comprendre et utiliser les capacités des serveurs série est essentiel pour réaliser des intégrations de système robustes, évolutives et efficaces.
Autres applications incluent les systèmes de contrôle des heures et des présences, les systèmes Shoufan, les systèmes de point de vente (POS), les systèmes d'automatisation des bâtiments, les systèmes de banque en libre-service, la surveillance des salles de télécommunications, la surveillance de l'alimentation électrique.
Le système matériel est la base du fonctionnement du système dans son ensemble et la clé de la mise en œuvre du design global. Il est essentiel pour le Convertisseur série Vers Ethernet, qui convertit les paquets de données série et les paquets de données TCP/IP entre les deux parties, ainsi que pour résoudre le problème de l'adaptation des vitesses différentes des données. La mise en œuvre du serveur de port série doit aussi être une considération importante dans la conception et la capacité du périphérique choisi à exécuter ces fonctions.
(1) Modules du système matériel
Les difficultés techniques rencontrées lors du développement du design et du choix du périphérique étaient comment utiliser le processeur pour traiter les informations de données série selon le protocole TCP/IP, afin de rendre possible la transmission de paquets IP sur Internet. Actuellement, beaucoup de temps est consacré à résoudre ce problème grâce à l'utilisation du programme MCU 32 bits + RTOS, qui consiste à développer sur une plate-forme RTOS (Real Time Operating System) un logiciel pour le microcontrôleur haut de gamme 32 bits, traitant le protocole TCP/IP dans les systèmes embarqués. L'inconvénient est que les SCM (Système de contrôle microélectronique) sont plus chers et que le cycle de développement est plus long; les développeurs de RTOS doivent acheter des capacités de développement logiciel coûteuses et exigeantes.
Après avoir étudié les avantages et les inconvénients des programmes ci-dessus, nous avons décidé de diviser le design du matériel du serveur en plusieurs modules: le module principal de traitement, le module de traitement de données série et le module d'interface et de contrôle Ethernet pour réaliser les fonctions du Convertisseur série Vers Ethernet.
Pour le choix du périphérique, nous avons sélectionné la puce Intel 80186 comme la puce du module principal de traitement, qui est très adaptée aux applications embarquées haute performance, étant un microprocesseur 16 bits hautement intégré et à faible consommation d'énergie.
Tenant compte du problème de décalage de vitesses entre les taux de transfert de données série plus lents et le taux de transfert de données Ethernet, nous avons décidé d'utiliser une mémoire à grande capacité conforme aux spécifications du bus pour le stockage des données; le module principal de traitement implique aussi une conversion série-parallèle pour les lignes de données/adresses multiplexées, un décodeur de signaux d'interruption, une génération de signaux d'horloge, un contrôle d'accès aux signaux et autres fonctions. Si nous utilisions différents périphériques pour les réaliser, cela entraînerait inévitablement de nombreux problèmes tels que des inégalités de délai. Nous avons donc utilisé un dispositif logique programmable haute performance à grande capacité pour réaliser les fonctions ci-dessus. L'avantage est que nous avons garanti la stabilité et la fiabilité des dispositifs logiques programmables, et que leur caractère programmable permet un traitement des signaux dans un espace plus vaste, avec l'avantage d'une facilité de mise à jour.
Le module d'interface et de contrôle Ethernet joue un rôle très important dans le matériel du Convertisseur série Vers Ethernet. Il traite les paquets IP provenant d'Ethernet. Tenant compte des principes d'universalité, nous avons utilisé une puce contrôleur Ethernet pour réaliser ces fonctions, et ajouté une puce AT24C01 pour enregistrer l'état de la puce contrôleur Ethernet dans le module principal de traitement. Grâce au module principal de traitement pour la lecture/écriture des données et des registres de la puce contrôleur Ethernet, nous pouvons réaliser l'analyse des paquets IP, le dépaquetage/paquetage.
Le module de traitement de données série complète la conversion de format de niveau pour les données série et le traitement du flux de données, détecte le bit de démarrage des données série et les bits d'arrêt, et extrait les données et les bits de parité. La conception générale utilise une UART MAX232 et des idées de conception, que nous avons aussi suivies, mais nous avons utilisé la fonctionnalité intégrée MAX232 + UART, qui est de petite taille, à faible coût et à faible consommation d'énergie, et utilise une interface série compatible avec SPITM/QS-PITM/MICROWIRETM, économisant l'espace sur la carte et les ports I/O du microcontrôleur.
L'avantage de cette approche modulaire est l'utilisation d'un microcontrôleur 16 bits à haute vitesse et de périphériques, à faible coût systémique; et l'utilisation de la plate-forme de développement d'Intel, qui peut grandement raccourcir le cycle de développement et réduire les coûts de développement.
(2) Flux de travail matériel et architecture d'application
Tout d'abord, le processeur principal initialise le réseau et les périphériques série. Lorsque les données provenant d'Ethernet sont traitées par le processeur de paquets, si ce sont des paquets ARP (Address Resolution Protocol), le programme passe à le gestionnaire ARP; si ce sont des paquets de données IP et la couche de transport utilise UDP, et le port est correct, alors le paquet de données est correct, et les données sont dépaquetées et envoyées par le port de sortie série correspondant.
Inversement, si les données provenant du port série sont reçues, les données sont empaquetées selon le format UDP, envoyées à la puce contrôleur Ethernet, qui envoie les données à Ethernet. On peut savoir que le module principal de traitement traite la couche réseau TCP/IP et partiellement la couche liaison, réalisée par la puce contrôleur Ethernet. Le système de livraison de la couche application est traité par le logiciel, et les utilisateurs peuvent traiter les données reçues selon les besoins.
Selon la structure du système matériel et ses différentes fonctions, nous pouvons diviser un système matériel en plusieurs modules suivants.
(1) Module principal du processeurCe module constitue la partie centrale du port série du serveur, principalement constitué du processeur principal, des dispositifs logiques programmables, de la mémoire de données et de programmes, et d'autres appareils.
Les principales fonctions du module principal de traitement sont les suivantes : établir une liaison de données entre les données série et les données Ethernet IP ; contrôler la lecture et l'écriture par l'intermédiaire de la puce de contrôle Ethernet pour recevoir et transmettre des paquets de données IP ; déterminer un format de flux de données série, compléter la sélection des périphériques série et la désignation du format de flux de données série ; contrôler la vitesse du flux de données série et les paquets de données IP entre les contrôles, la mise en mémoire tampon des données ; effectuer les opérations de lecture et d'écriture des registres UART et de la puce de contrôle Ethernet, et stocker et transmettre l'état du périphérique ; achever la conversion série-parallèle des données sur le bus 16 ; réaliser la fonction de verrouillage d'adresse du bus ; effectuer les fonctions de sélection de chaque port et de chaque mémoire du périphérique ; compléter la discrimination de l'état d'interruption de chaque port série, etc.
Ce module est constitué d'une interface Ethernet et d'une section de contrôle Ethernet.
L'interface Ethernet réalise partiellement la fonction de Convertisseur série vers Ethernet et le circuit d'interface Ethernet. Un module contrôleur assure le contrôle de l'ensemble du circuit d'interface pour coordonner les fonctions d'émission et de réception Ethernet avec le circuit de suivi.
Le contrôle Ethernet est partiellement constitué du récepteur et de l'émetteur. Entre eux, il y a une unité de détection et de contrôle d'état Ethernet, ainsi qu'un contrôleur de coordination d'émission et de réception, comme illustré à la Figure 5. Étant donné que l'Ethernet est semi-duplex, cette partie doit être prête à surveiller l'état d'Ethernet et à contrôler l'Ethernet selon les besoins, mais aussi à coordonner le bon état du côté interne émetteur-récepteur du circuit.
L'unité de détection Ethernet et le contrôleur de coordination d'émetteur-récepteur sont destinés à remplir cette fonction. L'unité de détection d'état d'interface Ethernet et l'interface Ethernet, l'état de l'interface pour envoyer et recevoir le contrôleur de coordination, tandis que le signal de contrôle provenant du contrôleur sera coordonné, traité et envoyé au contrôleur d'interface Ethernet pour contrôler l'état d'interface.
Au niveau du récepteur, le signal du flux de données série reçu passe par le module principal de traitement pour la conversion et l'encodage, l'unité de contrôle Ethernet contrôle la coordination de chaque section, l'adresse résultante, les données, et écrit le signal de contrôle d'écriture dans la mémoire RAM. Par conséquent, les processus de travail et l'émetteur du récepteur opposé.
