什么是串口聯(lián)網(wǎng)模塊

串口對(duì)于電子工程師來說再熟悉不過，Serial、UART、RS232、EIA-RS-232C、COM這些都是串口的名字。串口由于其使用引腳少(只有RXD、TXD兩根線)，協(xié)議簡(jiǎn)單，被廣泛地應(yīng)用于電子設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸中，電子設(shè)備通過串口和PC通信，或者通過串口進(jìn)行外部數(shù)據(jù)擴(kuò)展都是很普遍的現(xiàn)象。那么當(dāng)一個(gè)設(shè)備需要接入以太網(wǎng)的時(shí)候采用串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)的方式最為合適。

網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，迫切需要電子設(shè)備也聯(lián)網(wǎng)，那么當(dāng)一個(gè)設(shè)備需要接入以太網(wǎng)的時(shí)候采用串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)的方式最為合適。所謂串口聯(lián)網(wǎng)模塊就是將MCU的串口通信轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)通信的電子單元模塊。

串口聯(lián)網(wǎng)模塊可廣泛應(yīng)用于PLC控制與管理、門禁醫(yī)療、樓宇控制、工業(yè)自動(dòng)化、測(cè)量?jī)x表及環(huán)境動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)、信息家電、LED信息顯示設(shè)備和CNC管理等。

從本質(zhì)上來說，串口聯(lián)網(wǎng)模塊就是一個(gè)串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)(TCP/IP)協(xié)議轉(zhuǎn)化器。使用串口聯(lián)網(wǎng)模塊可以將用戶從復(fù)雜的嵌入式TCP/IP的代碼中解脫出來。即方便地實(shí)現(xiàn)了嵌入式聯(lián)網(wǎng)，另一方面，又可以保證聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性。

一般來說串口聯(lián)網(wǎng)模塊本身是不帶RJ45接口的。這樣可以將串口聯(lián)網(wǎng)模塊連接到用戶PCB上，用戶可以根據(jù)需要選擇RJ45接口放置的位置。模塊引腳可以直接和RJ45接口連接。串口方面，用戶的單片機(jī)和串口聯(lián)網(wǎng)模塊的RXD、TXD引腳連接。此后用戶發(fā)送的串口數(shù)據(jù)就發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)接收的數(shù)據(jù)從串口接收。對(duì)于需要硬件流控的情況還可能需要提供RTS、CTS流控引腳。

串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)功能中需要解決發(fā)往的目的IP地址的問題，即串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)將發(fā)往哪一臺(tái)計(jì)算機(jī)?所以必須設(shè)置目的IP。除了目的IP地址串口聯(lián)網(wǎng)模塊還有很多參數(shù)，例如:目的端口、串口波特率、工作模式等。

一般修改參數(shù)有兩種方法:(1)通過Web方式登錄串口聯(lián)網(wǎng)模塊，這種方式要求串口聯(lián)網(wǎng)模塊必須和運(yùn)行瀏覽器的PC機(jī)在同一個(gè)邏輯子網(wǎng)中。(2)一些串口聯(lián)網(wǎng)模塊提供Window工具可以立即搜索并修改網(wǎng)絡(luò)中的所有的串口聯(lián)網(wǎng)模塊的參數(shù)。

串口聯(lián)網(wǎng)模塊在實(shí)際應(yīng)用中可能大量分布于網(wǎng)絡(luò)中。用戶難以一個(gè)個(gè)的記住每個(gè)模塊的IP地址。串口聯(lián)網(wǎng)模塊應(yīng)該提供一套Windows工具，可以迅速地找到網(wǎng)絡(luò)上的所有聯(lián)網(wǎng)模塊，并可以設(shè)置參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行管理。

串口聯(lián)網(wǎng)模塊實(shí)際上只解決了嵌入式設(shè)備端串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的功能，但是PC端(也就是負(fù)責(zé)接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的PC端)如何接收、處理數(shù)據(jù)?基本上有3中方法:

(1)直接的socket通信:用戶通過windows網(wǎng)絡(luò)編程直接調(diào)用socket API函數(shù)，通過UDP、TCP/IP協(xié)議同串口聯(lián)網(wǎng)模塊通信。該方法要求使用者具有一定的網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)。

(2)虛擬串口:這里介紹一個(gè)新的概念虛擬串口。虛擬串口和硬件串口不同，硬件串口是計(jì)算機(jī)上本來存在的COM口，例如COM1、COM2等，虛擬串口是使用Windows的虛擬設(shè)備技術(shù)，在底層驅(qū)動(dòng)虛擬出一個(gè)串口，在上層軟件看來該串口和硬件串口可以一樣的使用。例如串口聯(lián)網(wǎng)模塊附帶的PC端軟件虛擬一個(gè)COM5，然后將COM5和某個(gè)串口聯(lián)網(wǎng)模塊綁定，此后用戶程序可以讀寫COM5來實(shí)現(xiàn)和串口聯(lián)網(wǎng)模塊的通信。

(3)設(shè)備管理函數(shù)庫(kù)DLL:串口聯(lián)網(wǎng)模塊一般可以提供一個(gè)Windows動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，通過該鏈接庫(kù)提供的函數(shù)，可以直接和串口聯(lián)網(wǎng)模塊通信。

穩(wěn)定性是串口聯(lián)網(wǎng)模塊的最重要的指標(biāo)。首先需要在各種通信情況下保持連接的穩(wěn)定。再次要保證不丟失數(shù)據(jù)，無傳輸錯(cuò)誤。串口聯(lián)網(wǎng)模塊設(shè)計(jì)，應(yīng)該能夠支持全雙工通信下，不間斷發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)不丟包。這將使得此類模塊能夠勝任任何流量狀況的通信。

該速度表示從從PC端發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)過串口聯(lián)網(wǎng)模塊，轉(zhuǎn)發(fā)到設(shè)備，設(shè)備應(yīng)答，再經(jīng)串口聯(lián)網(wǎng)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)回PC的時(shí)間差。該速度反應(yīng)了串口聯(lián)網(wǎng)模塊的運(yùn)行速度。

除了基本的目的IP、波特率等參數(shù)外，串口聯(lián)網(wǎng)模塊應(yīng)該具有更為豐富的參數(shù)可以配置，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

一般的串口聯(lián)網(wǎng)模塊只能夠通過網(wǎng)絡(luò)端對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改，例如通過Web服務(wù)器，或通過PC上的特定的管理工具進(jìn)行修改。串口聯(lián)網(wǎng)模塊應(yīng)該能夠支持在MCU這端通過串口修改模塊參數(shù)。