Hardware- und Softwarelösungen für UART-über-Ethernet-Kommunikation

Sie können eine anpassbare und kostengünstige UART-auf-Ethernet-Brücke mit einem Mikrocontroller oder einem FPGA (Field Programmable Gate Array) bauen, der mit UART- und Ethernet-Schnittstellen ausgestattet ist.

Erforderliche Komponenten:

• Mikrocontroller: Benötigt wird ein Mikrocontroller wie ein Raspberry Pi, STM32 oder ESP32, der Ethernet oder Wi-Fi unterstützt und über einen UART-Anschluss verfügt.
• Ethernet-Schnittstelle: Wenn Ihr Mikrocontroller nicht mit einer Ethernet-Schnittstelle ausgestattet ist, können Sie ein UART-Ethernet-Modul wie das ENC28J60 oder Wiznet W5100 verwenden.
• Firmware: Sie müssen eine Firmware mit diesen Fähigkeiten entwickeln:
  • Sie kann Daten von der UART-Schnittstelle lesen;
  • Sie kann Ethernet-Daten über das Netzwerk senden und empfangen;
  • Konvertiert UART-Daten in TCP/UDP-Ethernet-Frames;
  • Konvertierung von Ethernet-Daten in UART-Signale.

Schritte zur Implementierung:

• UART auf Ethernet: Der Mikrocontroller empfängt UART-Daten und kapselt sie in TCP- oder UDP-Pakete für die Übertragung über Ethernet.
• Netzwerk einrichten: Geben Sie Ihrem Gerät eine IP-Adresse und konfigurieren Sie das Netzwerk, um die Kommunikation zu ermöglichen.
• Empfangen und Konvertieren von Daten: Ein empfangender Mikrocontroller oder ein ähnliches Gerät empfängt und extrahiert UART-Daten aus dem Ethernet und sendet sie über UART.

Vorteile:

• Anpassbar: Sie haben die vollständige Kontrolle über die Datenübertragung.
• Flexibel: Sie können Funktionen wie Fehlerbehandlung oder Verschlüsselung hinzufügen, um die Kommunikation zu verbessern.
• Kosten: Für Benutzer mit Mikrocontrollern und Ethernet-Komponenten kann dies eine kostengünstige Lösung sein.

Nachteile:

• Komplexität : Die Implementierung der Kommunikationslogik und der Protokollabwicklung kann eine Herausforderung sein.
• Entwicklungszeit: Das Entwerfen, Programmieren und Testen der Lösung kann zeitaufwändig sein.

Ein Einplatinencomputer (SBC) wie ein Raspberry Pi, der Ethernet-Konnektivität unterstützt, kann als UART-zu-Ethernet-Brücke und als Endgerät dienen.

Wie man einen SBC als UART-auf-Ethernet-Konverter konfiguriert:

• Hardware: Schließen Sie das UART-Gerät mit einem USB-zu-UART-Adapter an den Raspberry Pi an. Sie können auch die GPIO-Pins des Geräts direkt mit den UART-Leitungen auf dem SBC verbinden.
• Netzwerk: Verbinden Sie den Raspberry Pi mit dem Netzwerk über Wi-Fi oder Ethernet.
• Software: Tunneln Sie die UART-Daten über Ethernet mit einer Raspberry Pi-Software wie socat oder ser2net. Sie können ser2net verwenden, um einen TCP-Server einzurichten, der eingehende Ethernet-Kommunikation erkennt und Daten an ein UART-Gerät weiterleitet.

Vorteile:

• Erschwinglich: Die Verwendung eines Raspberry Pi und eines USB-zu-UART-Adapters ist eine kostengünstige Lösung.
• Flexibel: Einrichtung und Anpassung können mit Open-Source-Tools durchgeführt werden.
• Leistungsstark : Der Raspberry Pi kann zusätzliche Aufgaben wie Datenprotokollierung oder Protokollkonvertierung übernehmen.

Nachteile:

• Größe und Stromverbrauch: Ein Raspberry Pi ist möglicherweise größer als erforderlich oder verbraucht zu viel Strom für eine einfache UART-Ethernet-Kommunikation.
• Lernkurve: Die Einrichtung erfordert Linux-Kenntnisse.

Serial to Ethernet Connector Software kann als UART over Ethernet Adapter dienen, indem sie die Kommunikation zwischen einem seriellen Gerät und einem Ethernet-Netzwerk unterstützt. Schauen wir uns die Details dieser UART-zu-Ethernet-Kommunikationslösung an.

Wie Serial to Ethernet Connector Software funktioniert

Die Serial to Ethernet Connector Software erstellt virtuelle serielle Schnittstellen die auf ein Ethernet-Netzwerk abgebildet werden können. Die virtuelle serielle Schnittstelle konvertiert UART-Signale in ein für die Netzwerkkommunikation geeignetes Protokoll, typischerweise TCP/IP oder UDP.

Im Folgenden wird beschrieben, wie Serial to Ethernet Connector die UART-over-Ethernet-Konnektivität ermöglicht.

• Abbildung der virtuellen COM-Schnittstelle: Die Software erstellt virtuelle serielle Ports, die physische Ports auf einem Computer emulieren. Die virtuellen Ports sind mit einem Ethernet-Kommunikationskanal verbunden, der die TCP- oder UDP-Protokolle verwendet, um Daten zwischen Geräten über das Netzwerk zu übertragen.


• Verkapselung von UART-Daten: Die Software kapselt die UART-Daten in das TCP/IP- oder UDP-Protokoll ein, bevor sie über das Ethernet durch die virtuelle serielle Schnittstelle übertragen werden. Das empfangende Gerät kehrt den Prozess um, packt die Daten aus und wandelt sie am virtuellen seriellen Anschluss in UART-Signale um.


• Bidirektionale Kommunikation: Die Software baut einen bidirektionalen Kommunikationskanal auf, der das Senden und Empfangen von Daten zwischen dem Ethernet- und dem UART-Gerät erleichtert.


• Konfigurieren der Verbindung: Die Software kann eine Verbindung zu definierten IP-Adressen herstellen, damit UART-Geräte mit Computern kommunizieren können, die mit dem Netzwerk verbunden sind. Diese Funktion ermöglicht den Fernzugriff zum Senden und Empfangen von UART-Daten über das Netzwerk.

Vorteile der UART über Ethernet Software

• Fernzugriff: Die Software unterstützt den Fernzugriff zur Steuerung und Überwachung von UART-Geräten über Ethernet-Netzwerke.
• Keine Hardware erforderlich: Die Software macht Hardware-Konverter überflüssig und unterstützt die netzwerkbasierte Kommunikation.
• Kosten: Die Software bietet eine flexible und kosteneffiziente Methode für den Anschluss mehrerer UART-Geräte ohne den Kauf zusätzlicher Hardware-Konverter.

Serial to Ethernet Connector Software kann Hardware-Lösungen ersetzen, um die UART-Datenübertragung über ein Ethernet-Netzwerk herzustellen. Eine Softwarelösung erfordert Computer oder Geräte, auf denen die Anwendung ausgeführt werden kann. Eingebettete Systeme oder Hardware-basierte Kommunikation können von einem Hardware-UART-auf-Ethernet-Konverter für erhöhte Zuverlässigkeit profitieren.