Soluciones de Hardware y Software para comunicación UART a través de Ethernet

Actualizado: Jan 21, 2025

Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) y Ethernet son tecnologías de comunicación de datos populares y muy utilizadas. Ethernet permite la transmisión de datos a alta velocidad a través de una red. UART permite la comunicación serie entre dispositivos. A menudo, los usuarios tienen dificultades al integrar la UART en sistemas que se comunican a través de la tecnología Ethernet.

En este artículo se analizan los métodos de hardware y software para establecer la comunicación UART a Ethernet y se examina qué técnicas funcionan mejor en los distintos escenarios de uso.

Cómo conectar UART a Ethernet

La comunicación UART por Ethernet precisa la conversión de las señales UART en un protocolo adecuado para la transmisión de datos por Ethernet. Un Conversor Serial to Ethernet normalmente realiza esta conversión. Es posible que vea un convertidor de UART a serie llamado puente de UART to Ethernet o servidor de dispositivos. Las siguientes son las mejores soluciones para configurar la funcionalidad UART por Ethernet.

Implementación de un Conversor Serie a Ethernet

Un conversor de serie a Ethernet puede conectar dispositivos UART, como sensores o microcontroladores, a una red Ethernet. El convertidor actúa como puente entre la red y los dispositivos. El conversor permite a los dispositivos UART transmitir datos a través de Ethernet como si estuvieran conectados a un puerto serie físico.

Siga estos pasos para implementar un convertidor UART over Ethernet:

Seleccione un conversor: Existen varios convertidores de serie a Ethernet de empresas como Lantronix (XPort), Moxa (NPort) y Digi (ConnectPort)..
Conecte un dispositivo UART al convertidor: Conecte las líneas UART (TX, RX, GND) al puerto serie del convertidor.
Conecte el conversor a Ethernet: Conecte el puerto Ethernet del conversor a la red local.
Configure los parámetros del conversor : Use la interfaz de configuración del conversor para configurar los parámetros, como el puerto y la dirección IP.
Habilite la comunicación por software: Use una aplicación como un emulador de terminal que admita conectividad TCP/IP para establecer la comunicación Ethernet con el protocolo UDP o TCP.

Ventajas:

Instalación sencilla: Un adaptador UART a Ethernet proporciona funcionalidad plug-and-play y existen modelos ya configurados para su uso.
Compatible con varios protocolos: La comunicación TCP/IP y UDP/IP a través de Ethernet es compatible con un conversor de hardware.
Acceso Remoto: El conversor facilita el acceso remoto a los dispositivos UART a través de la red.

Desventajas:

Coste: Los conversores UART to Ethernet de calidad pueden ser caros.
Latencia: El proceso de conversión puede ocasionar una latencia no deseada.

Construcción de un conversor UART to Ethernet

Puede construir un puente UART a Ethernet personalizable y económico con un microcontrolador o una matriz de puertas de campo programable (FPGA) equipada con interfaces UART y Ethernet.

Componentes necesarios:

Microcontrolador: Se necesita un microcontrolador como un Raspberry Pi, STM32, o ESP32 que soporte Ethernet o Wi-Fi y tenga un puerto UART.
Interfaz Ethernet: Si su microcontrolador no está equipado con una interfaz Ethernet, puede utilizar un módulo UART Ethernet como el ENC28J60 o el Wiznet W5100.
Firmware: Tendrá que desarrollar firmware con estas características:
- Puede leer datos del puerto UART;
- Puede enviar y recibir datos Ethernet a través de la red;
- Convierte los datos UART en secuencias Ethernet TCP/UDP;
- Convierte los datos Ethernet en señales UART.

Pasos para la implementación:

UART a Ethernet: El microcontrolador recibe los datos UART y los encapsula en paquetes TCP o UDP para su transmisión a través de Ethernet.
Configuración de la Red: Asigne una dirección IP a su dispositivo y configure la red para permitir la comunicación.
Recepción y conversión de datos: Un microcontrolador receptor o dispositivo similar recibe y extrae los datos UART de la red Ethernet y los transmite a través de UART.

Ventajas:

Personalizable: Usted tiene el control total de la transmisión de datos.
Flexibilidad: Puede añadir funciones como la gestión de errores o el cifrado para mejorar la comunicación.
Coste: Esta puede ser una solución más económica para los usuarios con microcontroladores y componentes Ethernet.

Desventajas:

Complejidad: Implementar la lógica de comunicación y el manejo de protocolos puede ser complicado.
Tiempo de desarrollo: Diseñar, programar y probar la solución puede llevar mucho tiempo.

Utilizar un ordenador monoplaca como una Raspberry Pi

Un ordenador monoplaca (SBC) como un Raspberry Pi que admita conectividad Ethernet puede servir como puente UART a Ethernet y como dispositivo final.

Cómo configurar un SBC como conversor de UART a Ethernet:

Hardware: Conecte el dispositivo UART a la Raspberry Pi con un adaptador USB a UART. También puede conectar directamente los pines GPIO del dispositivo a las líneas UART del SBC.
Red: Conecte la Raspberry Pi a la red con Wi-Fi o Ethernet.
Software: Tunelice los datos UART a través de Ethernet utilizando software Raspberry Pi como Socat o Ser2net. Puede utilizar Ser2net para crear un servidor TCP para identificar la comunicación Ethernet entrante y reenviar los datos a un dispositivo UART.

Ventajas:

Asequible: Una solución económica es utilizar una Raspberry Pi y un adaptador USB a UART.
Flexible: La configuración y personalización pueden realizarse con herramientas de código abierto.
Potente: La Raspberry Pi puede realizar tareas adicionales como el registro de datos o la conversión de protocolos.

Desventajas:

Tamaño y consumo de energía: Una Raspberry Pi puede ser más grande de lo que usted necesita o consumir demasiada energía para una simple comunicación UART a Ethernet.
Curva de Aprendizaje: La instalación requiere conocimientos de Linux.

Use el software Serial to Ethernet Connector

Serial to Ethernet Connector es un software que puede actuar como adaptador UART por Ethernet, ya que permite la comunicación entre un dispositivo serie y una red Ethernet. Veamos los detalles de esta solución de comunicación UART a Ethernet.

Cómo Funciona el Software Serial to Ethernet Connector

El software Serial to Ethernet Connector crea puertos serie virtuales que pueden mapearse a una red Ethernet. El puerto serie virtual convierte las señales UART en un protocolo adecuado para la comunicación en red, normalmente TCP/IP o UDP.

Estos son los detalles de cómo Serial to Ethernet Connector proporciona conectividad UART por Ethernet.

Mapeo del puerto COM virtual: El software crea puertos serie virtuales que emulan los puertos físicos del ordenador. Los puertos virtuales se conectan a un canal de comunicación Ethernet mediante los protocolos TCP o UDP para transmitir los datos entre los dispositivos a través de la red.

Encapsulado de datos UART: El software encapsula los datos UART en el protocolo TCP/IP o UDP antes de transmitirlos por Ethernet a través del puerto serie virtual. El dispositivo receptor invierte el proceso y desencapsula los datos, convirtiéndolos en señales UART en el puerto serie virtual.

Comunicación bidireccional: El software establece un canal de comunicación bidireccional que facilita el envío y la recepción de datos entre los dispositivos Ethernet y UART.

Configuración de la conexión: El software puede conectarse a direcciones IP definidas para permitir que los dispositivos UART se comuniquen con ordenadores remotos conectados a la red. Esta función proporciona acceso remoto para enviar y recibir datos UART a través de la red.

Ventajas del software UART over Ethernet

Acceso Remoto: El software permite el acceso remoto para controlar y supervisar los dispositivos UART over Ethernet.
No necesita hardware: El software elimina la necesidad de conversores de hardware y facilita la comunicación en red.
Coste: El software propone un método flexible y rentable para conectar varios dispositivos UART sin necesidad de adquirir conversores de hardware adicionales.

El software Serial to Ethernet Connector puede sustituir a las soluciones de hardware para establecer la transmisión de datos UART a través de una red Ethernet. Una solución de software requiere ordenadores o dispositivos que puedan ejecutar la aplicación. Los sistemas integrados o la comunicación basada en hardware pueden utilizar un conversor UART a Ethernet por hardware para mejorar la fiabilidad.

Principales Diferencias Entre los Conectores UART-to-Ethernet Basados en Hardware y Software

Característica	Serial to Ethernet Connector (Software)	UART-to-Ethernet Converter (Hardware)
Factor de Forma	Software que se ejecuta en un PC o en un sistema integrado	Dispositivo de hardware físico
Facilidad de Instalación	Requiere la instalación y configuración de software	Normalmente plug-and-play; requiere una configuración mínima
Flexibilidad	Muy personalizable; puede adaptarse a necesidades específicas	Limitado; restringido por el hardware y el firmware
Coste	Bajo coste; utiliza el hardware existente, como PC o SBC	Mayor coste inicial del hardware
Latencia	Mayor latencia debido al procesamiento por software	Menor latencia; optimizado para sistemas en tiempo real
Mantenimiento	El software puede necesitar actualizaciones periódicas o solución de problemas	Normalmente menor; el hardware es dedicado y estable
Casos de Uso	Prototipos, aplicaciones de bajo coste o flexibles	Industrial, sistemas integrados, aplicaciones en tiempo real

Elija un convertidor UART a Ethernet por hardware cuando estas características sean esenciales:

Fiabilidad para aplicaciones integradas, comerciales o industriales;
El funcionamiento estable y continuo y la baja latencia son fundamentales;
La funcionalidad plug-and-play agiliza la instalación.

Seleccione un software basado en UART to Ethernet Connector cuando:

Necesita una solución flexible y económica para desarrollar y probar aplicaciones;
Dispone de un dispositivo capaz de ejecutar software de conversión Serie a Ethernet;
Desea personalizar el conversor con funciones como el registro o el cifrado.

Conclusión:

En la elección entre un conversor de hardware o de software deben influir los requisitos de su aplicación o entorno informático. Un conversor de hardware de UART a Ethernet es una solución fiable para entornos industriales con una instalación simplificada. Las soluciones de software como Serial to Ethernet Connector son una opción excelente para el desarrollo de aplicaciones o cuando el coste es un factor importante. La opción de software permite la personalización y es más flexible que una solución de hardware.

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