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Soluzioni meccaniche ed applicative per la comunicazione UART tramite Ethernet

Editorial Team Editorial Team
Aggiornato: Jan 21, 2025

La trasmissione/ricezione asincrona universale (UART) ed Ethernet sono popolari e comunemente usate per le tecnologie di comunicazione dei dati. Ethernet supporta la trasmissione di dati ad alta velocità su una rete. UART supporta la comunicazione seriale tra i dispositivi. Gli utenti affrontano spesso diverse sfide, quando si integrano gli UART in quei sistemi che comunicano tramite la tecnologia Ethernet.


Questo articolo esamina i metodi meccanici ed applicativi per implementare la comunicazione UART alla Ethernet e discute quali tecniche funzionano meglio per vari scenari d'uso.


Come connettere UART ad Ethernet


La comunicazione UART su Ethernet richiede la conversione dei segnali UART, in un protocollo appropriato per la trasmissione dei dati Ethernet. Un convertitore da Seriale ad Ethernet esegue di solito tale conversione. Potresti osservare UART-Seriale venir definito anche Ponte UART a Ethernet o server di dispositivi. Le seguenti, sono le soluzioni migliori per impostare UART tramite funzionalità Ethernet.

Distribuzione di un convertitore da Seriale a Ethernet

Un convertitore da Seriale a Ethernet può collegare dei dispositivi UART, come sensori o microcontrollori, ad una rete Ethernet. Il convertitore funge da ponte tra la rete ed i dispositivi. Un convertitore consente ai dispositivi UART di trasmettere dei dati su Ethernet, come se questo convertitore fosse collegato ad una porta seriale fisica.


Usa questi passaggi per distribuire un convertitore da UART su Ethernet:


  • Seleziona un convertitore: sono disponibili da aziende come Lantronix (XPort), Moxa (NPort) e Digi (ConnectPort) dei convertitori multipli da Seriale ad Ethernet.
  • Connetti un dispositivo UART al convetitore: connetti le linee UART (TX, RX, GND) alla porta seriale del convertitore.
  • Connetti il convertitore alla Ethernet: connetti la porta Ethernet del convertitore alla rete locale.
  • Configura i parametri del convertitore: usa l’interfaccia di configurazione del convertitore per configurare i parametri come le impostazioni della porta ed indirizzo IP.
  • Abilita la comunicazione del programma: usa un’applicazione come un emulatore e di terminale che supporti TCP/IP la connettività TCP/IP, onde stabilire la comunicazione Ethernet con il protocollo UDP o TCP.

Vantaggi:


  • Distribuzione semplice: un adattatore UART a Ethernet offre funzionalità plug-and-play e sono disponibili modelli già configurati per l’uso.
  • Supporto di protocolli molteplici: le comunicazioni TCP/IP ed UDP/IP tramite Ethernet vengono supportate da un convertitore meccanico.
  • Accesso remoto: il convertitore abilita l’accesso remoto ai dispositivi UART su una rete.

Svantaggi:


  • Costi: i convertitori di qualità UART a Ethernet possono risultare costosi.
  • Latenza: il processo di conversione potrebbe dare vita ad una latenza indesiderata.

Costruzione di un convertitore da UART-a-Ethernet

Puoi costruire un ponte da UART ad Ethernet senza spese e personalizzabile con un microcontrollore o vettore di passaggio programmabile sul campo (Field Programmable Gate Array) dotato di interfacce UART ed Ethernet.


Componenti richiesti:


  • Microcontrollore: un microcontrollore come un Raspberry Pi, STM32 o ESP32 che supporta Ethernet o Wi-Fi e serve una porta UART.
  • Interfaccia Ethernet: se il tuo microcontrollore non è equipaggiato di un’interfaccia Ethernet, puoi usare un modulo Ethernet UART come ENC28J60 o Wiznet W5100.
  • Firmware: avrai bisogno di sviluppare del firmware con queste capacità:
    • che sia in grado di leggere i dati dalla porta UART;
    • che sia in grado di inviare e ricevere i dati Ethernet sulla rete;
    • che sia in grado di convertire i dati UART in frammenti TCP/UDP Ethernet;
    • che sia in grado di convertire i dati Ethernet in segnali UART.

Passaggi di implementazione:


  • UART a Ethernet: il microcontrollore riceve dati UART e li incapsula in pacchetti TCP o UDP per la trasmissione tramite Ethernet.
  • Impostazioni di rete: dai al tuo dispositivo un indirizzo IP e configura la rete per abilitare la comunicazione.
  • Riceve e converti i dati: un microcontrollore ricevente, o dispositivo simile, riceve ed estrae i dati UART da Ethernet e li trasmette tramite UART.

Vantaggi:


  • Personalizzabile: hai il totale controllo sulla trasmissione dei dati.
  • Flessibilità: puoi aggiungere funzionalità come la gestione degli errori o la crittografia per migliorare la comunicazione.
  • Costi: questa può risultare una soluzione meno costosa per gli utenti con microcontrollori e componenti Ethernet.

Svantaggi:


  • Complessità: l’implementazione della logica della comunicazione e della gestione del protocollo potrebbe risultare impegnativa.
  • Tempistiche di sviluppo: la progettazione, la programmazione ed il collaudo della soluzione potrebbe far consumare tempo.

Uso di un Single-board Computer, come un Raspberry Pi

Un single-board computer (SBC) come un Raspberry Pi, che supporta la connessione Ethernet, può servire da ponte tra UART a Ethernet ed un dispositivo finale.


Come configurare un SBC come convertitore da UART ad Ethernet:


  • Hardware: collega il dispositivo UART al Raspberry Pi con un adattatore USB-UART. Puoi anche collegare direttamente i piedini GPIO del dispositivo alle linee UART su SBC.
  • Rete: connetti Raspberry Pi alla rete, tramite Wi-Fi oppure Ethernet.
  • Software: incanala i dati UART su Ethernet usando un programma su Raspberry Pi, come SOCAT o SER2NET. Puoi usare Ser2NET per stabilire un server TCP onde identificare la comunicazione Ethernet in arrivo ed inoltrare dati ad un dispositivo UART.

Vantaggi:


  • Conveniente: l’uso di un Raspberry Pi e un adattatore da USB a UART risulta essere una soluzione economica.
  • Flessibile: l’impostazione e la personalizzazione può essere essere eseguita con strumenti a codice sorgente libero.
  • Potente: Raspberry Pi può eseguire impieghi aggiuntivi come l’annotazione dei dati o la conversione del protocollo.

Svantaggi:


  • Dimensioni e consumo di energia: un Raspberry Pi potrebbe essere più grande del necessario o consumare troppa potenza per una semplice comunicazione UART-Ethernet.
  • Curva d’apprendimento: l’impostazione richiede una conoscenza di Linux.

Uso del programma Serial to Ethernet Connector

Serial to Ethernet Connector è un programma che può fungere da adattatore UART su Ethernet, supportando la comunicazione tra un dispositivo seriale e una rete Ethernet. Diamo un'occhiata ai dettagli di questa soluzione di comunicazione da UART a Ethernet.


Come funziona il programma Serial to Ethernet Connector


Il programma Serial to Ethernet Connectorcrea delle porte seriali virtuali mappabili ad una rete Ethernet. Il convertitore UART per porta seriale virtuale invia segnali in un protocollo adatto per la comunicazione di rete, in genere TCP/IP o UDP.


Ecco qui i dettagli su come il connettore da Seriale ad Ethernet fornisce la connettività da UART su Ethernet.


  • Mappatura della porta COM virtuale: il programma crea delle porte seriali virtuali che emulano le porte fisiche su un computer. Le porte virtuali sono collegate ad un canale di comunicazione Ethernet usando i protocolli TCP o UDP per trasmettere i dati tra i dispositivi tramite la rete.

  • Incapsulamento dei dati UART: il programma incapsula i dati UART nel protocollo TCP/IP o UDP prima di essere trasmesso su Ethernet, tramite la porta seriale virtuale. Il dispositivo di ricezione inverte il processo e spacchetta i dati, convertendoli in segnali UART sulla porta seriale virtuale.

  • Comunicazione bidirezionale: il programma stabilisce un canale di comunicazione bidirezionale, che facilita l’invio e la ricezione dei dati tra i dispositivi Ethernet e UART.

  • Configurazione della connessione: il programma è in grado di connettersi a degli indirizzi IP definiti, per consentire ai dispositivi UART di comunicare con i computer remoti connessi alla rete. Tale funzione fornisce un accesso remoto per inviare e ricevere i dati UART sulla rete.

Vantaggi di un programma per UART su Ethernet

  • Accesso remoto: il programma supporta l’accesso remoto onde controllare e monitorare i dispositivi UART lungo tutte le reti Ethernet.
  • Nessun dispositivo necessario: il programma elimina il bisogno di convertitori meccanici ed aiuta a supportare la comunicazione basata su rete.
  • Costi: il programma offre un metodo flessibile ed economico per collegare più dispositivi UART senza acquistare ulteriori convertitori meccanici.

Il programma Serial to Ethernet Connector può sostituire le soluzioni meccaniche, per stabilire la trasmissione di dati UART su una rete Ethernet. Una soluzione software richiede computer o dispositivi in grado di eseguire l’applicazione. I sistemi incorporati o la comunicazione basata su hardware possono beneficiare di un convertitore meccanico da UART a Ethernet per un’affidabilità maggiore.

Differenze chiave tra connettori da UART-a-Ethernet basati su meccanismi ed applicativi

Funzione Serial to Ethernet Connector (Programma) UART-to-Ethernet Converter (Dispositivo)
Fattore forma Programma in esecuzione su un PC o sistema incorporato Dispositivo meccanico fisico
Semplicità di impostazione Richiede l’installazione e configurazione del programma Di solito plug-and-play; richiesta una configurazione minima
Flessibilità Altamente personalizzabile; si adatta bene ad esigenze specifiche Limitato; vincolato da hardware e firmware
Costi Costi inferiori; usa i dispositivi pre esistenti, come PC o SBC Costo iniziale più elevato per l’hardware
Latenza Latenza più elevata dovuta all’elaborazione del programma Latenza inferiore; ottimizzato per i sistemi in tempo reale
Manutenzione Il programma potrebbe richiedere aggiornamenti periodici o risoluzione dei problemi Tipicamente più basso; l’hardware è dedicato e stabile
Casi d’uso Applicazioni flessibili, a basso costo o prototipabili Sistemi incorporati, industriali, applicativi in tempo reale

Scegli un convertitore UART a Ethernet meccanico, quando queste funzioni risultano essenziali:


  • Affidabilità per applicazioni incorporate, commerciali o industriali;
  • Il funzionamento stabile continuo e la bassa latenza sono fondamentali;
  • Distribuzione semplificata della funzione plug-and-play.

Seleziona un connettore da UART a Ethernet basato su applicativo, quando:


  • Hai bisogno di una soluzione flessibile ed economica per lo sviluppo e collaudo dell’applicazione;
  • Hai un dispositivo in grado di eseguire il programma di conversione da Seriale a Ethernet;
  • Vuoi perosnalizzare il convertitore con funzioni come l’annotazione e la crittografia.

Conclusioni:


I requisiti dell’applicazione o dell’ambiente di elaborazione dovrebbero influenzare la scelta tra un convertitore meccanico e programmatico. Un convertitore meccanico da UART a Ethernet fornisce una soluzione affidabile per le impostazioni industriali con distribuzione aerodinamica. Le soluzioni applicative, come il connettore da Seriale a Ethernet, sono una scelta eccellente per lo sviluppo dell’applicazione o quando il costo risulta essere un fattore decisivo. L’opzione software consente la personalizzazione ed è più flessibile di una soluzione hardware.

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