Soluções de Hardware e Software para Comunicação UART pela Ethernet

Atualizado: Jan 21, 2025

O Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) e a Ethernet são tecnologias de comunicação de dados populares e comumente usadas. A Ethernet oferece suporte à transmissão de dados em alta velocidade por uma rede. O UART oferece suporte à comunicação serial entre dispositivos. Os usuários geralmente enfrentam desafios ao integrar o UART em sistemas que se comunicam por meio da tecnologia Ethernet.

Este artigo aborda os métodos de hardware e software para implementar a comunicação UART para Ethernet e analisa quais técnicas funcionam melhor para vários cenários de uso.

Como conectar o UART à Ethernet

A comunicação UART over Ethernet requer a conversão dos sinais UART em um protocolo apropriado para a transmissão de dados Ethernet. Um Conversor Serial to Ethernet normalmente realiza essa conversão. Você pode ver um conversor UART-to-serial chamado de ponte UART para Ethernet ou um servidor de dispositivos. A seguir estão as melhores soluções para configurar a funcionalidade UART over Ethernet.

Implementação de um Conversor Serial to Ethernet

Um conversor Serial para Ethernet pode conectar dispositivos UART, como sensores ou microcontroladores a uma rede Ethernet. O conversor funciona como uma ponte entre a rede e os dispositivos. O conversor permite que os dispositivos UART transmitam dados pela Ethernet como se estivessem conectados a uma porta serial física.

Siga estas etapas para instalar um conversor UART over Ethernet:

Selecione um conversor: Existem diversos conversores Serial para Ethernet disponíveis em empresas como Lantronix (XPort), Moxa (NPort) e Digi (ConnectPort).
Conecte um dispositivo UART ao conversor: Conecte as linhas UART (TX, RX, GND) à porta serial do conversor.
Conecte o conversor à Ethernet: Conecte a porta Ethernet do conversor à rede local.
Configure os parâmetros do conversor: Use a interface de configuração do conversor para definir os parâmetros, como os de porta e endereço IP.
Habilite a comunicação por software: Use um aplicativo como um emulador de terminal que ofereça suporte à conectividade TCP/IP para estabelecer a comunicação Ethernet com o protocolo UDP ou TCP.

Vantagens:

Implementação simples: Um adaptador UART to Ethernet oferece funcionalidade plug-and-play e existem modelos já configurados para uso.
Suporte a vários protocolos: Um conversor de hardware oferece suporte à comunicação TCP/IP e UDP/IP por Ethernet.
Acesso Remoto: O conversor permite o acesso remoto de dispositivos UART pela rede.

Desvantagens:

Custo: Os conversores UART para Ethernet de qualidade podem ser caros.
Latência: O processo de conversão pode resultar em uma latência indesejada.

Criação de um Conversor UART-to-Ethernet

Você pode criar uma ponte UART para Ethernet personalizável e barata com um microcontrolador ou uma matriz de portas de campo programáveis (FPGA) equipada com interfaces UART e Ethernet.

Componentes necessários:

Microcontrolador: É necessário um microcontrolador como um Raspberry Pi, STM32 ou ESP32 que suporte Ethernet ou Wi-Fi e tenha uma porta UART.
Interface Ethernet: Se o seu microcontrolador não estiver equipado com uma interface Ethernet, você pode usar um módulo UART Ethernet, como o ENC28J60 ou o Wiznet W5100.
Firmware: Você precisará desenvolver um firmware com os seguintes recursos:
- Pode ler dados da porta UART;
- Pode enviar e receber dados Ethernet pela rede;
- Converte dados UART em estruturas Ethernet TCP/UDP;
- Converte dados Ethernet em sinais UART.

Etapas da implementação:

UART para Ethernet: O microcontrolador recebe dados UART e os encapsula em pacotes TCP ou UDP para sua transmissão pela Ethernet.
Configuração de Rede: Atribua ao seu dispositivo um endereço IP e configure a rede para permitir a comunicação.
Receber e converter dados: O microcontrolador receptor ou dispositivo semelhante recebe e extrai os dados UART da Ethernet e os transmite via UART.

Vantagens:

Personalizável: Você tem controle total sobre a transmissão de dados.
Flexibilidade: Você pode adicionar recursos como tratamento de erros ou criptografia para aprimorar a comunicação.
Custo: Esta pode ser a solução mais barata para usuários com microcontroladores e componentes Ethernet.

Desvantagens:

Complexidade: A implementação da lógica de comunicação e o tratamento do protocolo podem ser complexos.
Tempo de desenvolvimento: O projeto, a programação e o teste da solução podem consumir muito tempo.

Use um computador de placa única como o Raspberry Pi

Um computador de placa única (SBC), como um Raspberry Pi, compatível com a conectividade Ethernet, pode servir como uma ponte UART to Ethernet e como dispositivo final.

Como configurar um SBC como um conversor de UART para Ethernet:

Hardware: Conecte o dispositivo UART ao Raspberry Pi com um adaptador USB to UART. Você também pode conectar diretamente os pinos GPIO do dispositivo às linhas UART no SBC.
Rede: Conecte o Raspberry Pi à rede com Wi-Fi ou Ethernet.
Software: Faça o tunelamento dos dados UART pela Ethernet usando o software Raspberry Pi, como o Socat ou o Ser2net. Você pode usar o Ser2net para estabelecer um servidor TCP a fim de identificar a comunicação Ethernet de entrada e encaminhar os dados para um dispositivo UART.

Vantagens:

Acessível: Usar um Raspberry Pi e um adaptador USB para UART é uma solução econômica.
Flexible: A configuração e a personalização podem ser realizadas com ferramentas de código aberto.
Potente: O Raspberry Pi pode executar tarefas adicionais, como registro de dados ou conversão de protocolos.

Desvantagens:

Tamanho e consumo de energia: Um Raspberry Pi pode ser maior do que você precisa ou consumir muita energia para uma simples comunicação UART para Ethernet.
Curva de Aprendizagem: A configuração requer conhecimento de Linux.

Use o software Serial to Ethernet Connector

Serial to Ethernet Connector e um software UART over Ethernet que pode ser usado como adaptador UART over Ethernet, oferecendo suporte à comunicação entre um dispositivo serial e uma rede Ethernet. Vamos dar uma olhada nos detalhes dessa solução de comunicação UART para Ethernet.

Como Funciona o Software Serial to Ethernet Connector

O software Serial to Ethernet Connector cria portas serial virtuais que podem ser mapeadas para uma rede Ethernet. A porta serial virtual converte os sinais UART em um protocolo adequado para comunicação em rede, normalmente TCP/IP ou UDP.

Aqui estão os detalhes de como o Serial to Ethernet Connector fornece conectividade UART over Ethernet.

Mapeamento da porta COM virtual: O software cria portas serial virtuais que emulam portas físicas no computador. As portas virtuais são vinculadas a um canal de comunicação Ethernet usando os protocolos TCP ou UDP para transmitir os dados entre os dispositivos por meio da rede.

Encapsulamento de dados UART: O software encapsula os dados UART no protocolo TCP/IP ou UDP antes de serem transmitidos pela Ethernet por meio da porta serial virtual. O dispositivo receptor reverte o processo e desencapsula os dados, convertendo-os em sinais UART na porta serial virtual.

Comunicação bidirecional: O software estabelece um canal de comunicação bidirecional que facilita o envio e o recebimento de dados entre os dispositivos Ethernet e UART..

Configuração da conexão: O software pode se conectar a endereços IP definidos para permitir que os dispositivos UART se comuniquem com computadores remotos conectados à rede. Esse recurso fornece acesso remoto para enviar e receber dados UART pela rede.

Vantagens do software UART over Ethernet

Acesso Remoto: O software suporta acesso remoto para controlar e monitorar dispositivos UART em redes Ethernet.
Não é necessário hardware: O software elimina a necessidade de conversores de hardware e ajuda a manter a comunicação baseada em rede.
Custo: O software oferece um método flexível e econômico de conectar vários dispositivos UART sem a necessidade de adquirir conversores de hardware adicionais.

O software Serial to Ethernet Connector pode substituir as soluções de hardware para estabelecer a transmissão de dados UART em uma rede Ethernet. Uma solução de software requer computadores ou dispositivos que executem o aplicativo. Os sistemas integrados ou a comunicação baseada em hardware podem se beneficiar de um conversor de hardware UART to Ethernet para aumentar a confiabilidade.

Principais Diferenças entre Conectores UART-to-Ethernet baseados em Hardware e Software

Recurso	Serial to Ethernet Connector (Software)	UART-to-Ethernet Converter (Hardware)
Fator de Forma	Software executado em um PC ou sistema integrado	Dispositivo de hardware físico
Facilidade de Configuração	Requer instalação e configuração de software	Normalmente plug-and-play; é necessária uma configuração mínima
Flexibilidade	Altamente personalizável; pode ser adaptado a necessidades específicas	Limitado; restringido pelo hardware e firmware
Custo	Custo mais baixo; usa hardware existente, como PCs ou SBCs	Custo inicial mais alto do hardware
Latência	Maior latência devido ao processamento de software	Menor latência; otimizado para sistemas em tempo real
Manutenção	O software pode precisar de atualizações periódicas ou solução de problemas	Normalmente menor; o hardware é dedicado e estável
Casos de Uso	Prototipagem, aplicações de baixo custo ou flexíveis	Industrial, sistemas integrados, aplicativos em tempo real

Escolha um conversor de hardware UART to Ethernet quando esses recursos forem essenciais:

Confiabilidade para aplicações integradas, comerciais ou industriais;
A operação estável e contínua e a baixa latência são essenciais;
A funcionalidade plug-and-play agiliza a implementação..

Selecione um Conector UART to Ethernet baseado em software quando:

Você precisa de uma solução flexível e econômica para desenvolvimento e teste de aplicativos;
Você tem um dispositivo capaz de executar o software de conversão Serial to Ethernet;
Você deseja personalizar o conversor com recursos como registro ou criptografia.

Conclusão:

A escolha entre um conversor de hardware e de software deve ser influenciada pelos requisitos de seu aplicativo ou ambiente de computação. Um conversor de hardware UART to Ethernet oferece uma solução confiável para ambientes industriais com implementação simplificada. As soluções de software, como o Serial to Ethernet Connector, são uma excelente opção para o desenvolvimento de aplicativos ou quando o custo é um fator importante. A opção de software permite a personalização e é mais flexível do que uma solução de hardware.

Serial to Ethernet Connector

Acessar a porta serial remota pela rede IP para Windows

Teste Grátis

Teste Gratuito de 14 dias disponível

O preço da licença começa em $259.95

Disponível para