當前，工業(yè)以太網技術是工業(yè)控制領域中的研究熱點。與傳統(tǒng)控制網絡相比，工業(yè)以太網具有應用廣泛、為所有的編程語言所支持、軟硬件資源豐富、易于與Internet連接、可實現辦公自動化網絡與工業(yè)控制網絡的無縫連接等諸多優(yōu)點。由于這些優(yōu)點，特別是與信息傳輸技術的無縫集成以及傳統(tǒng)技術無法比擬的傳輸帶寬，以太網得到了工業(yè)界的認可。

    傳統(tǒng)的通信方式通常使用RS232、RS485或RS422方式實現，但是隨著網絡的發(fā)展和應用需求的提升，傳統(tǒng)串口通信的缺點也日益凸現，比如：通信距離短、速率低、可靠性低、網絡特性差、需要專門布線等等。以太網通信可以很好地解決串口通信所存在的不足。隨著以太網技術長期  穩(wěn)定的發(fā)展與成熟，它已經成為局域網中的主流通信方式，同時以太網也是Internet的主要組成部分，利用以太網技術，也可以方便的實現Internet遠程通信。

    為升級串口通信，串口以太網技術應運而生，隨著此項技術的成熟與發(fā)展，串口設備也可以很好的適應網絡通信，發(fā)揮出網絡通信的優(yōu)勢，適應更高的需求。

    串口以太網轉換設備和模塊，因為考慮到已有的串口網絡、通信方式，以及進入以太網網絡中存在各種新情況（如IP地址分配，域名解析，網絡安全，網絡性能），所以需要應用很多的新技術，我們以市場上的一款產品串口以太網產品為例，介紹這些技術。

    廣州致遠電子有限公司開發(fā)的ZNE系列嵌入式網絡模塊以及NETCOM系列串口服務器等以太網產品，積累了多年的經驗，很好地利用了先進的以太網技術，充分地考慮了這種轉換的應用需求，在串口以太網技術中擁有先進的技術特點，使得用戶可以更方便、更快捷、更放心地將他的串口設備接入到以太網中，提高系統(tǒng)的價值。

    下面分別介紹一下其中幾項具有代表性的技術：

    對于已有的串口通信網絡（或者單獨的串口設備），如何最低成本的升級到網絡，是一個值得考慮的問題：已有設備不便于重新添加電路，新開發(fā)的產品沒有時間和精力去開發(fā)網絡接口，最好能有一個方法，使得一切看起來和之前的串口一摸一樣，但是又使用了以太網。

    這種技術便是虛擬串口技術，它將串口通信封裝在網絡中，通過windows上位機驅動，實現網絡到串口的映射，讓使用者像使用真實串口一樣使用網絡串口。

    ZNE/NETCOM系列支持虛擬串口工作模式，不需更改設備代碼，也不需要修改該寫上位機軟件，只要使用ZNE/NETCOM系列產品，運行上位機虛擬串口軟件驅動，就可以由原有的串口通信，無縫的升級到以太網通訊方式。

圖 1 虛擬串口技術

    在對數據傳輸的安全性有考慮的場合，如ATM取款機，POS機等，用戶往往希望通訊設備本身在底層上提供安全保障機制，網絡上的設備遭受攻擊和數據盜取的危險往往比傳統(tǒng)網絡更嚴重，為此串口以太網轉換設備需要建立一套防火墻機制，為數據傳輸提供保障。

    ZNE/NETCOM提供先進的安全機制，防止未授權者的非法訪問，提供防火墻IP地址篩選，最多設置8個認證IP或IP段，能夠有效的保障網絡安全。

    另外，NETCOM設備還根據應用需要，提供256位密鑰的AES數據加密技術，為通訊加上一把不能破解的安全鎖。

圖 2 網絡安全

    由串口升級到以太網的設備，自然需要既可以從串口端本地訪問，也要能方便地從網絡端訪問，最簡便的方式是通過IE瀏覽器直接訪問、配置和監(jiān)控，無需安裝任何軟件，機動性非常高。

訪問、配置和監(jiān)控包括轉換設備的管理，以及對于串口設備本身的管理。

圖 3 Web服務器

    串口以太網轉換模塊ZNE內置Web服務器，并提供JAVA庫及1.3M網頁文件下載空間，用戶可編寫自己的網頁，對串口數據、GPIO、ADC等進行實時監(jiān)控，支持多個Web瀏覽器同時訪問。

    串口設備聯(lián)入的網絡若是通過ADSL Modem上網，那么它的公網IP地址是由網絡服務供應商動態(tài)分配的，而網絡中的通信是必須IP對IP的，為了解決這個問題，網絡上使用域名機制來實現動態(tài)IP的查找，因此，串口設備要在此環(huán)境中正常工作，需要支持域名解析(DNS技術)。

    ZNE/NETCOM系列產品的設備，支持DNS協(xié)議，可以通過域名解析獲得服務器的動態(tài)IP，網絡訪問的靈活性大大增強。

    ZNE/NETCOM甚至不需指定IP，內部實現的DHCP協(xié)議可以自動地從路由獲取IP地址。

圖 4 DNS域名解析

    連接在網絡上的監(jiān)控設備，并不是時時刻刻都需要網絡通信的，因此，使設備具有不通訊時自動斷開網絡連接的功能，無疑會給設備以及網絡帶來巨大的資源節(jié)省，同時也減少了對網絡流量的占用。

    ZNE/NETCOM不僅能通過設置，找到系統(tǒng)通信的空閑狀態(tài)，而且能夠檢測網絡的聯(lián)通狀態(tài)，檢測監(jiān)控方是否在線，在各種無需聯(lián)通的情況下，ZNE/NETCOM都會斷開TCP連接。

    設備端網絡故障

   ZNE/NETCOM系列產品能夠檢測自身物理連接，并在物理連接斷開的情況下，自動斷開TCP連接，也可以關閉該功能，待物理連接正常之后，繼續(xù)原先的連接。

圖 5  物理連接檢測

    監(jiān)控中心網絡端故障

   使用“心跳檢測”功能的原因包括監(jiān)控者關機、網絡斷開、軟件關閉、程序錯誤或網絡故障等原因。

   該檢測機制的原理是：當無數據收發(fā)時，通信進入傳輸空閑狀態(tài)，如圖 6所示ZNE/NETCOM會啟動一個計時器，對空閑狀態(tài)進行計時，如果到達一定的時間之后仍然處于傳輸空閑狀態(tài)，那么有可能是對方或者網絡出現問題，這時它會給對方發(fā)送一個心跳包，如果一切正常，那么對方會回發(fā)一個心跳回應包，如果未收到回應，那么可以斷定出現故障，它將斷開當前TCP連接，準備下一次連接。

圖 6 心跳檢測

    TCP超時連接斷開

    如果ZNE/NETCOM連接的網絡設備使用精簡的、不完善的網絡協(xié)議，不支持心跳檢測（PC及標準網絡設備均支持），那么還可以使用“超時連接斷開”機制結束出現故障的網絡連接。

   當兩次數據傳輸之間的間隔比較大時，超時連接斷開功能可以有效的節(jié)省網絡資源，如圖 7所示，傳輸空閑時間大于用戶設定的超時時間，那么ZNE/NETCOM將自動斷開TCP連接，直到串口或者網絡有數據收發(fā)時，再次啟動TCP連接。ZNE/NETCOM使用大量的數據緩沖區(qū)緩存數據，使得再次啟動也不會導致數據丟失。

    如果傳輸空閑間隔小于超時時間，那么定時器將在未計滿的情況下歸零并停止，直到下次進入空閑后再啟動

圖 7  超時連接斷開

    廣州致遠電子有限公司多年來專心于以太網技術（Ethernet/IP）的研究，在網絡兼容性和安全保密上具有很高的造詣和豐富的經驗，在以太網技術上擁有眾多技術創(chuàng)新。廣州致遠電子有限公司開發(fā)的ZNE系列嵌入式網絡模塊以及NETCOM系列串口服務器等產品很好的利用先進的以太網技術，實現了串口通信向以太網通信的完美升級。廣州致遠電子有限公司開發(fā)的以太網串口產品如表1所示。

表1 以太網串口產品目錄

產品型號	接口電平/方式	產品簡介
嵌入式以太網串口轉換模塊	TTL-UART	嵌入到用戶設備中增加以太網接口
串口設備聯(lián)網服務器	RS-232/485/422	幫助單個用戶設備連入以太網
多串口設備聯(lián)網服務器	RS-232/485/422	幫助多個用戶設備連入以太網
多串口設備安全聯(lián)網服務器	RS-232/485/422	幫助多個用戶設備安全連入以太網
Modbus通訊網關	RS-232/485/422	連通Modbus TCP設備和Modbus RTU/ASCII設備
以太網CAN-bus轉換設備	CAN-bus	把CAN-bus總線連入以太網

 

    廣州致遠電子有限公司以太網串口產品擁有很大的市場份額，具有很高的市場知名度，在穩(wěn)定性、兼容性、可靠性上擁有良好的口碑。廣州致遠電子有限公司將致力于開發(fā)最好的以太網產品，滿足各個行業(yè)不同客戶的需求。廣州致遠電子有限公司（www.embedcontrol.com）咨詢熱線：020-28872342

    串口以太網產品在地鐵，煤礦，銀行，超市，稱重行業(yè)都有了廣泛的應用，但是仍然有許多的產品開發(fā)商，系統(tǒng)集成商面臨著開發(fā)成本、開發(fā)周期、網絡安全、網絡性能，使用難易度等方面的問題，串口以太網轉換設備的專業(yè)廠家已經針對這些問題做了詳細的分析，并設計出讓符合用戶需求的產品，最低成本，最高質量地實現了串口通信向網絡通訊的完美升級。