当前，工业以太网技术是工业控制领域中的研究热点。与传统控制网络相比，工业以太网具有应用广泛、为所有的编程语言所支持、软硬件资源丰富、易于与Internet连接、可实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接等诸多优点。由于这些优点，特别是与信息传输技术的无缝集成以及传统技术无法比拟的传输带宽，以太网得到了工业界的认可。

    传统的通信方式通常使用RS232、RS485或RS422方式实现，但是随着网络的发展和应用需求的提升，传统串口通信的缺点也日益凸现，比如：通信距离短、速率低、可靠性低、网络特性差、需要专门布线等等。以太网通信可以很好地解决串口通信所存在的不足。随着以太网技术长期  稳定的发展与成熟，它已经成为局域网中的主流通信方式，同时以太网也是Internet的主要组成部分，利用以太网技术，也可以方便的实现Internet远程通信。

    为升级串口通信，串口以太网技术应运而生，随着此项技术的成熟与发展，串口设备也可以很好的适应网络通信，发挥出网络通信的优势，适应更高的需求。

    串口以太网转换设备和模块，因为考虑到已有的串口网络、通信方式，以及进入以太网网络中存在各种新情况（如IP地址分配，域名解析，网络安全，网络性能），所以需要应用很多的新技术，我们以市场上的一款产品串口以太网产品为例，介绍这些技术。

    广州致远电子有限公司开发的ZNE系列嵌入式网络模块以及NETCOM系列串口服务器等以太网产品，积累了多年的经验，很好地利用了先进的以太网技术，充分地考虑了这种转换的应用需求，在串口以太网技术中拥有先进的技术特点，使得用户可以更方便、更快捷、更放心地将他的串口设备接入到以太网中，提高系统的价值。

    下面分别介绍一下其中几项具有代表性的技术：

    对于已有的串口通信网络（或者单独的串口设备），如何最低成本的升级到网络，是一个值得考虑的问题：已有设备不便于重新添加电路，新开发的产品没有时间和精力去开发网络接口，最好能有一个方法，使得一切看起来和之前的串口一摸一样，但是又使用了以太网。

    这种技术便是虚拟串口技术，它将串口通信封装在网络中，通过windows上位机驱动，实现网络到串口的映射，让使用者像使用真实串口一样使用网络串口。

    ZNE/NETCOM系列支持虚拟串口工作模式，不需更改设备代码，也不需要修改该写上位机软件，只要使用ZNE/NETCOM系列产品，运行上位机虚拟串口软件驱动，就可以由原有的串口通信，无缝的升级到以太网通讯方式。

图 1 虚拟串口技术

    在对数据传输的安全性有考虑的场合，如ATM取款机，POS机等，用户往往希望通讯设备本身在底层上提供安全保障机制，网络上的设备遭受攻击和数据盗取的危险往往比传统网络更严重，为此串口以太网转换设备需要建立一套防火墙机制，为数据传输提供保障。

    ZNE/NETCOM提供先进的安全机制，防止未授权者的非法访问，提供防火墙IP地址筛选，最多设置8个认证IP或IP段，能够有效的保障网络安全。

    另外，NETCOM设备还根据应用需要，提供256位密钥的AES数据加密技术，为通讯加上一把不能破解的安全锁。

图 2 网络安全

    由串口升级到以太网的设备，自然需要既可以从串口端本地访问，也要能方便地从网络端访问，最简便的方式是通过IE浏览器直接访问、配置和监控，无需安装任何软件，机动性非常高。

访问、配置和监控包括转换设备的管理，以及对于串口设备本身的管理。

图 3 Web服务器

    串口以太网转换模块ZNE内置Web服务器，并提供JAVA库及1.3M网页文件下载空间，用户可编写自己的网页，对串口数据、GPIO、ADC等进行实时监控，支持多个Web浏览器同时访问。

    串口设备联入的网络若是通过ADSL Modem上网，那么它的公网IP地址是由网络服务供应商动态分配的，而网络中的通信是必须IP对IP的，为了解决这个问题，网络上使用域名机制来实现动态IP的查找，因此，串口设备要在此环境中正常工作，需要支持域名解析(DNS技术)。

    ZNE/NETCOM系列产品的设备，支持DNS协议，可以通过域名解析获得服务器的动态IP，网络访问的灵活性大大增强。

    ZNE/NETCOM甚至不需指定IP，内部实现的DHCP协议可以自动地从路由获取IP地址。

图 4 DNS域名解析

    连接在网络上的监控设备，并不是时时刻刻都需要网络通信的，因此，使设备具有不通讯时自动断开网络连接的功能，无疑会给设备以及网络带来巨大的资源节省，同时也减少了对网络流量的占用。

    ZNE/NETCOM不仅能通过设置，找到系统通信的空闲状态，而且能够检测网络的联通状态，检测监控方是否在线，在各种无需联通的情况下，ZNE/NETCOM都会断开TCP连接。

    设备端网络故障

   ZNE/NETCOM系列产品能够检测自身物理连接，并在物理连接断开的情况下，自动断开TCP连接，也可以关闭该功能，待物理连接正常之后，继续原先的连接。

图 5  物理连接检测

    监控中心网络端故障

   使用“心跳检测”功能的原因包括监控者关机、网络断开、软件关闭、程序错误或网络故障等原因。

   该检测机制的原理是：当无数据收发时，通信进入传输空闲状态，如图 6所示ZNE/NETCOM会启动一个计时器，对空闲状态进行计时，如果到达一定的时间之后仍然处于传输空闲状态，那么有可能是对方或者网络出现问题，这时它会给对方发送一个心跳包，如果一切正常，那么对方会回发一个心跳回应包，如果未收到回应，那么可以断定出现故障，它将断开当前TCP连接，准备下一次连接。

图 6 心跳检测

    TCP超时连接断开

    如果ZNE/NETCOM连接的网络设备使用精简的、不完善的网络协议，不支持心跳检测（PC及标准网络设备均支持），那么还可以使用“超时连接断开”机制结束出现故障的网络连接。

   当两次数据传输之间的间隔比较大时，超时连接断开功能可以有效的节省网络资源，如图 7所示，传输空闲时间大于用户设定的超时时间，那么ZNE/NETCOM将自动断开TCP连接，直到串口或者网络有数据收发时，再次启动TCP连接。ZNE/NETCOM使用大量的数据缓冲区缓存数据，使得再次启动也不会导致数据丢失。

    如果传输空闲间隔小于超时时间，那么定时器将在未计满的情况下归零并停止，直到下次进入空闲后再启动

图 7  超时连接断开

    广州致远电子有限公司多年来专心于以太网技术（Ethernet/IP）的研究，在网络兼容性和安全保密上具有很高的造诣和丰富的经验，在以太网技术上拥有众多技术创新。广州致远电子有限公司开发的ZNE系列嵌入式网络模块以及NETCOM系列串口服务器等产品很好的利用先进的以太网技术，实现了串口通信向以太网通信的完美升级。广州致远电子有限公司开发的以太网串口产品如表1所示。

表1 以太网串口产品目录

产品型号	接口电平/方式	产品简介
嵌入式以太网串口转换模块	TTL-UART	嵌入到用户设备中增加以太网接口
串口设备联网服务器	RS-232/485/422	帮助单个用户设备连入以太网
多串口设备联网服务器	RS-232/485/422	帮助多个用户设备连入以太网
多串口设备安全联网服务器	RS-232/485/422	帮助多个用户设备安全连入以太网
Modbus通讯网关	RS-232/485/422	连通Modbus TCP设备和Modbus RTU/ASCII设备
以太网CAN-bus转换设备	CAN-bus	把CAN-bus总线连入以太网

 

    广州致远电子有限公司以太网串口产品拥有很大的市场份额，具有很高的市场知名度，在稳定性、兼容性、可靠性上拥有良好的口碑。广州致远电子有限公司将致力于开发最好的以太网产品，满足各个行业不同客户的需求。广州致远电子有限公司（www.embedcontrol.com）咨询热线：020-28872342

    串口以太网产品在地铁，煤矿，银行，超市，称重行业都有了广泛的应用，但是仍然有许多的产品开发商，系统集成商面临着开发成本、开发周期、网络安全、网络性能，使用难易度等方面的问题，串口以太网转换设备的专业厂家已经针对这些问题做了详细的分析，并设计出让符合用户需求的产品，最低成本，最高质量地实现了串口通信向网络通讯的完美升级。