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1.引言
當前， 工業以太網技術是工業控制領域中的研究熱點。與傳統控制網絡相比，工業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控制網絡的無縫連接等諸多優點。由于這些優點，特別是與信息傳輸技術的無縫集成以及傳統技術無法比擬的傳輸帶寬，以太網得到了工業界的認可。 傳統的通信方式通常使用RS232、RS485或RS422方式實現，但是隨著網絡的發展和應用需求的提升，傳統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 穩定的發展與成熟，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展，串口設備也可以很好的適應網絡通信，發揮出網絡通信的優勢，適應更高的需求。
2.串口以太網技術簡介
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，新開發的產品沒有時間和精力去開發網絡接口，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
2.3 IE配置和監控
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、配置和監控，無需安裝任何軟件，機動性非常高。
訪問、配置和監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等進行實時監控，支持多個Web瀏覽器同時訪問。
串口設備聯入的網絡若是通過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IP的查找，因此，串口設備要在此環境中正常工作，需要支持域名解析(DNS技術)。
ZNE/NETCOM系列產品的設備，支持DNS協議，可以通過域名解析獲得服務器的動態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，找到系統通信的空閑狀態，而且能夠檢測網絡的聯通狀態，檢測監控方是否在線，在各種無需聯通的情況下，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，繼續原先的連接。
圖 5 物理連接檢測
監控中心網絡端故障
使用“心跳檢測”功能的原因包括監控者關機、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：當無數據收發時，通信進入傳輸空閑狀態，如圖 6所示ZNE/NETCOM會啟動一個計時器，對空閑狀態進行計時，如果到達一定的時間之后仍然處于傳輸空閑狀態，那么有可能是對方或者網絡出現問題，這時它會給對方發送一個心跳包，如果一切正常，那么對方會回發一個心跳回應包，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。
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時，再次啟動TCP連接。ZNE/NETCOM使用大量的數據緩沖區緩存數據，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
3.以太網串口產品
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新。廣州致遠電子有限公司開發的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的以太網串口產品如表1所示。
表1 以太網串口產品目錄
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產品型號 |
接口電平/方式 |
產品簡介 |
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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 |
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串口設備聯網服務器 |
RS-232/485/422 |
幫助單個用戶設備連入以太網 |
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多串口設備聯網服務器 |
RS-232/485/422 |
幫助多個用戶設備連入以太網 |
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多串口設備安全聯網服務器 |
RS-232/485/422 |
幫助多個用戶設備安全連入以太網 |
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Modbus通訊網關 |
RS-232/485/422 |
連通Modbus TCP設備和Modbus RTU/ASCII設備 |
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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最好的以太網產品，滿足各個行業不同客戶的需求。廣州致遠電子有限公司（ www.embedcontrol.com）咨詢熱線：020-28872342 4 結語
串口以太網產品在地鐵，煤礦，銀行，超市，稱重行業都有了廣泛的應用，但是仍然有許多的產品開發商，系統集成商面臨著開發成本、開發周期、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。
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