Введение
В настоящее время стремительно развивается концепция Интернета вещей (IoT), что приводит к росту потребности в устройствах с сетевым доступом. Несмотря на общую сложность многоуровневой сетевой модели OSI (Open Systems Interconnection) и сетевых интерфейсов типа Ethernet, Wi-Fi и GPRS, существуют варианты простой организации сетевого доступа для различных устройств. Одно из таких решений описано далее.
Практически все микроконтроллеры имеют в своём составе универсальный асинхронный последовательный порт UART, который обеспечивает связь между ними и внешними устройствами. Если к данному порту подключить интерфейсный мост UART-Ethernet, то аппаратная часть задачи будет решена. Далее потребуется реализовать программную часть, т.е. адаптировать программу микроконтроллера к одному из стандартных сетевых протоколов.
Поскольку ресурсы большинства недорогих микроконтроллеров невелики и не позволяют хранить в своей памяти множество интернет-страниц, можно обойтись одним из самых распространённых протоколов – Modbus RTU. Программная реализация данного протокола возможна практически для всех микроконтроллеров, а существующий стандартный сетевой протокол Modbus TCP обеспечит двустороннюю связь микроконтроллерного устройства с внешним миром по сети.
Аппаратная реализация
В качестве аппаратного моста между интерфейсами UART и Ethernet предлагается использовать недорогой модуль Eport-E10 от компании Hi-Flying [1]. Он представляет собой электронное устройство в виде миниатюрного блока с встроенным сетевым разъёмом для интерфейса Ethernet. Внешний вид устройства показан на рисунке 1.
Модуль построен на современном АРМ-микроконтроллере с операционной системой Free RTOS. Технические характеристики модуля приведены в таблице 1.
Типовая схема подключения Eport-E10 к микроконтроллеру приведена на рисунке 2.
Расположение контактов модуля со стороны пайки показано на рисунке 3.
Назначение контактов модуля и обозначения всех сигналов приведены в таблице 2.
Для подключения сетевого кабеля Ethernet в Eport-E10 имеется стандартный соединитель типа RJ-45 (см. табл. 3).
Программная реализация
Поскольку модуль Eport-E10 имеет встроенную поддержку множества сетевых протоколов, для активации протокола Modbus TCP потребуется лишь сконфигурировать модуль с помощью любого браузера. Для выполнения данной процедуры необходимо подать питание на модуль и подключить его к компьютеру через стандартный сетевой кабель. В браузере необходимо ввести адрес 169.254.173.207 и дождаться появления окна авторизации модуля Eport-E10.
Если окно авторизации не появляется, следует убедиться в том, что модуль откликается на запросы. Сделать это можно из командной строки с помощью команды ping 169.254.173.207. Некоторые модули могут иметь IP-адрес 169.254.1.1. Для поиска IP-адреса модуля можно использовать специальную программу IOTService, которая доступна на сайте компании Hi-Flying [2] во вкладке Downloads. Данная программа также позволит произвести настройки различных параметров модуля или восстановить заводские настройки.
По умолчанию имя пользователя и пароль имеют одинаковое значение admin, которое необходимо ввести в соответствующие поля окна авторизации, после чего откроется главная страница настроек модуля Eport-E10 с именем STATUS (см. рис. 4).
На ней отображаются MAC-адрес модуля, IP-адрес, версия программного обеспечения и другие параметры. Для изменения IP-адреса модуля необходимо переключиться на вкладку SYSTEM SETTINGS. Скорость порта UART, формат его данных и протокол обмена настраиваются на вкладке SERIAL PORT SETTINGS, сетевой протокол можно настроить на вкладке COMMUNICATION SETTINGS, где необходимо выбрать Protocol Tcp Server и Route UART. Для активации новых настроек следует нажать программную кнопку Submit.
В случае отсутствия нужной вкладки необходимо обновить программное обеспечение модуля. Для этого потребуется загрузить с сайта [3] бинарные файлы программного обеспечения, затем открыть в браузере страницу с адресом 169.254.173.207/hide и указать в открывшемся окне путь к загруженному бинарному файлу. Процесс обновления занимает менее минуты. Более подробную информацию о модуле можно найти на сайте производителя.
Заключительной операцией для настройки модуля служит его перезагрузка посредством отключения и последующего включения питания. Теперь микроконтроллерное устройство будет доступно в сети по протоколу Modbus TCP и к нему можно обращаться для чтения или записи данных, в качестве которых могут выступать температура, влажность, давление, скорость, произвольные настройки, коды команд и другие параметры. Зелёный и жёлтый индикаторы модуля Eport-E10 позволяют контролировать соединение с сетью и трансляцию данных соответственно.
Кроме предложенного варианта, существуют подобные решения с применением других модулей компании Hi-Flying [4]. Например, модуль Elfin-E11 позволяет осуществить преобразование интерфейса RS-485 в Ethernet. Внешний вид этого модуля показан на рисунке 5.
Устройство выполнено в миниатюрном корпусе с встроенным разъёмом RJ-45, через который подключаются сеть, линии связи A и B порта RS-485, а также питание с помощью переходного адаптера, входящего в комплект поставки. Процедура настройки данного модуля аналогична описанной ранее.
Другой модуль, Elfin-W11, показанный на рисунке 6, обеспечивает преобразование интерфейса RS-485 в Wi-Fi. Модуль Elfin-EG10 позволяет подключить микропроцессорное устройство с интерфейсом RS-232 к сети GPRS. Он имеет слот для SIM-карты и малогабаритную антенну. Внешний вид модуля Elfin-EG10 показан на рисунке 7.
Компания Hi-Flying также производит множество других преобразователей интерфейсов. В зависимости от поставленной задачи можно подобрать подходящее решение и быстро создать новое устройство с сетевым доступом.
Литература
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
