Los Servidores de Consola son convertidores de interfaz de comunicación para la conversión de datos entre RS-232/485/422 y TCP/IP. Proporcionan una transmisión bidireccional transparente de datos a través de puertos serie RS-232/485/422 y redes TCP/IP de terminal, ofreciendo funciones de conversión de serie a red y soluciones de transferencia de red RS232/485/422. Permiten que los dispositivos serie ahora puedan conectarse a la red.
Con la generalización de Internet, "Conectar todos los dispositivos a la red" se ha convertido en el consenso de las empresas mundiales. Para seguir la tendencia de la automatización de la red y no perder ventaja competitiva, debemos establecer sistemas de red con alta calidad en cuanto a adquisición de datos, monitorización de la producción y gestión de costos en tiempo real. Utilizar para lograr control y gestión de dispositivos de hardware basados en flujos de datos serie TCP/IP, sin necesidad de invertir gran cantidad de recursos humanos y materiales para su gestión, sustitución o actualización.
Los Servidores de Consola hacen que el flujo de datos serie basado en TCP/IP sea lo más posible, conectando múltiples dispositivos serie y permitiendo seleccionar y procesar flujos de datos serie que se convierten en datos de puerto IP desde la interfaz RS 232 existente, luego gestionándolos y accediendo a ellos basados en IP, para poder enviar el canal de datos serie IP tradicionalmente popular sin desvincular prematuramente el equipo original, aumentando así la tasa de utilización del equipo existente, ahorrando inversión y también simplificando la complejidad del cableado en la infraestructura de red existente. Los Servidores de Consola completan un enlace RS232 orientado a conexión y una Ethernet sin conexión para las comunicaciones entre el sistema de control de almacenamiento de datos para una variedad de procesamiento de datos, procesan flujos de datos serie procedentes del dispositivo serie y realizan conversiones de formato, haciendo que el marco de datos pueda transmitirse en Ethernet; los datos procedentes del marco de Ethernet son juzgados y convertidos en datos serie entregados en respuesta a los dispositivos serie.
Integración interna de protocolos ARP, IP, TCP, https, ICMP, SOCK5, UDP, DNS y otros. RS485/422 ofrece control automático de conversión de datos. Interfaz serie triple RS232/422/485, velocidad de transmisión de 300 a 230.4 KBPS. Soporte para IP dinámica (DHCP) y IP estática, soporte para puerta de enlace y servidor proxy, los datos pueden transmitirse a través de Internet. Proporciona transmisión de datos bidireccional transparente, sin necesidad de que los usuarios hagan cambios en el sistema original. Todos los puertos serie incorporan protección contra rayos de 600W. Ethernet de 10/100M, detecta automáticamente cables rectos o cruzados. Puede soportar múltiples conexiones.
Modo de servidor:
En este modo de operación, los Servidores de Consola funcionan como servidor TCP, el programa de plataforma de conversión escucha solicitudes de conexión en el puerto TCP especificado, este método es más adecuado para un programa de conversión que establece una conexión con múltiples plataformas (un convertidor no puede establecer una conexión con múltiples programas de plataforma).
Modo de cliente:
En este modo de operación, los Servidores de Consola funcionan como cliente TCP, el programa de iniciativa de conversión solicita una conexión a Internet al encenderse, este método es más adecuado para que múltiples convertidores establecen una conexión simultáneamente con un programa de plataforma.
Modo de comunicación punto a punto:
En este modo, se utilizan dos convertidores emparejados, uno como servidor y otro como cliente para establecer una conexión entre ambos, transmisión transparente bidireccional de datos. Este modo es adecuado para la conexión de bus entre dos dispositivos serie ingenierizados para conexión de red TCP/IP.
Modo de comunicación serial virtual:
En este modo, uno o más convertidores establecen una conexión con una computadora, transmisión transparente bidireccional de datos. Mediante el software de puerto serial virtual que gestiona el convertidor en su computadora, puede lograrse un puerto serial virtual correspondiente a múltiples convertidores, N corresponde a M convertidores seriales virtuales (N <= M). Este modo es adecuado para dispositivos serie controlados por computadora, como dispositivos 485 o 232.
Modo de comunicación basado en web:
En este modo, la aplicación en la computadora personal (PC) puede escribir un programa de comunicaciones basado en el protocolo SOCKET en la configuración del convertidor, que puede soportar directamente el protocolo SOCKET.
En el ámbito del Internet Industrial de las Cosas (IIoT), los servidores serie se han convertido en componentes indispensables, facilitando una integración y comunicación perfectas entre los dispositivos serie heredados y la infraestructura de red moderna. Para aquellos que se inician en aplicaciones de red, entender la versatilidad y la importancia de los servidores serie es crucial para lograr una integración de sistemas robusta y eficiente.
Los servidores serie actúan como un puente vital entre los dispositivos serie tradicionales (RS-232, RS-422, RS-485, etc.) y las modernas redes Ethernet. Esto permite que los dispositivos que anteriormente estaban aislados o limitados a conexiones punto a punto puedan integrarse en ecosistemas de red más amplios. Al convertir los datos serie en paquetes basados en IP, los servidores serie facilitan el acceso remoto, la gestión centralizada y la monitorización en tiempo real de estos dispositivos a largas distancias.
En escenarios de automatización industrial, los servidores serie optimizan el flujo de datos entre sensores, actuadores, PLC y otros controladores industriales. Permiten la monitorización y el control remotos de máquinas, optimizando los procesos de producción y mejorando la eficiencia operativa. Por ejemplo, al conectar sensores serie a un servidor serie, los datos de la línea de producción pueden transmitirse inalámbricamente a un sistema de control y adquisición de datos supervisório (SCADA), permitiendo a los operadores rastrear métricas de rendimiento, detectar anomalías y activar acciones correctivas rápidamente.
En el contexto de edificios inteligentes, los servidores serie desempeñan un papel fundamental en la integración de sistemas dispares como control de iluminación, sistemas HVAC, cámaras de seguridad y paneles de control de acceso. Al convertir las señales serie de estos dispositivos en comunicación basada en IP, los servidores serie facilitan la monitorización y gestión centralizadas de los sistemas del edificio desde una sola plataforma. Esto mejora la eficiencia energética, la comodidad de los ocupantes y la seguridad general, al tiempo que reduce los costos de mantenimiento y mejora los tiempos de respuesta a emergencias.
Para aplicaciones de monitorización remota, los servidores serie permiten el acceso en tiempo real a datos de sitios remotos o de ubicaciones de difícil acceso. En sistemas de transporte, por ejemplo, los servidores serie pueden conectar señales de tráfico, peajes y cámaras de vigilancia a un centro de comando central, permitiendo la monitorización y el control centralizados del flujo de tráfico. Del mismo modo, en redes de servicios públicos, los servidores serie pueden facilitar la monitorización remota de subestaciones, transformadores y otra infraestructura crítica, permitiendo una respuesta rápida a fallas y optimizando la distribución de energía.
En el sector sanitario, los servidores serie son esenciales para integrar dispositivos médicos en sistemas de información hospitalarios (HIS) y registros electrónicos de salud (EHR). Al conectar equipos médicos basados en serie como máquinas ECG, monitores de presión sanguínea y analizadores de laboratorio a servidores serie, los datos de los pacientes pueden transmitirse de forma segura y fiable a bases de datos centrales para su análisis, almacenamiento y compartición entre proveedores de salud. Esto mejora la atención a los pacientes, potencia las capacidades de toma de decisiones y apoya el cumplimiento normativo.
Monitorización y control remotos, e integración de dispositivos médicos en sistemas de información sanitarios. Para aquellos que se inician en aplicaciones de red, entender y aprovechar las capacidades de los servidores serie es clave para lograr integraciones de sistemas robustas, escalables y eficientes.
Otras aplicaciones incluyen sistemas de control de asistencia y horarios, sistemas Shoufan, sistemas POS, sistemas de automatización de edificios, sistemas de atención bancaria autoservicio, monitorización de salas de telecomunicaciones y monitorización de energía.
(Nota: "PUSR" no es un término común en español y puede referirse a una marca o un proveedor específico. Por lo tanto, la descripción de lo que tienen los servidores de consola de PUSR dependerá de los productos y servicios ofrecidos por esa marca o proveedor.)
El sistema de hardware es la base de la funcionalidad del sistema completo y la clave para la implementación de todo el diseño. La clave para todo los servidores de consola es la conversión de paquetes de datos seriales y paquetes de datos TCP/IP entre ambos, así como el problema de sincronización de tasas de transferencia de datos diferentes. La implementación del servidor de puerto serial también debe ser una consideración importante en el diseño y si el dispositivo seleccionado puede realizar estas funciones.
(1) Módulos del sistema de hardware
Los desafíos técnicos en el desarrollo del diseño y el dispositivo elegido fueron cómo utilizar el procesador para procesar información de datos seriales en el protocolo TCP/IP, para que sea posible la transmisión de paquetes IP a través de Internet. Actualmente, se utiliza mucho tiempo para resolver este problema mediante el programa de MCU de 32 bits + RTOS, el cual consiste en el desarrollo de software de microcontroladores de alta gama de 32 bits en una plataforma RTOS (Sistema Operativo en Tiempo Real) para el procesamiento del protocolo TCP/IP en sistemas empotrados. La desventaja es: los SCM tienen precios más altos y ciclos de desarrollo más largos; los desarrolladores de RTOS deben comprar capacidades de desarrollo de software costosas y son exigentes para los desarrolladores.
Tras conocer las ventajas y desventajas de los programas anteriores, decidimos que el diseño de hardware del servidor se divide en varios módulos, que son: el módulo principal de procesamiento, el módulo de procesamiento de datos seriales y el módulo de interfaz y control de Ethernet, para que cumplan con las funcionalidades de los servidores de consola.
En la selección del dispositivo, elegimos el chip Intel 80186 como el chip principal del módulo de procesamiento, que es muy adecuado para aplicaciones empotradas de alto rendimiento, es un microprocesador de 16 bits altamente integrado y de bajo consumo.
Tomando en cuenta la desigualdad de las tasas de transferencia de datos seriales de baja velocidad y de Ethernet, decidimos utilizar una especificación de bus de memoria de gran capacidad como almacenamiento de datos; el módulo principal de procesamiento también incluye funciones tales como la conversión serial a paralelo de líneas de datos/líneas de dirección multiplexadas, la descodificación de señales de interrupción, la generación de señales de reloj, el control de acceso a señales, etc. Si utilizamos diferentes dispositivos para completar estas funciones, inevitablemente daría lugar a muchos problemas tales como desigualdad de retraso. Utilizamos un dispositivo lógico programable de gran capacidad y alto rendimiento para completar las funciones mencionadas anteriormente. La ventaja es que garantizamos la estabilidad y confiabilidad de los dispositivos lógicos programables y la característica programable permite un mayor espacio para el procesamiento de señales y tiene la ventaja de actualización.
El módulo de interfaz y control de Ethernet tiene un papel muy importante dentro del hardware de los servidores de consola. Procesa los paquetes IP procedentes de Ethernet. Tomando en cuenta los principios de universalidad, utilizamos un chip controlador de Ethernet para completar estas funciones y añadimos un AT24C01 para almacenar el estado del chip controlador de Ethernet en el módulo principal de procesamiento. Mediante el módulo principal de procesamiento para leer/escribir datos y registros del chip controlador de Ethernet, podemos completar el análisis de paquetes IP, el empaquetado/desempaquetado.
El módulo de procesamiento de datos seriales completa la conversión de formato de datos seriales y el procesamiento de flujo de datos, determina el bit de inicio de los datos seriales y los bits de parada, completa la extracción de los datos y bits de paridad. El diseño general utiliza un UART MAX232 y conceptos de diseño, donde también seguimos este concepto de diseño, pero utilizamos la funcionalidad integrada del chip MAX232 + UART, de tamaño pequeño, bajo costo, bajo consumo y compatible con la interfaz serial SPITM/QS-PITM/MICROWIRETM, ahorrando espacio en la placa y puertos I/O del microcontrolador.
La ventaja de este enfoque modular es: el uso de un microcontrolador de 16 bits de alta velocidad y dispositivos periféricos, con bajos costos del sistema; y el uso de la plataforma de desarrollo de Intel, puede acortar mucho el ciclo de desarrollo y reducir costos de desarrollo.
(2) Flujo de trabajo del hardware y arquitectura de aplicación
Primero, el procesador principal inicializa las redes y dispositivos seriales. Cuando los datos se transmiten desde Ethernet, el procesador de paquetes los analiza y, si son paquetes ARP (Resolución de Direcciones Físicas), el programa entra en el gestor ARP; si el paquete de datos IP y la capa de transporte usan UDP y el puerto es correcto, entonces el paquete de datos es correcto y el módulo de procesamiento desempaqueta la parte de datos por el puerto de salida serial correspondiente.
Por el contrario, si los datos se reciben desde el puerto serial, los datos se empaquetan según el formato UDP, entran en el chip controlador de Ethernet y su salida de datos va a Ethernet. Cabe señalar que el módulo principal de procesamiento procesa la capa de red TCP/IP y la capa de transporte, mientras que la capa de enlace se completa parcialmente por el chip controlador de Ethernet. El sistema de entrega de la capa de aplicación se maneja por software y los usuarios pueden procesar los datos recibidos según la demanda.
Dependiendo de la estructura del sistema de hardware y sus diferentes funciones, podemos dividir un sistema de hardware en los siguientes módulos.
(1) Módulo principal del procesador
Este módulo es la parte central del puerto serie del servidor, principalmente conformado por el procesador principal, dispositivos lógicos programables, memoria de datos y programas, y otros dispositivos.
El módulo principal de procesamiento cumple las siguientes funciones principales: establecer un enlace de datos entre los datos serie y los datos IP de Ethernet; controlar la lectura y escritura mediante el chip de control de Ethernet para recibir y transmitir paquetes de datos IP; determinar el formato de flujo de datos serie, completar la selección de dispositivos serie y la designación del formato de flujo de datos serie; controlar la tasa de flujo de datos serie y paquetes de datos IP, búfer de datos; realizar operaciones de lectura y escritura en los registros del UART y el chip de control de Ethernet, y almacenar y reenviar el estado del dispositivo; completar la conversión serie-paralelo de los datos de bus de 16 bits; realizar la función de retención de direcciones de bus; completar las funciones de selección de chip de cada puerto y dispositivo de memoria; completar la discriminación del estado de interrupción de cada puerto serie, etc.
Este módulo está conformado por una interfaz de Ethernet y una sección de control de Ethernet.
La interfaz de Ethernet completa parcialmente las funciones de los servidores de consola y el circuito de interfaz de Ethernet. El módulo de control tiene control sobre todo el papel de todo el circuito de interfaz, de manera coordinada con el circuito de seguimiento, para completar las funciones de transcepción de Ethernet.
El control de Ethernet está parcialmente conformado por el receptor y el emisor, entre los cuales hay una unidad de detección y control de estado de Ethernet, así como un controlador de coordinación de envío y recepción, como se muestra en la Figura 5. Dado que Ethernet es semidúplex, esta parte debe estar preparada para monitorear el estado de Ethernet y controlarlo según sea necesario, también para coordinar el buen estado interno del lado transceptor del circuito.
La unidad de detección de Ethernet y el controlador de coordinación de transcepción completan esta función. La unidad de detección de estado de interfaz del controlador de Ethernet y la interfaz de Ethernet, el estado de la interfaz para el controlador de coordinación de envío y recepción, mientras que la señal de control proveniente del controlador será coordinada, procesada y enviada al controlador de interfaz de Ethernet para controlar el estado de la interfaz.
En el receptor, la señal de flujo de datos serie recibida pasa por el módulo principal de procesamiento, cadena y conversión y codificación. La unidad de control de Ethernet controla la coordinación de cada sección, la dirección resultante, los datos, y se escriben en la unidad de procesamiento de señal de control de escritura de RAM. En consecuencia, los procesos de trabajo y el emisor del receptor opuesto.
