??本文經(jīng)作者yiyi peter pan授權(quán)發(fā)布。

??1、作品簡(jiǎn)介

??串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以將串口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上特定服務(wù)器的特定端口上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)生活中了，但是目前價(jià)格普遍偏高。我設(shè)計(jì)了一種低成本（約50元）的串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)方案，性能和可靠性能與商業(yè)串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)相媲美，成本降低一多半，值得推廣。作者承諾，本系統(tǒng)所有資料全部開源。

??很多人問我作品的創(chuàng)新點(diǎn)在哪里，我說沒有創(chuàng)新點(diǎn)，這個(gè)產(chǎn)品市場(chǎng)上已經(jīng)很多了，然后別人說沒有創(chuàng)新點(diǎn)那么做這個(gè)有啥意義。這里我想說的是，雖然市場(chǎng)上有很多這樣的設(shè)備，但那畢竟是別人的，或許我自己做的東西沒有別人的好，但那畢竟是屬于自己的，以后當(dāng)需要這個(gè)設(shè)備的時(shí)候就不用低三下四的從別人那里購(gòu)買了。運(yùn)動(dòng)鞋自從上世紀(jì)就已經(jīng)出現(xiàn)了，現(xiàn)在李寧也在做，安踏也在做，特步也在做，難道說新百倫再去做運(yùn)動(dòng)鞋就沒有意義了嗎？

??2、系統(tǒng)架構(gòu)

??系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2.1所示：

??圖2.1 串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)架構(gòu)圖

??系統(tǒng)由五大部分組成：MAX3232模塊、ZigBee模塊座、SIM800C模塊、以太網(wǎng)模塊、MCU組成，其中ZigBee模塊座和SIM800C模塊為預(yù)留，可以暫不焊接。MCU外圍的這四種模塊之間均可以實(shí)現(xiàn)相互通信，可以通過程序設(shè)置成“串口GPRS網(wǎng)關(guān)”、“ZigBee以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)”等等。

??3、部分原理圖（如需原理圖和PCB可聯(lián)系作者）

??3.1 電源部分電路

??電源部分框圖如圖3.1所示：

??圖3.1 系統(tǒng)電源Tree

??主供電芯片為德州儀器TPS5430電源芯片，5.5~36V輸入，3A輸出，500kHz，性能穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛。三個(gè)低壓差LDO分別為MCU、W5500、ZigBee模塊供電。

??圖3.2 TPS5430電路

??TPS5430的反饋電壓為1.221V，電源輸出電壓計(jì)算公式為：

??這里R1為4.7K，R2為2K，Vout=1.221*(4.7+2)/2≈4.09V，注意分壓電阻R1，R2不要超過100K，分壓電阻過大會(huì)導(dǎo)致反饋電壓不穩(wěn)，影響輸出。

??保險(xiǎn)絲F1和TVS管D2不焊接雖不影響電源輸出，但是還得加，血的教訓(xùn)，你懂得。

??電源濾波電容選取與負(fù)載電流的變化有關(guān)，若設(shè)備運(yùn)行中負(fù)載電流大小變化為1A，濾波電容選1000UF，本系統(tǒng)負(fù)載電流變化約為220MA（不焊接SIM800C），故選取220UF電容。電容容值不宜過大，否則會(huì)影響電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。

??3.2 MAX3232串口部分電路

??圖3.3 MAMX3232電路

??MAX232為5V供電，在這里不合適，故選取MAX3232。

??3.3 W5500以太網(wǎng)電路

??W5500延續(xù)了之前WIZnet系列產(chǎn)品的ToE技術(shù)，使用硬件邏輯門電路實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧的傳輸層及網(wǎng)絡(luò)層（如：TCP、 UDP、ICMP、IPv4）ARP、IGMP、PPPoE等協(xié)議），并集成了數(shù)據(jù)鏈路層，物理層，以及32K字節(jié)片上RAM作為數(shù)據(jù)收發(fā)緩存，從而把網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的處理工作全部轉(zhuǎn)移到W5500硬件協(xié)議棧中進(jìn)行。下位機(jī)MCU無(wú)需承擔(dān)TCP/IP控制信息的處理任務(wù)，減輕了MCU負(fù)擔(dān)，提升了系統(tǒng)可靠性。

??W5500提供網(wǎng)絡(luò)喚醒及掉電模式，降低了系統(tǒng)能耗。W5500對(duì)外接口為通用的80MHz高速SPI，與STM32微控制器的連接非常方便。

??最近WIZnet推出了內(nèi)置Cortex-M0內(nèi)核的W7500P產(chǎn)品，使得通過單芯片實(shí)現(xiàn)全硬件TCP/IP協(xié)議棧接入以太網(wǎng)成為可能，作者承諾以后還會(huì)用W7500P重新設(shè)計(jì)該系統(tǒng)。

??圖3.4 W5500電路

??3.5 MCU部分電路

??圖3.5 MCU部分電路

??4、PCB實(shí)物（如需原理圖和PCB可聯(lián)系作者）

??圖4.1 PCB Layout圖

??圖4.2 實(shí)物照片（正面）

??圖4.2 實(shí)物照片（背面）

??當(dāng)時(shí)為了調(diào)試SIM800C，把SIM800C和SIM卡座焊接上了，如果僅僅是做“串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)”的話，SIM800C可以省略。

??部分零部件BOM表（省略了小電容電阻）：

??5、下位機(jī)軟件架構(gòu)（如需下位機(jī)源程序可聯(lián)系作者）

??系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如圖5.1所示：

??需要注意的是，大部分串口應(yīng)用程序都是以一字節(jié)為單位傳輸，當(dāng)檢測(cè)到特定字符（如換行）才判定一幀數(shù)據(jù)結(jié)束。這樣做的問題在于一旦特定字符受干擾丟失，會(huì)導(dǎo)致MCU誤判。該系統(tǒng)需要以幀為單位傳輸數(shù)據(jù)，只要字符與字符之間間隔超過一定的時(shí)間，那么就判定這一幀數(shù)據(jù)結(jié)束。

??圖5.1 系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

??6、上位機(jī)設(shè)置軟件（如需上位機(jī)設(shè)置軟件源代碼可聯(lián)系作者）

??這個(gè)設(shè)置軟件用C#寫的，設(shè)置軟件中的部分功能（如控制器地址、輸入點(diǎn)返回方式、心跳功能、登錄密碼等）為預(yù)留。

??圖6.1 下位機(jī)設(shè)置軟件

??7、總結(jié)

??只用MAX3232+STM32+24C02+W5500四顆芯片，即可自制低成本的串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，經(jīng)過作者長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。以后還會(huì)設(shè)計(jì)MAX3232+ +W7500P+24C02方案來(lái)重新設(shè)計(jì)該系統(tǒng)。搞電子是作者我的愛好，我會(huì)用最嚴(yán)格的規(guī)范去設(shè)計(jì)最可靠的產(chǎn)品，造福社會(huì)創(chuàng)造價(jià)值。謝謝大家。