本文经作者yiyi peter pan授权发布。

  1、作品简介

  串口转以太网网关可以将串口的数据转发到网络上特定服务器的特定端口上，实现设备的远程控制、数据的远程传输，现在已经广泛应用于人们的生产生活中了，但是目前价格普遍偏高。我设计了一种低成本（约50元）的串口转以太网网关方案，性能和可靠性能与商业串口转以太网网关相媲美，成本降低一多半，值得推广。作者承诺，本系统所有资料全部开源。

  很多人问我作品的创新点在哪里，我说没有创新点，这个产品市场上已经很多了，然后别人说没有创新点那么做这个有啥意义。这里我想说的是，虽然市场上有很多这样的设备，但那毕竟是别人的，或许我自己做的东西没有别人的好，但那毕竟是属于自己的，以后当需要这个设备的时候就不用低三下四的从别人那里购买了。运动鞋自从上世纪就已经出现了，现在李宁也在做，安踏也在做，特步也在做，难道说新百伦再去做运动鞋就没有意义了吗？

  2、系统架构

  系统架构图如图2.1所示：

  图2.1 串口转以太网网关架构图

  系统由五大部分组成：MAX3232模块、ZigBee模块座、SIM800C模块、以太网模块、MCU组成，其中ZigBee模块座和SIM800C模块为预留，可以暂不焊接。MCU外围的这四种模块之间均可以实现相互通信，可以通过程序设置成“串口GPRS网关”、“ZigBee以太网网关”等等。

  3、部分原理图（如需原理图和PCB可联系作者）

  3.1 电源部分电路

  电源部分框图如图3.1所示：

  图3.1 系统电源Tree

  主供电芯片为德州仪器TPS5430电源芯片，5.5~36V输入，3A输出，500kHz，性能稳定，应用广泛。三个低压差LDO分别为MCU、W5500、ZigBee模块供电。

  图3.2 TPS5430电路

  TPS5430的反馈电压为1.221V，电源输出电压计算公式为：

  这里R1为4.7K，R2为2K，Vout=1.221*(4.7+2)/2≈4.09V，注意分压电阻R1，R2不要超过100K，分压电阻过大会导致反馈电压不稳，影响输出。

  保险丝F1和TVS管D2不焊接虽不影响电源输出，但是还得加，血的教训，你懂得。

  电源滤波电容选取与负载电流的变化有关，若设备运行中负载电流大小变化为1A，滤波电容选1000UF，本系统负载电流变化约为220MA（不焊接SIM800C），故选取220UF电容。电容容值不宜过大，否则会影响电源动态响应速度。

  3.2 MAX3232串口部分电路

  图3.3 MAMX3232电路

  MAX232为5V供电，在这里不合适，故选取MAX3232。

  3.3 W5500以太网电路

  W5500延续了之前WIZnet系列产品的ToE技术，使用硬件逻辑门电路实现TCP/IP协议栈的传输层及网络层（如：TCP、 UDP、ICMP、IPv4）ARP、IGMP、PPPoE等协议），并集成了数据链路层，物理层，以及32K字节片上RAM作为数据收发缓存，从而把网络数据流量的处理工作全部转移到W5500硬件协议栈中进行。下位机MCU无需承担TCP/IP控制信息的处理任务，减轻了MCU负担，提升了系统可靠性。

  W5500提供网络唤醒及掉电模式，降低了系统能耗。W5500对外接口为通用的80MHz高速SPI，与STM32微控制器的连接非常方便。

  最近WIZnet推出了内置Cortex-M0内核的W7500P产品，使得通过单芯片实现全硬件TCP/IP协议栈接入以太网成为可能，作者承诺以后还会用W7500P重新设计该系统。

  图3.4 W5500电路

  3.5 MCU部分电路

  图3.5 MCU部分电路

  4、PCB实物（如需原理图和PCB可联系作者）

  图4.1 PCB Layout图

  图4.2 实物照片（正面）

  图4.2 实物照片（背面）

  当时为了调试SIM800C，把SIM800C和SIM卡座焊接上了，如果仅仅是做“串口转以太网网关”的话，SIM800C可以省略。

  部分零部件BOM表（省略了小电容电阻）：

  5、下位机软件架构（如需下位机源程序可联系作者）

  系统运行流程图如图5.1所示：

  需要注意的是，大部分串口应用程序都是以一字节为单位传输，当检测到特定字符（如换行）才判定一帧数据结束。这样做的问题在于一旦特定字符受干扰丢失，会导致MCU误判。该系统需要以帧为单位传输数据，只要字符与字符之间间隔超过一定的时间，那么就判定这一帧数据结束。

  图5.1 系统运行流程图

  6、上位机设置软件（如需上位机设置软件源代码可联系作者）

  这个设置软件用C#写的，设置软件中的部分功能（如控制器地址、输入点返回方式、心跳功能、登录密码等）为预留。

  图6.1 下位机设置软件

  7、总结

  只用MAX3232+STM32+24C02+W5500四颗芯片，即可自制低成本的串口转以太网网关，经过作者长时间测试，运行稳定可靠。以后还会设计MAX3232+ +W7500P+24C02方案来重新设计该系统。搞电子是作者我的爱好，我会用最严格的规范去设计最可靠的产品，造福社会创造价值。谢谢大家。