Ваш город: Москва
+7 (495) 221-78-04
+7 (812) 327-327-1
Терраэлектроника

Как подключить любой микроконтроллер к Ethernet? Проще простого с миниатюрными серверами xPico110 от Lantronix!

Lantronix, Inc.

Интерес к Интернету вещей (Internet of Things, IoT) постоянно растет. Однако главным фактором, сдерживающим распространение этой технологии, остается сложность ее реализации. Это касается как аппаратной, так и программной части. Тем не менее, существует возможность обойти эти проблемы за счет использования готовых решений, таких, например, как миниатюрные веб-серверы xPico от Lantronix. Совсем недавно компания выпустила новый модуль xPico 110, который отличается от предшественника более высоким уровнем защиты данных и предполагает прямой SMD-монтаж на материнскую плату.

 Новый веб-сервер xPico 110 от Lantronix

Рис. 1. Новый веб-сервер xPico 110 от Lantronix

Концепция  «Интернета вещей» или Internet of Things (IoT) предполагает включение в состав привычных информационных сетей широкого круга различных устройств – от бытовых приборов до промышленного оборудования. Умный телевизор, умный холодильник – вот лишь ряд примеров, которые уже стали нормой для потребителей.

В настоящий момент существует только две основные причины, которые сдерживают развитие IoT: экономическая и техническая. Экономическая заключается в том, что интеграция поддержки IoT значительно повышает стоимость конечного устройства. С технической точки зрения создание «умных» устройств представляет собой сложную задачу, для решения которой потребуется группа опытных разработчиков. Рассмотрим пример разработки IoT-устройства.

Во-первых, в самом простом случае для создания IoT-устройства потребуется поддержка проводного Ethernet. Как известно, Ethernet не так-то прост в реализации, и требует разработки сложных принципиальных схем, выполнения разводки высокоскоростных линий и т. д.

Во-вторых, после создания аппаратной части необходимо обеспечить поддержку программных протоколов (TCP/IP, UDP и т. д.), а для этого потребуется написать десятки и сотни килобайт программного кода для реализации требуемых уровней сетевой модели OSI: от драйверов интерфейсных микросхем до протоколов более высоких уровней (TCP/IP, UDP и т. д.).

В-третьих, любое устройство, кроме работы в сети Ethernet, должно выполнять и свои основные функции: холодильник – хранить продукты, промышленный станок – делать детали  т. д.

Все перечисленные проблемы можно обойти за счет готовых решений. В частности компания Lantronix предлагает к услугам разработчиков законченные модули веб-серверов xPico (рис. 2). Несмотря на высокий функционал, они отличаются миниатюрными размерами, сравнимыми с габаритами небольшой монеты.

Веб-серверы xPico и xPico 110 от Lantronix

Рис. 2. Веб-серверы xPico и xPico 110 от Lantronix

Суть решения от Lantronix становится понятной при рассмотрении схемы включения модулей xPico (рис. 3). С их помощью даже самый простой микроконтроллер может быть подключен к сети Ethernet, так как xPico берет на себя всю самую сложную часть реализации сетевого интерфейса, как с аппаратной, так и с программной точки зрения. За решение перечисленных задач отвечает 16-битный контроллер DSTni-EX с архитектурой x86. Он способен работать с максимальной частотой до 120 МГц и отличается солидным объемом памяти 512 кбайт FLASH, 256 кбайт ОЗУ и 384 кбайт памяти для веб-страниц. Для подключения к  Ethernet потребуется только трансформатор, а программные протоколы уже интегрированы в модуль сервера. Обмен данными с управляющим микроконтроллером осуществляется с помощью обыкновенного UART со скоростью до 921 кбайт/с. Впрочем, xPico может работать и самостоятельно.

Схема подключения микроконтроллера к сети Ethernet с помощью веб-серверов Lantronix

Рис. 3. Схема подключения микроконтроллера к сети Ethernet с помощью веб-серверов Lantronix

Для самостоятельной работы у модулей xPico имеется в наличии 8 портов ввода-вывода 3,3 В. Кроме того, с помощью дополнительного приемопередатчика можно реализовать простейший мост между сетью Ethernet и RS-422/485 или RS-232.

Настройка модулей xPico производится либо по сети Ethernet с помощью специального веб-менеджера (рис. 4), либо с помощью дополнительной утилиты и COM-порта компьютера. xPico поддерживают все популярные протоколы TCP/IP, UDP/IP, DHCP, ARP, ICMP, DHCP, Auto-IP, DNS, SNMPv1, TFTP и др.

 Окно настройки веб-сервера xPico 110 от Lantronix

Рис. 4. Окно настройки веб-сервера xPico 110 от Lantronix

Новая линейка веб-серверов xPico 110 отличается от предшественника xPico по двум пунктам:

  • способом монтажа на материнскую плату;
  • повышенным уровнем безопасности и защиты данных.

Начнем с более очевидного первого пункта. Модули линейки xPico предполагают подключение к материнской плате с помощью 40-контактного разъема. Для этого на материнской плате необходимо поместить ответный разъем для соединения типа плата-плата. Производители рекомендуют для этих целей использовать DF40C(2.0)-40DS-0.4V(51) от компании Hirose. Стоит отметить, что для механического крепления модулей xPico требуются дополнительные стойки. Чтобы облегчить жизнь разработчиков, Lantronix предлагает использовать специальную клипсу быстрого монтажа (рис. 5).

 Монтаж клипсы на модуль xPico от Lantronix

Рис. 5. Монтаж клипсы на модуль xPico от Lantronix

После фиксации в клипсе пользователю останется только установить полученную конструкцию на плату (рис. 6).

Монтаж модуля xPico на материнскую плату

Рис. 6. Монтаж модуля xPico на материнскую плату

Несложно заметить, что недостатком такой конструкции является значительное увеличение габаритов. Если требуется получить «тонкое» решение, то модули xPico 110 будут более предпочтительными, так как они даже без учета клипсы оказываются в два раза тоньше, чем xPico: 3 мм вместо 5,6 мм.

Второй отличительной чертой xPico 110 является повышенный уровень безопасности. С учетом роста уровня кибер-угроз это наверняка окажется важным преимуществом новых серверов. По сравнению с предшественниками серверы xPico 110 могут похвастаться следующими новыми механизмами безопасности:

  • Сертификация NISTAES (FIPS-197);
  • Криптография 256/192/128-бит AES;
  • Настраиваемый пароль (Telnet, Serial);
  • Программное управление включением/выключением сетевого порта.

Кроме стандартного модуля xPico 110 (код заказа XPC100200B-01) к услуга разработчиков предлагается и сервер с поддержкой Modbus (код заказа XPC100200K-02).

Стоит сказать пару слов о потреблении этих миниатюрных модулей. Серверы xPico 110  требуют источника напряжения 3,3 В, а питающий ток для них составляет 240 мА при максимальной производительности (100 BaseT, 120 МГц CPU).

Чтобы создать простейшее Ethernet устройство на базе xPico или xPico 110, можно обойтись не только без знаний программирования, но и без глубоких знаний схемотехники. Для этого следует воспользоваться отладочным набором xPico Development Kit Solutions:

  • XPC100100K-02 для xPico;
  • XPC100200K-02 для xPico 110 (рис. 7).

Набор XPC100200K-02 включает в себя внешний сетевой блок питания с вилками-адаптерами и непосредственно отладочную плату. Плата содержит модуль xPico 110, микросхемы приемопередатчиков, разъемы, пользовательские светодиоды, джамперы и  кнопки.

Внешний вид отладочной платы XPC100200K-02

Рис. 7. Внешний вид отладочной платы XPC100200K-02

Так как миниатюрные модульные веб-серверы xPico и xPico 110 позволяют подключить практически любой микроконтроллер к Ethernet, то сферы применения конечных устройств могут быть самыми разными:

  • удаленное управление промышленным оборудованием;
  • системы сигнализации и безопасности;
  • системы «Умный дом»;
  • системы управления дорожным движением;
  • спортивное оборудование;
  • медицинские системы и т. д.

Характеристики веб-сервера xPico 110 XPC100200B-01:

  • Встроенный процессор: 16-битный контроллер DSTni-EX (с архитектурой x86);
  • Встроенная память: 512 кбайт FLASH и 256 кбайт ОЗУ;
  • Память веб-страниц: 384 кбайт;
  • Интерфейс Ethernet: 10/110 Ethernet;
  • Поддерживаемые интерфейсы: TCP/IP, UDP/IP, DHCP, ARP, ICMP, DHCP, Auto-IP, DNS, SNMPv1, TFTP;
  • Интерфейс с управляющим контроллером: 2 x UART со скоростью до 921 кбайт/с;
  • Число портов ввода-вывода: 8;
  • Напряжение питания: 3,3 В;
  • Типовой ток потребления: 240 мкА;
  • Диапазон рабочих температур: -40…+85°C;
  • Корпус: 18,3 x 31,1 x 3,0 мм.

Производитель: Lantronix, Inc.
XPC100200B-01 XPC100200B-01 Цена, руб. Срок поставки Запросить
условия
поставки
Веб-сервер xPico 110 отличается от предшественника xPico более высоким уровнем защиты данных и предполагает прямой SMD-монтаж на материнскую плату.
6030,45 r
XPC100200K-02 XPC100200K-02 Цена, руб. Срок поставки Запросить
условия
поставки
Отладочный набор xPico Development Kit Solutions с поддержкой Modbus.
25212,93 r
Версия для печати версия для печати

Заметили ошибку в работе сайта?
Скажите нам об этом