اترنت و شبکه

ارتباط از طریق درگاه اترنت برای بسیاری از پروژه‌های الکترونیکی یک انتخاب مهم است. اترنت قابلیت اتصال یک وسیله را به شبکه فراهم می‌کند. این شبکه می‌تواند به صورت لوکال باشد، یا می‌تواند به صورت متصل شده به اینترنت و تبادل جهانی باشد. در این متن سعی کرده‌ایم به تمامی سوالات شما پاسخ دهیم، تیترها را دنبال کنید.

ماژول و اتصالات اترنت Ethernet

در بردهای الکترونیکی برای ایجاد ارتباط از طریق شبکه بایستی درگاه اترنت به پروژه اضافه کرد. برای این منظور بایستی از ماژول‌های اترنت استفاده کرد. انواع ماژول‌های اترنت RJ45 و شبکه در این بخش قابل دسترسی هستند. ماژول و تراشه‌های مبدل سیگنال اترنت بسته به نوع آی سی و تراشه‌هایشان کاربرد متفاوتی دارند. شیلد شبکه Ethernet برای بردهای امبدد از جمله آردوینو از طریق رابط سریال و یا spi فراهم می‌شوند. به صورت شیلد و یا ماژول قابل اتصال هستند. ماژول اترنت در پروژه های اینترنت اشیا نقش مهمی را بازی می‌کنند. 

ماژول شبکه آردوینو Arduino Lan

ماژول شبکه آردوینو به شما امکان اتصال دستگاه آردوینو به شبکه‌های مختلف را می‌دهد. این ماژول‌ها برای ارتباط با شبکه‌های اینترنت بی‌سیم مانند Wi-Fi و Ethernet استفاده می‌شوند. ماژول شبکه آردوینو معمولاً دارای رابط ارتباطی مانند SPI یا UART است که به طور مستقیم به پین‌های آردوینو متصل می‌شود. با استفاده از این رابط ارتباطی، می‌توانید با ماژول شبکه ارتباط برقرار کرده و دسترسی به شبکه را فراهم کنید. با استفاده از ماژول شبکه آردوینو می‌توانید اطلاعات را از طریق پروتکل‌های شبکه مختلف مانند TCP/IP و UDP ارسال و دریافت کنید. این به شما امکان کنترل دستگاه آردوینو یا هر برد میکروکنترلر دیگری از راه دور، ارسال داده‌های سنسوری، دریافت دستورات از سرویس‌های ابری و بسیاری از کاربردهای دیگر را می‌دهد. به عنوان مثال، با استفاده از ماژول اترنت آردوینو، می‌توانید آردوینو را به شبکه لن خانه یا دفتر خود متصل کنید و از طریق اینترنت به طور مستقیم کنترل آن را از راه دور داشته باشید. همچنین می‌توانید داده‌های سنسوری را به سرویس‌های ابری ارسال کنید و آن‌ها را برای آنالیز و ذخیره سازی دریافت کنید. ماژول‌های شبکه آردوینو مختلفی در بازار وجود دارند که با قابلیت‌ها و پروتکل‌های مختلف عرضه می‌شوند. در هنگام انتخاب ماژول شبکه برای آردوینو، باید به نوع ارتباط آن با میکروکنترلر و سرعت تبادل آن توجه داشته باشید. 

انواع ماژول شبکه اترنت آردوینو Arduino

ماژول‌های شبکه اترنت برای اتصال آردوینو به شبکه با استفاده از پروتکل Ethernet استفاده می‌شوند. این ماژول‌ها از رابط اترنت استاندارد برای اتصال فیزیکی به شبکه استفاده می‌کنند و به شما امکان ارسال و دریافت داده‌ها را از طریق اینترنت و شبکه فراهم می‌کنند.

ماژول شبکه اترنت W5100: این ماژول از کنترلر Wiznet W5100 استفاده می‌کند و به طور مستقیم به آردوینو وصل می‌شود. این ماژول قابلیت TCP/IP را دارد و می‌تواند به آردوینو اتصال اینترنتی را ارائه دهد. اتصال به شبکه از طریق کابل اترنت و از طریق پروتکل‌های TCP/IP و UDP انجام می‌شود.

ماژول شبکه اترنت ENC28J60: این ماژول از کنترلر ENC28J60 استفاده می‌کند و امکان اتصال آردوینو به شبکه را فراهم می‌کند. برای اتصال از طریق این ماژول، باید از کتابخانه‌های مربوطه برای ارتباط با ENC28J60 استفاده کنید.

ماژول شبکه اترنت W5500: این ماژول از کنترلر Wiznet W5500 استفاده می‌کند و توانایی اتصال آردوینو به شبکه را دارد. مشابه W5100، این ماژول نیز از پروتکل‌های TCP/IP و UDP پشتیبانی می‌کند.

ماژول شبکه اترنت به سریال CH9121: این ماژول دارای خروجی UART یا همان سریال است. با انواع میکروکنترلرهایی که دارای رابط سریال هستند، میتواند ارتباط برقرار کند. تبادل اطلاعات در شبکه به صورت دو طرفه از سریال به اترنت صورت می‌گیرد.

ماژول شبکه اترنت Arduino Ethernet Shield: این ماژول از پروتکل‌های TCP/IP پشتیبانی می‌کند و برای اتصال آردوینو به شبکه از طریق پورت RJ45 و بدون نیاز به سیم کشی، کافیست از شیلد اترنت استفاده کنید.

ماژول مبدل شبکه به SPI

ماژول مبدل شبکه اترنت به SPI (Ethernet to SPI Converter Module) یک دستگاه است که به شما امکان اتصال دستگاه‌هایی که از رابط SPI برای ارتباط استفاده می‌کنند، به شبکه اترنت را می‌دهد. این ماژول از تراشه‌های شبکه مانند ENC28J60 استفاده می‌کند و توانایی اتصال دستگاه‌های SPI به شبکه را فراهم می‌کند. با استفاده از ماژول مبدل شبکه اترنت به SPI، می‌توانید دستگاه‌هایی که از رابط SPI برای ارتباط با دستگاه‌های خارجی استفاده می‌کنند، مانند میکروکنترلرها یا ماژول‌های سنسوری، را به شبکه اترنت متصل کنید. این ماژول از پروتکل‌های شبکه TCP/IP پشتیبانی می‌کند و امکان برقراری ارتباط با دستگاه‌های دیگر در شبکه را فراهم می‌کند. ماژول مبدل شبکه اترنت به SPI معمولا دارای رابط شبکه اترنت استاندارد می‌باشد که به شبکه فیزیکی اترنت متصل می‌شود. این رابط شامل پین‌ها و قابلیت‌هایی مانند MDI/MDIX برای اتصال کابل اترنت و کنترل ارتباط فیزیکی است. دستگاه‌های SPI (Serial Peripheral Interface) به طور کلی شامل میکروکنترلرها و دستگاه‌های دیگری هستند که از رابط SPI برای ارتباط با دستگاه‌های خارجی مانند حافظه‌ها، حسگرها، نمایشگرها و بیشتر استفاده می‌کنند. این رابط سریال از طریق پین‌های MOSI (Master Out Slave In)، MISO (Master In Slave Out)، SCK (Serial Clock) و احتمالاً SS (Slave Select) برقرار می‌شود.

روش بدست آوردن مک آدرس در ماژول‌های مبدل شبکه اترنت

برای بدست آوردن مک آدرس (MAC address) در انواع ماژول‌های مبدل شبکه به اترنت، می‌توانید از روش‌های زیر استفاده کنید:

استفاده از کتابخانه‌ها و رابط‌های برنامه نویسی: بسیاری از ماژول‌های مبدل شبکه به اترنت از کتابخانه‌ها و رابط‌های برنامه نویسی مخصوصی برای بدست آوردن مک آدرس پشتیبانی می‌کنند. با استفاده از این کتابخانه‌ها و رابط‌ها می‌توانید به سادگی مک آدرس را برنامه‌ریزی کنید و از آن استفاده کنید. در این صورت، کد مربوطه باید به صورت مستقیم از سایت تولیدکننده ماژول یا از منابع برنامه نویسی آن دریافت شود.

استفاده از دستورات AT: برخی از ماژول‌های مبدل شبکه به اترنت، مانند ماژول‌های مبدل شبکه به سریال، دارای رابط سریال هستند که با استفاده از دستورات AT قابل پیکربندی هستند. این دستگاه‌ها معمولاً دستوری برای دریافت مک آدرس ارائه می‌دهند. با ارسال دستور مناسب به ماژول و دریافت پاسخ، مک آدرس را می‌توانید دریافت کنید.

خواندن مک آدرس از تراشه ماژول: در برخی از ماژول‌های مبدل شبکه به اترنت، مک آدرس به صورت پیش‌فرض درون تراشه ماژول ذخیره شده است. بنابراین، با استفاده از روش‌های مربوطه و دستورات مناسب، می‌توانید مک آدرس را از تراشه ماژول بدست آورید.

اهمیت ماژول‌های مبدل شبکه اترنت در دستگاه‌های IoT

ماژول اترنت شبکه برای دستگاه‌های IoT (اینترنت اشیاء) اهمیت زیادی دارد و به دلایل زیر از اهمیت بالایی برخوردار است.

اتصال به شبکه اینترنت: با استفاده از ماژول اترنت شبکه، دستگاه‌های IoT قابلیت اتصال به شبکه اینترنت را پیدا می‌کنند. این به دستگاه‌ها امکان ارسال و دریافت داده‌ها از طریق اینترنت را می‌دهد و امکانات بسیار گسترده‌تری را در اختیار آنها قرار می‌دهد.

امکان کنترل و مانیتورینگ به دور: با اتصال به شبکه اترنت، دستگاه‌های IoT می‌توانند به راحتی از راه دور کنترل و مانیتورینگ شوند. این به کاربران امکان مانیتور کردن و کنترل دستگاه‌های خود را به صورت دور از محل فراهم می‌کند و از لحاظ زمان و هزینه‌های مربوط به حضور حقیقی در محل، صرفه‌جویی می‌کند.

اشتراک گذاری داده و ارتباط بین دستگاه‌ها: با اتصال به شبکه اترنت، دستگاه‌های IoT قادر به اشتراک گذاری داده‌ها و ارتباط با یکدیگر هستند. این امکان به دستگاه‌ها این اجازه را می‌دهد که داده‌ها را به صورت بین دستگاهی ارسال و دریافت کنند و عملکردهای هماهنگ را انجام دهند. این ویژگی به دستگاه‌های IoT امکان کاربردهای تعاملی و هوشمند را می‌دهد.

امنیت و حفاظت اطلاعات: با استفاده از ماژول اترنت شبکه، دستگاه‌های IoT قادر به اتصال به شبکه امن اینترنت هستند و می‌توانند با سرعت مناسب در این شبکه تحت پروتکل‌های رمزنگاری شده، تبادل کنند.

زبان برنامه نویسی ماژول مبدل شبکه اترنت چیست؟

زبان برنامه‌نویسی مورد استفاده در ماژول‌های مبدل شبکه اترنت می‌تواند متنوع باشد و بستگی به نوع ماژول و رابط برنامه‌نویسی آن دارد. در اکثر موارد، ماژول‌های مبدل شبکه اترنت از زبان‌های برنامه‌نویسی پرکاربردی مانند C یا C++ یا میکروپایتون استفاده می‌کنند. بسیاری از ماژول‌های مبدل شبکه اترنت، مانند ماژول‌های مبدل شبکه به سریال (Ethernet to Serial Converter)، از رابط سریال برای ارتباط با میکروکنترلرها و دستگاه‌های دیگر استفاده می‌کنند. در این صورت، می‌توانید از زبان‌های برنامه‌نویسی معمولی میکروکنترلرها مانند C/C++، Arduino ، Python و یا Java برای برنامه‌نویسی و کنترل ماژول استفاده کنید. علاوه بر آن، برخی ماژول‌های مبدل شبکه اترنت دارای رابط‌ها و کتابخانه‌های برنامه‌نویسی مشخصی هستند که برای آنها طراحی شده‌اند. به عنوان مثال، برای ماژول‌هایی که از تراشه ENC28J60 استفاده می‌کنند، می‌توانید از کتابخانه‌ها و رابط‌های برنامه‌نویسی مرتبط با این تراشه مانند EtherCard و EtherSia در زبان Arduino استفاده کنید. مهمترین نکته این است که باید به مستندات و منابع مربوط به ماژول مورد استفاده خود مراجعه کنید. تولیدکنندگان معمولا دستورالعمل‌های برنامه‌نویسی و مثال‌های مربوط به زبان‌ها و رابط‌های مختلف را در اختیار کاربران قرار می‌دهند.

انواع کتابخانه‌های ماژول شبکه اترنت برای آردوینو

Ethernet Library: این کتابخانه یکی از کتابخانه‌های استاندارد آردوینو است که برای استفاده از ماژول‌های اترنت سری Wiznet (مانند W5100، W5200، W5500) طراحی شده است. این کتابخانه امکاناتی مانند اتصال به شبکه اترنت، ارسال و دریافت داده‌ها از طریق پروتکل TCP/IP و ایجاد سرور و کلاینت را فراهم می‌کند.

Ethernet2 Library: این کتابخانه نسخه بهبود یافته‌ای از کتابخانه Ethernet است که برای استفاده از ماژول‌های اترنت سری Wiznet به خصوص W5500 طراحی شده است. این نسخه از کتابخانه بهینه‌تر و عملکرد بهتری نسبت به نسخه اصلی دارد.

UIPEthernet Library: این کتابخانه برای استفاده از ماژول‌های اترنت سری ENC28J60 توسعه داده شده است. این ماژول‌ها از تراشه ENC28J60 استفاده می‌کنند و این کتابخانه امکان اتصال به شبکه اترنت، ارسال و دریافت داده‌ها را فراهم می‌کند.

EtherCard Library: این کتابخانه نیز برای استفاده از ماژول‌های اترنت سری ENC28J60 طراحی شده است. این کتابخانه امکاناتی مانند اتصال به شبکه اترنت، ارسال و دریافت داده‌ها از طریق پروتکل TCP/IP و ساخت سرور و کلاینت را فراهم می‌کند.

PubSubClient Library: این کتابخانه برای استفاده از پروتکل MQTT در تبادل اطلاعات تحت شبکه کاربرد دارد.

انواع کتابخانه میکروپایتون ماژول شبکه اترنت

Micropython-Enc28j60: این کتابخانه برای استفاده از ماژول‌های اترنت سری ENC28J60 با استفاده از میکروپایتون طراحی شده است. این ماژول‌ها از تراشه ENC28J60 استفاده می‌کنند و این کتابخانه امکان اتصال به شبکه اترنت و ارسال/دریافت داده‌ها را فراهم می‌کند.

Micropython-urequests: این کتابخانه برای ارسال درخواست‌ها و دریافت پاسخ‌ها با استفاده از پروتکل HTTP در میکروپایتون استفاده می‌شود. با استفاده از این کتابخانه، می‌توانید با سرورها و وبسایت‌ها ارتباط برقرار کنید و داده‌ها را ارسال و دریافت کنید.

Micropython-mqtt: این کتابخانه برای استفاده از پروتکل MQTT در محیط میکروپایتون استفاده می‌شود. MQTT یک پروتکل ارتباطی سبک و مناسب برای دستگاه‌های IoT است و با استفاده از این کتابخانه می‌توانید به سادگی داده‌ها را با سرورهای MQTT ارسال و دریافت کنید.

توجه داشته باشید که انتخاب کتابخانه مناسب بستگی به نوع ماژول مبدل شبکه اترنت شما دارد. قبل از استفاده از هر کتابخانه‌ای، بهتر است مستندات و راهنمای مربوط به ماژول مورد نظر را بررسی کنید کتابخانه مناسب را انتخاب کنید.