在现代工业控制、物联网（IoT）、智能交通和远程监控等应用中，传统串口设备（如RS-232/RS-485接口的传感器、PLC、仪器仪表）依然广泛存在。为了实现这些设备与网络的互联互通，串口转以太网（Serial to Ethernet）技术应运而生。其核心器件——串口转以太网芯片，通过集成串口协议与以太网协议的转换逻辑，实现串口数据的网络化传输，为传统设备赋能网络能力。本文将系统介绍串口转以太网芯片的工作原理、主流产品、典型应用以及发展趋势。

一、串口转以太网芯片的工作原理

串口转以太网芯片，通常集成UART（通用异步接收发送器）与MAC/PHY以太网接口，通过内部协议转换引擎，将串口接收到的数据封装成TCP/IP或UDP数据包，在以太网上进行传输；同时接收来自网络端的数据并解封装还原为串口数据输出。

其典型功能模块包括：

串口接口（UART/RS-232/RS-485）：支持不同串行通信标准；

TCP/IP协议栈：实现Socket通信，包括服务器/客户端模式；

以太网MAC/PHY接口：连接RJ45端口，支持10/100Mbps；

配置接口：支持AT指令、本地网页、UDP广播、串口配置等；

缓存和数据重发机制：提升通信可靠性，防止丢包。

部分高集成度芯片甚至内置MCU与Flash，可独立运行，不需外部主控。

二、主流串口转以太网芯片及方案

WIZnet W5500 / W5300 / W6100

韩国WIZnet公司推出的硬件TCP/IP协议栈芯片，广泛用于嵌入式串口转网关方案；

具有SPI接口，可搭配MCU构建串口转以太网模块；

支持8个Socket并发，支持IPv4/IPv6（W6100）；

稳定性高、开发简单，是市面上使用最广泛的方案之一。

USR-TCP232系列芯片（USR芯片）

由国内厂商USR IOT推出，集成串口转以太网功能；

支持TCP Client/Server、UDP、HTTPD、AT配置等；

可应用于低功耗物联网节点和工业远程设备管理；

芯片型号如USR-K5、USR-K6广泛集成在串口服务器和模块中。

Xilinx / Lattice FPGA + IP核方案

用于高端自定义需求的用户，通过FPGA集成软核串口与Ethernet MAC；

灵活性高，适合对时序精度或数据处理能力有特殊要求的工业系统；

常用于轨道交通、军工通信等领域。

TI Sitara 系列（如AM3352）

集成UART与Ethernet的高性能SoC；

可运行完整Linux系统，支持多串口、多网口复杂转换逻辑；

适合网关设备与边缘计算节点。

三、典型应用场景

工业串口设备联网

传统串口仪表、PLC、数据采集终端通过转网芯片接入SCADA或MES系统；

便于集中控制与远程管理。

智能交通与监控

路灯控制器、交通信号机等设备常采用RS-485通信，可通过串口转网芯片接入调度平台。

智能电网

电力仪表、采集终端通过串口转以太网方式接入电力信息采集系统。

设备远程运维与升级

远程串口透传功能实现维护人员无需现场操作即可进行调试与数据查看。

四、技术发展趋势

集成化与小型化

越来越多芯片将串口、TCP/IP协议栈、MAC/PHY高度集成在一个芯片中，方便模块化应用。

多串口支持与带宽优化

支持2~8路串口并发转换，适用于多节点设备接入场景；

提高缓存能力与QoS管理，提升网络适配性。

兼容性与协议扩展

除TCP/UDP外，支持MQTT、Modbus TCP、HTTP、WebSocket等工业与物联网协议。

安全特性增强

支持TLS加密、MAC地址绑定、防火墙机制，以应对工业互联网的安全挑战。

结语

串口转以太网芯片作为传统设备“联网化”的桥梁，在工业自动化、智慧城市、能源管理等众多领域发挥着关键作用。随着国产芯片企业技术能力不断提升、市场需求日益多元，未来将涌现更多高集成、高可靠、适配广泛的串口转以太网芯片产品，助力传统设备顺利接入新一代数字化网络体系。