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Alan

Published May 08, 2025 ©

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Serial to Ethernet 설계 완전정복: 회로부터 펌웨어까지

기존 시리얼 통신 기반의 장비를 네트워크로 확장하고 싶으신가요? 본 포스트에서는 Serial to Ethernet 설계를 통해 장비를 원격 제어할 수 있는 구체적인 적용 방법을 다룹니다.

COMPONENTS
PROJECT DESCRIPTION

1. Serial to Ethernet이란 무엇인가

Serial to Ethernet은 전통적인 시리얼(Serial) 통신 장비를 이더넷(Ethernet) 네트워크에 연결하여, 기존 장비의 통신 범위와 기능을 확장하는 기술적 방법이다. 시리얼 통신은 산업 자동화 장비, POS 시스템, 의료기기 등 다양한 분야에서 오랫동안 사용되어 왔으며, 통신 방식의 간단함과 저렴한 비용으로 인해 여전히 널리 사용되고 있다.

하지만 시리얼 통신에는 다음과 같은 한계가 존재한다:

물리적 거리의 제한: RS-232는 약 15m, TTL은 수 미터 이내로 제한됨

동시 연결 제한: 기본적으로 점대점(Point-to-Point) 통신 구조

인터넷 연동의 어려움: IP 기반 네트워크와 직접 연동 불가

이러한 한계를 해결하기 위해 등장한 것이 Serial to Ethernet 솔루션이다. 이는 시리얼 데이터를 TCP/IP 패킷으로 변환하여 LAN 또는 인터넷을 통해 전송할 수 있게 해주며, 결과적으로 다음과 같은 이점을 제공한다.

주요 목적 및 이점

목적설명
원격 제어 및 모니터링장비의 물리적 위치에 관계없이 데이터 수신 가능
기존 시스템의 네트워크화장비를 교체하지 않고도 인터넷 기반 시스템에 통합
클라우드 연동IoT 플랫폼과 연동하여 데이터 수집 및 분석 가능
보안 기능 적용 용이방화벽, 암호화 등 네트워크 보안 적용 가능

Serial to Ethernet 구현은 보통 다음 세 가지 방식 중 하나로 나뉜다:

완성형 모듈/칩 사용
시리얼 ↔ 이더넷을 처리하는 하드웨어 TCP/IP 엔진이 내장되어 있어 외부 MCU 없이도 구현 가능

MCU + Ethernet 칩 직접 설계
MCU가 TCP/IP 스택을 직접 처리하며, 유연하지만 구현 난이도가 높고 소프트웨어 개발 필요

SBC 기반 소프트웨어 방식
Raspberry Pi 등에서 소프트웨어로 시리얼 ↔ 이더넷 브리지 구현. 크기 및 소비전력은 비교적 큼

 

2. 시리얼 통신의 종류와 차이점

시리얼 통신(Serial Communication)은 데이터를 비트 단위로 순차 전송하는 방식으로, 병렬 통신에 비해 단순하고 장거리 통신에 적합하다. 다양한 전기적 표준이 존재하며, 대표적으로 UART (TTL 레벨), RS-232, RS-485가 널리 사용된다. 각 방식은 물리적 특성, 통신 거리, 연결 형태 등이 다르므로 목적에 따라 적절한 선택이 필요하다.

2.1 UART (TTL 레벨)

**UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)**는 마이크로컨트롤러 등 디지털 회로에서 기본적으로 제공하는 시리얼 통신 방식으로, 전압 레벨은 **TTL(Transistor-Transistor Logic)**을 따른다.

전압 레벨: 3.3V 또는 5V

통신 거리: 1미터 이하 권장

신호선 구성: TX, RX (필요 시 GND 포함)

특징:

소프트웨어 기반 통신 (하드웨어 UART 포함)

잡음에 취약, 실드 및 거리 제한 있음

대부분의 MCU 보드에서 기본 제공

사용 예: 아두이노 ↔ 센서, 라즈베리파이 ↔ 디버깅 콘솔

2.2 RS-232

**RS-232 (Recommended Standard 232)**는 PC와 모뎀 등 장비 간 통신을 위해 설계된 표준으로, TTL보다 높은 전압을 사용하여 장거리 통신이 가능하다.

전압 레벨: ±3V ~ ±15V (보통 ±12V)

통신 거리: 최대 약 15m

신호선 구성: 최소 3선 (TXD, RXD, GND), 최대 9핀(DB9)

특징:

직렬 통신의 대표 표준

노이즈 내성 우수

TTL 신호와 직접 연결 불가 → 전압 변환 회로 필요

사용 예: 산업용 장비, POS 시스템, 시리얼 프린터, 구형 PC

2.3 RS-485

RS-485는 장거리 및 다중 장치 연결을 위한 산업 표준 통신 방식으로, 차동 신호(Differential Signaling)를 사용하여 신뢰성을 높인다.

전압 레벨: 차동 ±1.5V 기준

통신 거리: 최대 1200m (9600bps 기준)

신호선 구성: A, B (차동선), GND (선택적)

특징:

최대 32개 노드 지원

Half-duplex 통신이 일반적 (Full-duplex도 가능)

산업용 네트워크, 계장제어, 에너지 시스템 등에서 필수

사용 예: PLC, 온도 제어기, 에너지 미터, 모터 드라이버

2.4 비교 요약표

구분전압 레벨통신 거리다중 연결사용 예시
UART (TTL)3.3V / 5V~1m불가MCU ↔ 센서, 보드 간 통신
RS-232±12V~15m불가POS, PC ↔ 장비
RS-485±1.5V (차동)~1200m가능 (최대 32 노드)산업용 네트워크 시스템
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