A comunicação serial é um método de transmissão de dados em que os bits são enviados sequencialmente, um de cada vez, através de um único canal de comunicação.

Ao contrário da comunicação paralela, onde múltiplos bits são transmitidos simultaneamente em vários canais, a comunicação serial utiliza uma abordagem mais simples e eficiente para longas distâncias.

Na automação industrial, a comunicação serial é vital para a integração de dispositivos, controle de máquinas, monitoramento de sistemas e diagnóstico remoto.

Sua simplicidade, custo-efetividade e capacidade de conectar múltiplos dispositivos em rede se tornam uma escolha popular em muitas aplicações industriais.

A comunicação serial envolve a transmissão de dados bit a bit, utilizando um único fio ou par de fios para a comunicação.

Isso contrasta com a comunicação paralela, onde vários bits são enviados simultaneamente por meio de múltiplos fios.

A simplicidade da comunicação serial permite uma transmissão de dados confiável e de longo alcance.

Diferença entre comunicação serial e paralela

A comunicação paralela, apesar de permitir uma transmissão mais rápida em curtas distâncias, requer mais fios e é mais suscetível a interferências eletromagnéticas.

Já a comunicação serial, utilizando menos fios, é mais adequada para longas distâncias e ambientes industriais, onde a robustez e a confiabilidade são vitais.

Outra coisa que é interessante mencionar é a respeito dos tipos de comunicação serial, que são as seguintes:

• Comunicação síncrona: Os dados são transmitidos em sincronia com um clock compartilhado entre o transmissor e o receptor, permitindo uma transmissão contínua e eficiente de dados.
• Comunicação assíncrona: Não requer um clock compartilhado, usando bits de start e stop para demarcar os dados. É mais simples, mas pode ser menos eficiente que a comunicação síncrona.

Para que alguns dispositivos funcionem e passem a receber e enviar os dados, é preciso, na maioria dos casos, de portas seriais. Elas são consideradas conexões externas que estão presentes nos equipamentos e servem para que alguns aparelhos básicos sejam conectados.

Por mais que a maioria dos equipamentos da atualidade tenham substituído essas portas pelo USB, elas ainda são utilizadas em modems, impressoras, PDAs e até câmeras digitais.

Alguns dos protocolos de comunicação serial são as seguintes:

RS-232

O RS-232 é um dos protocolos de comunicação serial mais antigos, introduzido em 1962 para a comunicação entre computadores e periféricos.

Embora tenha sido substituído por tecnologias mais modernas em muitas aplicações, ainda é amplamente utilizado devido à sua simplicidade e baixo custo.

O RS-232 é usado em diversas aplicações industriais, incluindo controle de máquinas, interface com sensores e atuadores, e comunicação com dispositivos de teste e diagnóstico.

RS-485

O RS-485 oferece grandes vantagens sobre o RS-232, incluindo a capacidade de suportar distâncias maiores e maior resistência a interferências eletromagnéticas.

Além disso, permite a comunicação multidrop, onde vários dispositivos podem compartilhar a mesma linha de comunicação.

O RS-485 é ideal para redes industriais onde múltiplos dispositivos precisam se comunicar ao longo de longas distâncias, como em sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition).

RS-422

O RS-422 é semelhante ao RS-485, mas é geralmente usado para comunicação ponto a ponto. Oferece alta velocidade de transmissão e excelente imunidade a ruídos, tornando-o ideal para aplicações industriais críticas.

O RS-422 é usado em ambientes industriais onde a comunicação confiável e de alta velocidade é essencial, como em sistemas de controle de máquinas e redes de sensores.

Modbus

O Modbus é um protocolo de comunicação serial amplamente utilizado em automação industrial para a comunicação entre dispositivos eletrônicos.

Ele permite a troca de informações entre controladores lógicos programáveis (CLPs) e outros dispositivos, facilitando o controle e monitoramento de processos industriais.

O Modbus é utilizado em sistemas SCADA para a coleta de dados e controle de processos em tempo real. Sua flexibilidade e compatibilidade com uma ampla gama de dispositivos o tornam uma escolha popular em muitas aplicações industriais.

Há diversos benefícios que podemos citar que a comunicação serial oferece para as indústrias. Dentre as principais, podemos mencionar as seguintes:

Simplicidade e custo-efetividade

A comunicação serial é simples de implementar e mantém os custos baixos, tanto em termos de hardware quanto de infraestrutura. Isso a torna uma escolha atrativa para muitas aplicações industriais.

Confiabilidade e robustez

A robustez da comunicação serial, em especial em ambientes industriais adversos, garante a confiabilidade na transmissão de dados. Protocolos como RS-485 e RS-422 são particularmente resistentes a interferências e ruídos.

Flexibilidade e escalabilidade

A comunicação serial permite a fácil integração de novos dispositivos e a expansão de sistemas existentes, proporcionando uma flexibilidade e escalabilidade para atender às crescentes demandas da automação industrial.

Embora a comunicação serial seja eficaz para muitas aplicações, ela possui limitações em termos de velocidade de transmissão e distância.

Protocolos como RS-485 mitigam algumas dessas limitações, mas é importante considerar essas restrições ao projetar sistemas.

Interferências e ruídos

Interferências eletromagnéticas podem afetar a comunicação serial, especialmente em ambientes industriais.

O uso de cabos blindados, aterramento adequado e técnicas de transmissão diferencial são essenciais para minimizar essas interferências.

Segurança

A segurança da comunicação serial é essencial para proteger dados sensíveis e garantir a operação segura de sistemas industriais.

Medidas como criptografia de dados, autenticação de dispositivos e monitoramento contínuo são necessárias para manter a integridade e a segurança das comunicações.

A comunicação serial continuará a desempenhar um papel importante na integração com tecnologias modernas, como IoT e Indústria 4.0.

A capacidade de conectar e controlar uma vasta rede de dispositivos inteligentes será fundamental para a automação avançada.

Os protocolos de comunicação serial continuarão a evoluir para atender às necessidades emergentes da automação industrial.

Novos desenvolvimentos em protocolos existentes e a introdução de novos protocolos melhorarão a eficiência, a segurança e a flexibilidade das comunicações.

Comunicação serial: características principais dos barramentos

Existem três barramentos que são encontrados frequentemente nos módulos de Arduino: UART, I2C e SPI. Conheça abaixo as principais características de cada um:

• UART – UART significa Universal Asynchronous Reception and Transmission, ou seja, o sistema não apresenta nenhum clock ou um sincronismo na comunicação. Por isso, para se comunicar utilizando o UART, será preciso que ambos os dispositivos estejam sincronizados na mesma velocidade ou Baud Rate, já citado anteriormente.O funcionamento ocorre da seguinte maneira: um bit inicial é enviado e logo em seguida os dados, a paridade e por fim o stop bit. Essa é a sequência que representa o envio de informações via UART.

• I2C – Este barramento carrega o significado de Inter-integrated Circuit. A comunicação acontece com o uso de dois fios, sendo um deles o clock. A principal diferença entre este barramento e o UART, é que este existe o mestre-escravo (Master Slave).Desse modo, a comunicação acontece sempre partindo do Master, fazendo a requisição para que o Slave possa responder, no SDA. A vantagem de utilizá-lo é que é possível plugar 128 módulos nas duas linhas disponíveis, ideal para empresas que precisam monitorar grandes sistemas.

• SPI – O Serial Peripheral Interface ou SPI apresenta mais pinos em sua configuração, podendo dizer que é uma mistura de I2C com o UART. Cada pino tem a sua função, como será possível ver a seguir:
  • SCK: clock em uma sequência determina que está sincronizando os dispositivos;
  • MOSI e MISO: pinos de dados de comunicação, representando o Master e o Slave;
  • CS: é o pino que dirá para o sistema que um módulo específico está sendo selecionado.

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A comunicação serial é um componente essencial da automação industrial, oferecendo simplicidade, confiabilidade e flexibilidade.

Esse artigo abordou os fundamentos, tipos e protocolos de comunicação serial, destacando sua importância e aplicações na automação industrial.

Embora existam desafios, como limitações de velocidade e interferências, as vantagens superam esses obstáculos, especialmente com a evolução contínua dos protocolos e a integração com tecnologias modernas.

A comunicação serial continuará a ser uma pedra angular na automação industrial, impulsionando a eficiência e a inovação.