يُستخدم كابل USB إلى منفذ تسلسلي لربط جهاز كمبيوتر حديث لا يحتوي على منفذ تسلسلي مدمج بجهاز قديم يعتمد عليه. تقوم الشريحة الموجودة في الكابل بتحويل إشارة USB إلى إشارة تسلسلية للجهاز المستهدف: RS232، RS485، RS422، TTL UART، أو واجهة وحدة تحكم عبر RJ45.

تُستخدم هذه الكابلات بشكل شائع في الأتمتة الصناعية، والتحكم في أجهزة الشبكة، وتطوير الأنظمة المدمجة، ودعم تكنولوجيا المعلومات. ويُحدد الكابل المناسب بناءً على واجهة الاتصال التسلسلي للجهاز المستهدف.

ما هي أنواع كابلات USB إلى Serial المتوفرة؟

هناك 5 أنواع رئيسية. جميعها تركز على معايير تسلسلية ومجموعات تطبيقات مختلفة.

كابل USB إلى RS232

يُعدّ نظام RS232 النظام التسلسلي القديم الأكثر شيوعًا. ويعمل على أساس الإشارة أحادية الطرف حيث يمكن توصيل جهازين من خلال اتصال نقطة إلى نقطة ويبلغ طوله الوظيفي حوالي 15 مترًا.

تستخدم معظم منافذ التوصيل التسلسلي موصل DB9 (9 دبابيس)، بينما تستخدم الإصدارات القديمة من الأجهزة موصل DB25 (25 دبوسًا). توجد منافذ RS232 في وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)، ومحطات نقاط البيع (POS)، وأجهزة المختبرات، ووحدات التحكم الصناعية، وأجهزة الكمبيوتر القديمة.

التطبيقات الشائعة:

• برمجة وتشخيص أعطال وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)
• اتصال ماسح الباركود وجهاز نقاط البيع
• تكوين المختبر وأجهزة القياس
• الوصول إلى وحدة التحكم الصناعية القديمة

قبل الشراء: تأكد من نوع منفذ الجهاز، ذكرًا كان أم أنثى، وما إذا كنت تحتاج إلى كابل توصيل مباشر أو كابل توصيل متقاطع (كابل متقاطع). فهما غير قابلين للتبديل.

كابل USB إلى RS485

تُستخدم الإشارات التفاضلية لبروتوكول RS485 في ناقل ثنائي الأسلاك (A/B). يتميز هذا البروتوكول بمقاومة عالية للتشويش، ويسمح باستخدام كابلات يصل طولها إلى حوالي 1200 متر، ويمكنه استيعاب أكثر من جهازين على ناقل واحد، أي ما يصل إلى 32 عقدة في التطبيقات القياسية.

يُعدّ RS485 الطبقة الفيزيائية لبروتوكول Modbus RTU، وهو البروتوكول الأكثر شيوعًا في مجال الأتمتة الصناعية. كما يُستخدم أيضًا في بروتوكولات BACnet MS/TP وDALI وأنظمة قياس الطاقة.

التطبيقات الشائعة:

• الاتصال عبر بروتوكول Modbus RTU مع وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) ومحركات التردد المتغيرة (VFDs) وأجهزة الاستشعار
• أنظمة أتمتة المباني وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء
• شبكات عدادات الطاقة والعدادات الفرعية
• جمع بيانات نظام التحكم الإشرافي وتحصيل البيانات (SCADA)

أهم نقطة: معظم أنظمة RS485 تعمل بنظام نصف مزدوج: حيث تتدفق البيانات في اتجاهين متعاكسين في كل مرة. يجب أن يكون المحول قادراً على تبديل اتجاه الإرسال/الاستقبال. تأكد من أن هذه العملية تتم تلقائياً (التحكم التلقائي في الاتجاه) قبل دمجها في شبكة Modbus التشغيلية.

كابل USB إلى RS422

يُعدّ RS422 معيارًا تفاضليًا من نوع RS485، ولكنه مصمم للعمل بنظام الإرسال والاستقبال المتزامن (Full-Duplex) مع أزواج مخصصة للإرسال والاستقبال، أي أربعة أسلاك بدلًا من اثنين. ويمكن استخدامه عبر كابلات طويلة، كما يسمح لجهاز إرسال واحد بتشغيل عدة أجهزة استقبال.

يُستخدم بروتوكول RS422 في أنظمة التحكم الصناعية، وواجهات التحكم في الحركة، والمعدات المتخصصة عند الحاجة إلى اتصال تفاضلي ثنائي الاتجاه. معظم محولات USB إلى RS485 متوافقة مع وضع RS422 أيضًا - راجع مخطط الأسلاك للتأكد من استخدام إعداد الأسلاك الأربعة.

كابل وحدة تحكم USB إلى RJ45

تتضمن إدارة أجهزة التوجيه والمحولات وجدران الحماية وغيرها من أجهزة الشبكة المماثلة منفذًا للتحكم، وهو عادةً مقبس RJ45، لتوفير إدارة محلية مباشرة. لا يتصل هذا المنفذ بواجهات إيثرنت الخاصة بالجهاز، بل ينقل إشارات تسلسلية.

يسمح كابل وحدة التحكم USB إلى RJ45 للمهندسين بالوصول إلى واجهة سطر الأوامر للجهاز مباشرة من خلال جهاز كمبيوتر محمول من أجل تكوين الجهاز أو استعادة البرامج الثابتة أو استكشاف أخطاء الجهاز وإصلاحها عندما لا يكون الوصول إلى IP متاحًا.

لاحظ أن كابل RJ45 الخاص بوحدة التحكم وكابل الإيثرنت لهما نفس الموصل، لكنهما يختلفان في خصائصهما الكهربائية. أحدهما ينقل البيانات التسلسلية بينما ينقل الآخر بيانات الشبكة. لا يمكن استخدامهما بشكل تبادلي.

تذكر أيضاً أن ترتيب دبابيس منفذ وحدة التحكم يختلف بين الشركات المصنعة. تأكد من توافقه مع جهازك المحدد.

بعض الأجهزة الأخرى، مثل بعض أنظمة UPS ومعدات الشبكات القديمة، مصممة بفتحة إدارة RJ11/RJ12 سداسية الأطراف (6P6C أو 6P4C) بدلاً من مقبس RJ45. كما أنها تتطلب إصدارات الكابلات المناسبة.

كابل USB إلى TTL UART

تستطيع كابلات TTL UART تحويل إشارات USB إلى إشارات تسلسلية منطقية، وهي الإشارات المطلوبة من قبل المتحكمات الدقيقة ولوحات التطوير. وتُعدّ هذه الكابلات من الأجهزة الشائعة في تصحيح أخطاء البرامج الثابتة، والوصول إلى مُحمّل الإقلاع، وتوصيل وحدة التحكم التسلسلية بأجهزة الكمبيوتر أحادية اللوحة.

يُعدّ مستوى الجهد الكهربائي مهمًا. توجد ثلاثة مستويات جهد لكابلات TTL UART: 3.3 فولت و5 فولت. قد يتسبب استخدام كابل 5 فولت في تلف جهاز يعمل بجهد 3.3 فولت. لذا، يُنصح دائمًا بالتحقق من مستوى المنطق المطلوب لجهازك قبل تشغيله.

يستخدم الطرف التسلسلي عادةً أسلاك دوبونت أو موصلات ذات دبابيس بمسافة 2.54 مم. الدبابيس الشائعة هي GND وTX وRX، بالإضافة إلى بعض الكابلات الأخرى التي تحتوي على دبابيس VCC ودبابيس التحكم في التدفق. يجب توصيل كابل TX بكابل RX الخاص بالجهاز والعكس صحيح.

التطبيقات الشائعة:

• تصحيح أخطاء البرامج الثابتة لوحدات التحكم الدقيقة ووحدات التحكم الدقيقة
• الاتصال التسلسلي لـ ESP8266 / ESP32 / Arduino
• الوصول إلى وحدة التحكم التسلسلية لـ Raspberry Pi و SBC
• برنامج الإقلاع وتحديث البرامج الثابتة لأجهزة إنترنت الأشياء

كابلات USB-C إلى Serial

جميع الأنواع المذكورة أعلاه لها إصدارات USB-C. عملية التحويل متشابهة، لكن يختلف نوع الموصل في جانب الجهاز المضيف. في حال كان حاسوبك المحمول مزودًا بمنافذ USB-C فقط، فإن هذه المنافذ تغنيك عن استخدام محولات إضافية.

مقارنة بين: RS232، RS485، RS422 و TTL UART

هل تحتاج كابلات USB إلى Serial إلى برامج تشغيل؟

نعم، في معظم الحالات. تحتاج الشريحة الداخلية للكابل إلى برنامج تشغيل لإنشاء منفذ COM افتراضي على الكمبيوتر المضيف. وتستحوذ أربع شرائح على معظم السوق:

للاستخدام الفردي، يُعد تثبيت برنامج التشغيل بسيطًا. أما للنشر على أجهزة متعددة أو بيئات إنتاجية، فتحقق من توفر برنامج التشغيل لإصدار نظام التشغيل الخاص بك قبل اختيار الكابل.

كيفية اختيار كابل USB إلى Serial المناسب

1. حدد واجهة الاتصال التسلسلي على جهازك المستهدف.

راجع دليل الجهاز. تأكد من المعيار (RS232/RS485/RS422/TTL/وحدة تحكم)، ونوع الموصل (DB9، DB25، RJ45، كتلة طرفية، رأس دبوس)، ومستوى جهد المنطق (في حالة TTL). هذه الخطوة البسيطة تُجنّبك معظم أخطاء الاختيار.

2. قم بتوصيل موصل USB بجهاز الكمبيوتر الخاص بك.

لا يزال منفذ USB-A شائعًا في أجهزة الكمبيوتر المكتبية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة القديمة. إذا كان جهازك مزودًا بمنفذ USB-C فقط، فاشترِ نسخة USB-C مباشرةً.

3. تحقق من توافق نظام التشغيل وبرامج التشغيل.

إذا كنت تستخدم إصدارًا حديثًا من نظام macOS أو نظام Windows 11 ARM، فتحقق من أن مجموعة الشرائح لديها دعم مستقر لبرامج التشغيل لبيئتك.

4. ضع في اعتبارك بيئة العمل.

للاستخدام في المكاتب والمختبرات، يُعد الكابل القياسي مناسبًا. أما للاستخدام في المجال الصناعي، فيُرجى مراعاة ما يلي:

• كابل محمي للبيئات ذات التداخل الكهرومغناطيسي العالي
• قفل موصلات DB9 لمنع الفصل العرضي

• العزل الكهربائي حيث توجد فروق جهد أرضي بين المعدات

الأسئلة الشائعة

ما هو استخدام كابل USB إلى منفذ تسلسلي؟

يربط هذا الجهاز حاسوبًا حديثًا - يفتقر إلى منفذ تسلسلي مدمج - بأجهزة تستخدم واجهات RS232 أو RS485 أو RS422 أو TTL UART أو واجهات وحدة التحكم. تشمل الاستخدامات الشائعة تهيئة المعدات الصناعية، وإدارة أجهزة الشبكة، وتطوير الأنظمة المدمجة.

ما الفرق بين USB إلى RS232 و USB إلى RS485؟

يُعدّ RS232 أحادي الطرف ويعمل بنظام نقطة إلى نقطة بمدى يصل إلى 15 مترًا تقريبًا. أما RS485 فهو تفاضلي، ويدعم أجهزة متعددة على ناقل واحد، ويعمل بمدى يصل إلى 1200 متر تقريبًا. ولا يمكن استبدال أحدهما بالآخر.

هل كابل وحدة التحكم USB هو نفسه كابل الإيثرنت؟

لا. كلاهما يستخدم قابس RJ45، لكن كابل وحدة التحكم ينقل الإشارات التسلسلية إلى منفذ إدارة الجهاز، بينما ينقل كابل الإيثرنت بيانات الشبكة. لا يمكن استبدال أحدهما بالآخر.

هل يمكنني استخدام كابل USB إلى TTL بدلاً من كابل USB إلى RS232؟

لا. فهي تستخدم مستويات جهد مختلفة وقطبية إشارة متباينة. استخدام النوع الخاطئ يُعرّض الاتصال للفشل وقد يُلحق الضرر بالأجهزة.

لماذا لا يعمل كابل USB إلى منفذ تسلسلي على نظام macOS؟

غالباً ما تكون هذه المشكلة متعلقة بتعريفات التشغيل. تحقق من نوع شريحة المعالج المستخدمة في الكابل، وقم بتنزيل أحدث تعريف تشغيل من موقع الشركة المصنعة للشريحة. وقد لوحظت مشاكل توافق معروفة في كابلات Prolific PL2303 مع بعض إصدارات macOS.

ملخص: أي كابل تحتاج؟

مؤلف

فرانك يان
المؤسس | حلول الاتصال من فارسنس

فرانك يان هو مؤسس شركة فارسينس ولديه أكثر من 13 عامًا من الخبرة في صناعة الكابلات والاتصالات، حيث عمل عن كثب مع العملاء العالميين في حلول مراكز البيانات والحلول الصناعية وحلول الاتصال الشبكي.