基於網絡傳輸的串口聯網實現方法
2023-06-09 08:49:01 1
基於網絡傳輸的串口聯網實現方法
【專利摘要】本發明提供一種基於網絡傳輸的串口聯網實現方法，在PC機側通過虛擬串口驅動程序，將串口橋接器的多路串口映射成PC機的本地COM口，PC機的虛擬串口驅動程序將用戶串口程序都COM口的收發報文轉換成乙太網TCP報文與串口橋接器進行透明傳輸，在串口橋接器端，將乙太網TCP報文轉換成串口報文通過串口橋接器的串口發往相應的串口設備，從而使串口設備很方便地接入到網絡中，實現信息共享。本發明可以節省大量的通信電纜，廣泛應用於物聯網。
【專利說明】基於網絡傳輸的串口聯網實現方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及串口聯網實現方法，具體涉及一種基於網絡傳輸的串口聯網實現方法。
【背景技術】
[0002]在工業自動化及電力自動化系統中，存在著各種各樣的串口通信設備，傳統的連接方式是通過多條串行總線與上位機進行通信，實現信息共享。而PC機的串口數通常很少，有的甚至沒有串口，所以對於需要連接大量串口通信設備的場合，傳統的連接方式已經無法適應新的技術要求，所以需要有一種簡單有效方法實現PC機的串行通信口的網絡化延伸和擴展。而使用網絡化傳輸方式，只要PC機提供一根網線接入網絡，外加一個串口橋接器即可使大量串口設備輕鬆聯網。
【發明內容】
[0003]本發明針對上述現有技術存在的問題作出改進，即本發明要解決的技術問題是提供一種基於網絡傳輸的串口聯網實現方法，只要PC機提供一根網線接入網絡，外加一個串口橋接器即可使大量串口設備輕鬆聯網。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案:
[0005]一種基於網絡傳輸的串口聯網實現方法，在PC機側通過虛擬串口軟體，將串口橋接器的多路串口映射成PC機的本地COM 口，PC機的虛擬串口軟體將用戶串口程序的COM 口的收發報文轉換成乙太網TCP報文與串口橋接器進行透明傳輸，在串口橋接器端，將乙太網TCP報文轉換成串口報文，通過串口橋接器的串口發往相應的串口設備，從而使串口設備接入到網絡中，實現信息共享。
[0006]所述串口橋接器，將上位機虛擬串口發送的TCP/IP協議報文轉換成對應串口所需的報文，並通過串口橋接器的串口與串口設備進行通信轉發，以達到串口聯網的目的。
[0007]所述虛擬串口軟體，為應用層提供與串口設備一樣的系統調用接口，以兼容原本使用本地串口的應用軟體的虛擬設備。
[0008]所述虛擬串口軟體包括虛擬串口驅動程序、網絡服務程序和虛擬串口管理軟體；
[0009]所述虛擬串口驅動程序，將用戶串口應用程式發出的串口調用進行轉換，然後傳遞給應用程式層的網絡服務程序，並從網絡服務程序接收乙太網上的信息，將其轉換後送給其他串口應用程式；
[0010]所述網絡服務程序，負責虛擬串口驅動程序和網絡之間的聯繫；
[0011]所述虛擬串口管理軟體，為系統添加和刪除虛擬串口設備，用於建立乙太網TCP埠號與虛擬串口設備號的對應關係。
[0012]本發明的有益效果是:給出了一種在Windows平臺上實現虛擬串口軟體的方法及串口橋接器的實現方法，由此實現的虛擬串口具有與真實串口完全相同的系統調用接口，解決上位機串口資源缺乏的局限性，實現了上位機的串口的網絡化延伸和擴展。
[0013]本發明適用於任何運行windows作業系統的上位機，可廣泛應用於物聯網，使Windows上位機可通過乙太網輕鬆訪問現場串口設備，串口橋接器就近安裝於串口設備附近，可以節省大量的通信電纜，只需一根網線即可使大量串口設備輕鬆聯網。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中:
[0015]圖1是本發明檢測視頻鏡頭切換的運行總圖；
[0016]圖1是本發明通信原理圖；
[0017]圖2是本發明一個較佳實施例的串口橋接器的原理框圖；
[0018]圖3是本發明一個較佳實施例的虛擬串口驅動軟體原理框圖；
[0019]圖4是本發明一個較佳實施例的串口橋接器軟體流程圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖1-4所示，本發明公開一種基於網絡傳輸的串口聯網實現方法，通過網絡傳輸的方式實現上位機的串行通信口的延伸和擴展，使原本不具備網絡功能的設備可快速連接到網絡中。
[0021]如圖1所示，本發明包括串口橋接器和虛擬串口軟體，上位機的虛擬串口軟體與串口橋接器通過乙太網TCP/IP協議進行通信，將上位機的串口應用程式的收發報文轉換成乙太網報文發給串口橋接器，串口橋接器將收到的乙太網報文快速轉換為相應的串口報文發送至相應的串口設備，整個過程採用透明化傳輸模式，串口橋接器不做任何報文協議的解釋。具體技術方案如下:
[0022]串口橋接器主要負責將上位機虛擬串口發送的TCP/IP協議報文轉換成對應串口所需的報文，並通過串口橋接器的串口與串口設備進行通信轉發，以達到串口聯網的目的。串口橋接器的主要工作就是實時監視乙太網埠的報文與串行埠的報文，進行實時轉發。
[0023]虛擬串口軟體的作用是在windows上位機中安裝特定的軟體虛擬出與計算機自帶串口完全一樣的虛擬串口設備，虛擬串口軟體為應用層提供與串口設備一樣的系統調用接口，以兼容原本使用本地串口的應用軟體的「虛」設備。
[0024]本發明給出了一種在Windows平臺上實現虛擬串口的方法，由此實現的虛擬串口具有與真實串口完全相同的系統調用接口，採用虛擬串口軟體，可以實現上位機串口設備的網絡化擴展和延伸。
[0025]下面結合具體實施例做進一步說明:
[0026]如圖2所示，串口橋接器採用32位高性能ARM9CPU，自帶2路UART串口和一路乙太網接口，無需外擴外圍通信晶片。串口橋接器運行ucosll實時作業系統，串口橋接器上電後創建TCP socket,等待上位機虛擬串口軟體發起連接，當連接成功後，啟動報文實時交互任務，對乙太網接收緩衝區的報文與串口接收緩衝區的報文進行實時轉發，以達到串口硬體橋接的作用，轉發的頻率不能太快，也不能太慢，太快了會嚴重影響CPU佔用率，太慢了會造成斷幀現象。串口橋接器根據串口波特率來實時計算每兩個字符間的間隔時間，按照這個時間間隔來判斷串口接收緩衝區是否有報文存在，如果有則立即轉發。
[0027]虛擬串口軟體位於串口通信的管理軟體與現場總線網絡驅動層之間，它實際上是一個虛擬串口驅動程序，負責管理軟體和現場總線之間的信息轉換工作，在作用上非常類似於硬體意義上的橋接器。
[0028]虛擬串口軟體向串口通信的管理軟體提供一個虛擬出來的串口設備(COM1-COM255),管理軟體對虛擬串口的操作和真實的串口一模一樣，虛擬串口獲得管理軟體的信息後，將其轉換成現場總線的網絡報文，發往串口橋接器，橋接器再經過一次逆向轉換，將網絡報文轉化為串口報文，發往現場串口設備。反之，從現場設備發往管理軟體的信息同樣也需要經過這兩次轉換。
[0029]這樣通過虛擬串口和串口橋接器的作用，串口管理軟體和現場串口設備都感知不到中間存在有現場總線。完全實現了原有的基於串口通信的儀表設備平滑移動到現場總線的體系中來。
[0030]虛擬串口軟體的整體框架包含了以下三個獨立程序，如圖3所示:
[0031]虛擬串口驅動程序(Ethcomm.sys)，這是一個標準的WDM設備驅動程序，它的作用是將用戶串口應用程式發出的串口調用進行轉換，然後傳遞給應用程式層的Service程序，並從Service網絡服務程序接收乙太網上的信息，將其轉換後送給其他串口應用程式。該驅動程序的系統1調用接口以及讀寫控制完全仿照標準的串口驅動程序製作，所以從用戶角度看，虛擬串口的使用與普通串口沒有任何區別。
[0032]網絡服務程序(Service, exe)，該程序是一個Windows服務程序，它主要負責虛擬串口驅動程序和網絡之間的聯繫。Service, exe在應用層實現乙太網通信與虛擬串口驅動程序之間的轉發功能，不直接在驅動程序層調用TCP/IP協議棧，這樣可以消除在比極端流量情況下造成系統崩潰的隱患。
[0033]虛擬串口管理軟體(ComManager.exe)，該程序負責為系統添加和刪除虛擬串口設備，用於建立乙太網TCP埠號與虛擬串口設備號的對應關係，只有建立了這種對應關係，才能實現串口橋接器的指定串口與上位機虛擬串口軟體的通信。
[0034]如圖4所示的串口橋接器軟體流程，展示了串口交接器軟體的工作過程。
[0035]綜上，本發明給出了一種在Windows平臺上實現虛擬串口軟體的方法及串口橋接器的實現方法，由此實現的虛擬串口具有與真實串口完全相同的系統調用接口，解決上位機串口資源缺乏的局限性，實現了上位機的串口的網絡化延伸和擴展。
[0036]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於網絡傳輸的串口聯網實現方法，其特徵在於:在PC機側通過虛擬串口軟體，將串口橋接器的多路串口映射成PC機的本地COM 口，PC機的虛擬串口軟體將用戶串口程序的COM 口的收發報文轉換成乙太網TCP報文與串口橋接器進行透明傳輸，在串口橋接器端，將乙太網TCP報文轉換成串口報文，通過串口橋接器的串口發往相應的串口設備，從而使串口設備接入到網絡中，實現信息共享。
2.根據權利要求1所述的基於網絡傳輸的串口聯網實現方法，其特徵在於:所述串口橋接器，將上位機虛擬串口發送的TCP/IP協議報文轉換成對應串口所需的報文，並通過串口橋接器的串口與串口設備進行通信轉發，以達到串口聯網的目的。
3.根據權利要求1所述的基於網絡傳輸的串口聯網實現方法，其特徵在於:所述虛擬串口軟體，為應用層提供與串口設備一樣的系統調用接口，以兼容原本使用本地串口的應用軟體的虛擬設備。
4.根據權利要求3所述的基於網絡傳輸的串口聯網實現方法，其特徵在於: 所述虛擬串口軟體包括虛擬串口驅動程序、網絡服務程序和虛擬串口管理軟體； 所述虛擬串口驅動程序，將用戶串口應用程式發出的串口調用進行轉換，然後傳遞給應用程式層的網絡服務程序，並從網絡服務程序接收乙太網上的信息，將其轉換後送給其他串口應用程式； 所述網絡服務程序，負責虛擬串口驅動程序和網絡之間的聯繫； 所述虛擬串口管理軟體，為系統添加和刪除虛擬串口設備，用於建立乙太網TCP埠號與虛擬串口設備號的對應關係。
【文檔編號】H04L29/06GK104506407SQ201410827853
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月25日 優先權日:2014年12月25日
【發明者】張杭, 趙新明 申請人:南京因泰萊電器股份有限公司