专利名称：一种基于上、下位机结构的自动化控制设备的通信方法
一种基于上、下位机结构的自动化控制设备的通信方法本发明涉及一种通信方法，尤其涉及一种基于上、下位机结构的自动化控制设备、不需要更换系统软件就可以实现对新设备、新通信协议的支持的通信方法，属于自动化控制设备生产领域。
背景技术：
当前，在工业自动化控制领域，基于查询/应答机制的通信类协议应用十分广泛，如I2C、SPI、串口通信(RS232、RS422、RS485等)、CAN总线等总线接口上都在广泛的使用这类通信协议。为了实现与上述总线设备进行通信，当前的做法都是采用在本端系统中采用硬编码的形式固化对应的通信协议，采用该通信协议与对应的设备进行通信。这种方式存在着 一个问题当需要添加一种当前系统中无法支持的设备或者通信协议时，无法在不修改系统代码的情况下对新设备(使用新的通信协议)提供支持。如果要对该新出现的设备进行支持，需要在系统软件(包括上位机系统和下位机系统的软件)中通过硬编码置入该设备协议的处理程序，然后更新整个系统的软件。该方式必然将提高系统的后期维护成本，增加软件版本管理难度，同时给使用的客户带来额外的维护麻烦，不利于自动化控制设备的扩容和自动化控制行业的发展。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种基于上、下位机结构的自动化控制设备的通信方法，这种方法不需要更换系统软件就可以实现对新设备、新通信协议的支持。为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案本发明用于实现用户界面、上位机系统、下位机系统和外部设备之间的互动通讯，其创新之处在于在上位机系统中设置模板数据处理模块和模板数据库，在下位机系统中设置查询/应答机制通用通信方法处理模块；所述模板数据库的数据包括各外部设备的设备列表、设备描述表、协议列表、协议描述数据和描述符定义表，所述模板数据处理模块根据用户对外部设备的设置参数，动态地按照模板数据生成查询/应答协议通用通信数据，并把所述通用通信数据下传到下位机系统，同时，所述模板数据处理模块根据模板配置数据对下位机系统返回的未处理的应答数据进行动态解析，并把解析后的数据按照用户数据格式提交给用户界面；下位机系统对所述模板数据处理模块下发的所述通用通信数据进行存储，所述查询/应答机制通用通信方法处理模块在需要时读取对应设备的通用通信数据进行解析，并发送对应的查询指令到对应的外部设备，等待并接收外部设备的应答数据，在接收到所述外部设备的应答数据后，根据需要不解析所述应答数据，或根据配置的协议数据对所述应答数据进行解析并得到解析后数据，并将未解析的所述应答数据或解析后数据返回到上位机系统。由于模板数据处理模块根据用户对外部设备的设置参数，动态地按照模板数据生成查询/应答协议通用通信数据，并把所述通用通信数据下传到下位机系统，查询/应答机制通用通信方法处理模块在需要时读取对应设备的通用通信数据进行解析，再与外部设备之间进行互动通信，并将应答数据返回到上位机系统，从而形成用户界面、上位机系统、下位机系统和外部设备之间的互动通讯，完成对外部设备的自动化控制，并可任意增加基于查询/应答协议的外部设备，经过比较简化的过程(只需要在本端上位机系统数据库中添加一组该新设备或者协议的抽象描述数据)即可实现对新设备的自动化控制，不需对系统软件(包括上位机系统和下位机系统的软件)作任何更换或升级的处理。具体地，所述外部设备的设备列表为记录当前数据库中能提供支持的设备名称、设备型号的列表，对每一个设备型号使用一个唯一的ID值进行标记，一个模板数据处理模块中只有一个设备型号列表，每个设备型号列表可以记录若干个设备型号，使用设备ID值进行检索；所述的设备描述表为记录设备列表中对应设备的详细信息，包括描述该设备使用的通信接口，以及该通信接口的默认参数配置的通信参数；所述协议列表为对每一个通信内容使用一个唯一的ID值进行标记，记录通信内容的各种信息，每个设备型号对应一个协议列表，每个协议列表可以记录若干个通信内容；所述协议描述数据为使用系统中定 义的描述符对通信内容进行描述的数据，所述协议描述数据分为两个部分，分别用于描述本通信内容的查询指令和设备应答数据；所述描述符定义表，用于记录每个协议描述数据中所使用的描述符的ID号以及对应的描述定义数据，供所述协议描述数据使用。所述通用通信数据包括外部设备通信参数数据、查询命令数据和应答数据解析描述。其中，外部设备通信参数数据用于描述外部设备通信时所使用的通信接口，以及接口参数、超时时间等信息，如果下位机中已经存在有该设备的数据则可以不用再次下发；查询命令数据指在执行本次通信时需要发送到外部设备的查询命令数据；应答数据解析描述记录了外部设备对本查询命令的应答数据的数据组成信息，用于分析返回的应答数据是否正确，以及获取和计算用户最终需要的数据值。所述模板数据处理模块生成所述查询/应答协议通用通信数据并下传到下位机系统的流程为开始一用户选择外部设备型号、通信内容和参数一模板数据处理模块接收到用户配置数据一检索设备类型描述数据一检索对应的通信内容描述数据一检索描述符定义表一生成通用通信协议数据一传输通用通信协议数据到下位机系统一结束。所述查询/应答机制通用通信方法处理模块与所述外部设备及所述上位机系统之间的通信流程为开始一下位机模块接收到对某个设备和通信内容进行通信的指令一检索对应的通信配置数据一初始化通信端口一向外部设备发送配置数据中的查询指令一等待外部设备应答一如果等待超时，则返回错误，如果收到应答数，则据根据配置数据判断应答数据是否合法一如果不合法则返回错误，如果合法则判断是否需要进行解析返回结果数据一如果不需要则向上位机系统返回未解析的数据并结束一次操作，如果需要则根据配置数据解析出用户需要的数据一向上位机系统返回解析后的数据一结束一次操作。本发明的有益效果在于由上可知，通过本发明，可以实现在不更新上位机和下位机系统软件的前提下实现对基于查询/应答机制进行通信的新设备、新通信协议的支持，只需在模板数据库中增加对应的配置数据即可，操作也很简单；由于不需要对系统各软件进行更换或升级，所以本发明从而极大地降低了增加新设备、新协议后的软件更新与维护的成本，降低了版本管理难度，减轻了使用客户的软件维护负担，提高了客户的使用满意度，使自动化控制方式更加灵活，并便于自动化控制设备的扩容和自动化控制行业的发展。
图I是本发 明的系统原理图；图2是本发明中模板数据库组成的示意框图；图3是本发明中通用通信数据组成的示意框图；图4是本发明中模板数据处理模块处理数据的流程图；图5是本发明中查询/应答机制通用通信方法处理模块处理数据的流程图；图6是本发明中具体实施例的系统框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步具体描述如图I所示，图中虚线框内的部分为本发明所涉及的系统结构，在上位机系统中设置模板数据处理模块和模板数据库，在下位机系统中设置查询/应答机制通用通信方法处理模块；所述模板数据库的数据包括各外部设备的设备列表、设备描述表、协议列表、协议描述数据和描述符定义表，所述模板数据处理模块根据用户对外部设备的设置参数，动态地按照模板数据生成查询/应答协议通用通信数据，并把所述通用通信数据下传到下位机系统，同时，所述模板数据处理模块根据模板配置数据对下位机系统返回的未处理的应答数据进行动态解析，并把解析后的数据按照用户数据格式提交给用户界面；下位机系统对所述模板数据处理模块下发的所述通用通信数据进行存储，所述查询/应答机制通用通信方法处理模块在需要时读取对应设备的通用通信数据进行解析，并发送对应的查询指令到对应的外部设备，等待并接收外部设备的应答数据，在接收到所述外部设备的应答数据后，根据需要不解析所述应答数据，或根据配置的协议数据对所述应答数据进行解析并得到解析后数据，并将未解析的所述应答数据或解析后数据返回到上位机系统。如图I所示，当用户需要添加新的外部设备(即设备A、B......N，一个一个地添
加)时，首先由用户通过用户界面(如计算机)配置外部设备的参数，并把参数传递到模板数据处理模块，上述模板数据处理模块检索模板数据库获得对应设备的模板数据，动态生成通用通信数据；如图2所示，这些模板数据包括各外部设备的设备列表、设备描述表、协议列表、协议描述数据和描述符定义表，其中，设备列表为记录当前数据库中能提供支持的设备名称、设备型号的列表，对每一个设备型号使用一个唯一的ID值进行标记，一个模板数据处理模块中只有一个设备型号列表，每个设备型号列表可以记录若干个设备型号(即
设备型号A......N，);所述的设备描述表为记录设备列表中对应设备的详细信息，如厂家
信息、功能特点、通信参数等，通信参数则描述该设备使用的通信接口，以及该通信接口的默认参数配置；所述协议列表为对每一个通信内容使用一个唯一的ID值进行标记，记录通信内容的各种信息，每个设备型号对应一个协议列表，每个协议列表可以记录若干个通
信内容(即通信内容1、2......n);所述协议描述数据为使用系统中定义的描述符对通信
内容进行描述的数据(即通信内容1、2......n的描述和参数)，所述协议描述数据分为两
个部分，分别用于描述本通信内容的查询指令和设备应答数据，所述描述符定义表，用于记录每个协议描述数据中所使用的描述符的ID号以及对应的描述定义数据，供所述协议描述数据使用。如图I所示，在用户通过用户界面(如计算机)向模板数据处理模块输入所添加设备的配置数据后，模板数据处理模块会根据用户对外部设备的设置参数，动态地按照模板数据生成查询/应答协议通用通信数据，并把所述通用通信数据下传到下位机系统，如图4所示，所述模板数据处理模块生成所述查询/应答协议通用通信数据并下传到下位机系统的流程为开始一用户选择外部设备型号、通信内容和参数一模板数据处理模块接收到用户配置数据一检索设备类型描述数据一检索对应的通信内容描述数据一检索描述符定义表一生成通用通信协议数据一传输通用通信协议数据到下位机系统一结束。如图3所示，所述通用通信数据包括外部设备通信参数数据、查询命令数据和应答数据解析描述，其中，外部设备通信参数数据用于描述外部设备通信时所使用的通信接口，以及接口参数、超时时间等信息，如果下位机中已经存在有该设备的数据则可以不用再次下发；查询命令数据指在执行本次通信时需要发送到外部设备的查询命令数据；应答数据解析描述记录了外部设备对本查询命令的应答数据的数据组成信息，用于分析返回的应答数据是否正确，以 及获取和计算用户最终需要的数据值。如图I所示，所述通用通信数据下传到下位机系统的存储器后，所述查询/应答机制通用通信方法处理模块在需要时会读取对应设备的通用通信数据进行解析，如图5所示，所述查询/应答机制通用通信方法处理模块与所述外部设备及所述上位机系统之间的通信流程为开始一下位机模块接收到对某个设备和通信内容进行通信的指令一检索对应的通信配置数据一初始化通信端口一向外部设备发送配置数据中的查询指令一等待外部设备应答一如果等待超时，则返回错误，如果收到应答数，则据根据配置数据判断应答数据是否合法一如果不合法则返回错误，如果合法则判断是否需要进行解析返回结果数据一如果不需要则向上位机系统返回未解析的数据并结束一次操作，如果需要则根据配置数据解析出用户需要的数据一向上位机系统返回解析后的数据一结束一次操作。如图I所示，所述模板数据处理模块根据模板配置数据对下位机系统返回的未处理的应答数据进行动态解析，并把解析后的数据按照用户数据格式提交给用户界面。通过上述过程，用户可任意增加基于查询/应答协议的外部设备，并经过比较简化的过程(只需要在本端上位机系统数据库中添加一组该新设备或者协议的抽象描述数据)即可实现对新设备的自动化控制，不需对系统软件(包括上位机系统和下位机系统的软件)作任何更换或升级的处理。而在增加完新的外部设备后，模板数据处理模块和查询/应答机制通用通信方法处理模块则可实现用户界面、上位机系统、下位机系统和外部设备之间的互动通讯，对多个外部设备进行自动化控制。下面结合已经实施的自动化控制和检测系统对本发明作更进一步说明如图6所示，上位机系统为服务器，用户界面为工作站的计算机，下位机系统为嵌入式系统，外部设备为智能空调、智能温度计、智能电表、智能水表和智能煤气表；在服务器内设置有模板数据处理模块和模板数据库，在嵌入式系统内设置有查询/应答机制通用通信方法处理模块。服务器内的模板数据处理模块通过工作站的计算机与用户进行交互通信，接收用户的配置数据和指令，并把结果反馈给用户。嵌入式系统内的查询/应答机制通用通信方法处理模块实现与智能空调、智能温度计、智能电表、智能水表和智能煤气表的连接通信，对智能空调、智能温度计、智能电表、智能水表和智能煤气表进行监测和控制。图6所示的系统已经被成功应用，其新设备的添加和所有设备的自动化控制均通过本发明得以实现，在添加新设备的过程中没有对系统软件进行更换或升级，非常方便、快捷，节省了后续成本，而且在此基础上还可以任意增加新的外部设备，如智能窗帘、智能洗衣机等，都能轻松实现自动化监测和控制。本发明的重点在于提供一种应用于上、下位机结构的自动化控制设备的、基于查询/应答机制通用通信方法的通信方法，若在此基础上变更模板数据处理模块和/或查询/应答机制通用通信方法处理模块的芯片型号或参数，或改变自动化控制系统的中间级数， 都应视为侵犯本发明专利的权利。
权利要求
1.一种基于上、下位机结构的自动化控制设备的通信方法，用于实现用户界面、上位机系统、下位机系统和外部设备之间的互动通讯，其特征在于在上位机系统中设置模板数据处理模块和模板数据库，在下位机系统中设置查询/应答机制通用通信方法处理模块； 所述模板数据库的数据包括各外部设备的设备列表、设备描述表、协议列表、协议描述数据和描述符定义表，所述模板数据处理模块根据用户对外部设备的设置参数，动态地按照模板数据生成查询/应答协议通用通信数据，并把所述通用通信数据下传到下位机系统，同时，所述模板数据处理模块根据模板配置数据对下位机系统返回的未处理的应答数据进行动态解析，并把解析后的数据按照用户数据格式提交给用户界面； 下位机系统对所述模板数据处理模块下发的所述通用通信数据进行存储，所述查询/应答机制通用通信方法处理模块在需要时读取对应设备的通用通信数据进行解析，并发送对应的查询指令到对应的外部设备，等待并接收外部设备的应答数据，在接收到所述外部设备的应答数据后，根据需要不解析所述应答数据，或根据配置的协议数据对所述应答数据进行解析并得到解析后数据，并将未解析的所述应答数据或解析后数据返回到上位机系统。
2.根据权利要求I所述的基于上、下位机结构的自动化控制设备的通信方法，其特征在于所述外部设备的设备列表为记录当前数据库中能提供支持的设备名称、设备型号的列表，对每一个设备型号使用一个唯一的ID值进行标记，一个模板数据处理模块中只有一个设备型号列表，每个设备型号列表可以记录若干个设备型号，使用设备ID值进行检索；所述的设备描述表为记录设备列表中对应设备的详细信息，包括描述该设备使用的通信接口，以及该通信接口的默认参数配置的通信参数；所述协议列表为对每一个通信内容使用一个唯一的ID值进行标记，记录通信内容的各种信息，每个设备型号对应一个协议列表，每个协议列表可以记录若干个通信内容；所述协议描述数据为使用系统中定义的描述符对通信内容进行描述的数据，所述协议描述数据分为两个部分，分别用于描述本通信内容的查询指令和设备应答数据；所述描述符定义表，用于记录每个协议描述数据中所使用的描述符的ID号以及对应的描述定义数据，供所述协议描述数据使用。
3.根据权利要求I所述的基于上、下位机结构的自动化控制设备的通信方法，其特征在于所述通用通信数据包括外部设备通信参数数据、查询命令数据和应答数据解析描述。
4.根据权利要求I所述的基于上、下位机结构的自动化控制设备的通信方法，其特征在于所述模板数据处理模块生成所述查询/应答协议通用通信数据并下传到下位机系统的流程为开始一用户选择外部设备型号、通信内容和参数一模板数据处理模块接收到用户配置数据一检索设备类型描述数据一检索对应的通信内容描述数据一检索描述符定义表一生成通用通信协议数据一传输通用通信协议数据到下位机系统一结束。
5.根据权利要求I所述的基于上、下位机结构的自动化控制设备的通信方法，其特征在于所述查询/应答机制通用通信方法处理模块与所述外部设备及所述上位机系统之间的通信流程为开始一下位机模块接收到对某个设备和通信内容进行通信的指令一检索对应的通信配置数据一初始化通信端口一向外部设备发送配置数据中的查询指令一等待外部设备应答一如果等待超时，则返回错误，如果收到应答数，则据根据配置数据判断应答数据是否合法一如果不合法则返回错误，如果合法则判断是否需要进行解析返回结果数据一如果不需要则向上位机系统返回未解析的数据并结束一次操作，如果需要则根据配置数据解析出用户需要的数据一向上位机系统返回解析后的数据一 结束一次操作。
全文摘要
本发明公开了一种基于上、下位机结构的自动化控制设备的通信方法，在上位机系统中设置模板数据处理模块，在下位机系统中设置查询/应答机制通用通信方法处理模块；所述模板数据处理模块根据用户对外部设备的设置参数，动态地按照模板数据生成查询/应答协议通用通信数据，并把所述通用通信数据下传到下位机系统；所述查询/应答机制通用通信方法处理模块在需要时读取对应设备的通用通信数据进行解析，并与外部设备通信，并将接收到的应答数据返回到上位机系统。通过本发明，可以实现在不更新系统软件的前提下实现对新设备、新通信协议的支持，从而极大地降低了增加新设备后的软件更新与维护的成本，使自动化控制方式更加灵活并便于扩容。
文档编号G05B19/418GK102736565SQ20111008285
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者陈大春 申请人:成都齐峰科技有限公司