基于网络传输的串口联网实现方法
【专利摘要】本发明提供一种基于网络传输的串口联网实现方法，在PC机侧通过虚拟串口驱动程序，将串口桥接器的多路串口映射成PC机的本地COM口，PC机的虚拟串口驱动程序将用户串口程序都COM口的收发报文转换成以太网TCP报文与串口桥接器进行透明传输，在串口桥接器端，将以太网TCP报文转换成串口报文通过串口桥接器的串口发往相应的串口设备，从而使串口设备很方便地接入到网络中，实现信息共享。本发明可以节省大量的通信电缆，广泛应用于物联网。
【专利说明】基于网络传输的串口联网实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及串口联网实现方法，具体涉及一种基于网络传输的串口联网实现方法。
【背景技术】
[0002]在工业自动化及电力自动化系统中，存在着各种各样的串口通信设备，传统的连接方式是通过多条串行总线与上位机进行通信，实现信息共享。而PC机的串口数通常很少，有的甚至没有串口，所以对于需要连接大量串口通信设备的场合，传统的连接方式已经无法适应新的技术要求，所以需要有一种简单有效方法实现PC机的串行通信口的网络化延伸和扩展。而使用网络化传输方式，只要PC机提供一根网线接入网络，外加一个串口桥接器即可使大量串口设备轻松联网。
【发明内容】
[0003]本发明针对上述现有技术存在的问题作出改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种基于网络传输的串口联网实现方法，只要PC机提供一根网线接入网络，外加一个串口桥接器即可使大量串口设备轻松联网。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案:
[0005]一种基于网络传输的串口联网实现方法，在PC机侧通过虚拟串口软件，将串口桥接器的多路串口映射成PC机的本地COM 口，PC机的虚拟串口软件将用户串口程序的COM 口的收发报文转换成以太网TCP报文与串口桥接器进行透明传输，在串口桥接器端，将以太网TCP报文转换成串口报文，通过串口桥接器的串口发往相应的串口设备，从而使串口设备接入到网络中，实现信息共享。
[0006]所述串口桥接器，将上位机虚拟串口发送的TCP/IP协议报文转换成对应串口所需的报文，并通过串口桥接器的串口与串口设备进行通信转发，以达到串口联网的目的。
[0007]所述虚拟串口软件，为应用层提供与串口设备一样的系统调用接口，以兼容原本使用本地串口的应用软件的虚拟设备。
[0008]所述虚拟串口软件包括虚拟串口驱动程序、网络服务程序和虚拟串口管理软件；
[0009]所述虚拟串口驱动程序，将用户串口应用程序发出的串口调用进行转换，然后传递给应用程序层的网络服务程序，并从网络服务程序接收以太网上的信息，将其转换后送给其他串口应用程序；
[0010]所述网络服务程序，负责虚拟串口驱动程序和网络之间的联系；
[0011]所述虚拟串口管理软件，为系统添加和删除虚拟串口设备，用于建立以太网TCP端口号与虚拟串口设备号的对应关系。
[0012]本发明的有益效果是:给出了一种在Windows平台上实现虚拟串口软件的方法及串口桥接器的实现方法，由此实现的虚拟串口具有与真实串口完全相同的系统调用接口，解决上位机串口资源缺乏的局限性，实现了上位机的串口的网络化延伸和扩展。
[0013]本发明适用于任何运行windows操作系统的上位机，可广泛应用于物联网，使Windows上位机可通过以太网轻松访问现场串口设备，串口桥接器就近安装于串口设备附近，可以节省大量的通信电缆，只需一根网线即可使大量串口设备轻松联网。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0015]图1是本发明检测视频镜头切换的运行总图；
[0016]图1是本发明通信原理图；
[0017]图2是本发明一个较佳实施例的串口桥接器的原理框图；
[0018]图3是本发明一个较佳实施例的虚拟串口驱动软件原理框图；
[0019]图4是本发明一个较佳实施例的串口桥接器软件流程图。
【具体实施方式】
[0020]如图1-4所示，本发明公开一种基于网络传输的串口联网实现方法，通过网络传输的方式实现上位机的串行通信口的延伸和扩展，使原本不具备网络功能的设备可快速连接到网络中。
[0021]如图1所示，本发明包括串口桥接器和虚拟串口软件，上位机的虚拟串口软件与串口桥接器通过以太网TCP/IP协议进行通信，将上位机的串口应用程序的收发报文转换成以太网报文发给串口桥接器，串口桥接器将收到的以太网报文快速转换为相应的串口报文发送至相应的串口设备，整个过程采用透明化传输模式，串口桥接器不做任何报文协议的解释。具体技术方案如下:
[0022]串口桥接器主要负责将上位机虚拟串口发送的TCP/IP协议报文转换成对应串口所需的报文，并通过串口桥接器的串口与串口设备进行通信转发，以达到串口联网的目的。串口桥接器的主要工作就是实时监视以太网端口的报文与串行端口的报文，进行实时转发。
[0023]虚拟串口软件的作用是在windows上位机中安装特定的软件虚拟出与计算机自带串口完全一样的虚拟串口设备，虚拟串口软件为应用层提供与串口设备一样的系统调用接口，以兼容原本使用本地串口的应用软件的“虚”设备。
[0024]本发明给出了一种在Windows平台上实现虚拟串口的方法，由此实现的虚拟串口具有与真实串口完全相同的系统调用接口，采用虚拟串口软件，可以实现上位机串口设备的网络化扩展和延伸。
[0025]下面结合具体实施例做进一步说明:
[0026]如图2所示，串口桥接器采用32位高性能ARM9CPU，自带2路UART串口和一路以太网接口，无需外扩外围通信芯片。串口桥接器运行ucosll实时操作系统，串口桥接器上电后创建TCP socket,等待上位机虚拟串口软件发起连接，当连接成功后，启动报文实时交互任务，对以太网接收缓冲区的报文与串口接收缓冲区的报文进行实时转发，以达到串口硬件桥接的作用，转发的频率不能太快，也不能太慢，太快了会严重影响CPU占用率，太慢了会造成断帧现象。串口桥接器根据串口波特率来实时计算每两个字符间的间隔时间，按照这个时间间隔来判断串口接收缓冲区是否有报文存在，如果有则立即转发。
[0027]虚拟串口软件位于串口通信的管理软件与现场总线网络驱动层之间，它实际上是一个虚拟串口驱动程序，负责管理软件和现场总线之间的信息转换工作，在作用上非常类似于硬件意义上的桥接器。
[0028]虚拟串口软件向串口通信的管理软件提供一个虚拟出来的串口设备(COM1-COM255),管理软件对虚拟串口的操作和真实的串口一模一样，虚拟串口获得管理软件的信息后，将其转换成现场总线的网络报文，发往串口桥接器，桥接器再经过一次逆向转换，将网络报文转化为串口报文，发往现场串口设备。反之，从现场设备发往管理软件的信息同样也需要经过这两次转换。
[0029]这样通过虚拟串口和串口桥接器的作用，串口管理软件和现场串口设备都感知不到中间存在有现场总线。完全实现了原有的基于串口通信的仪表设备平滑移动到现场总线的体系中来。
[0030]虚拟串口软件的整体框架包含了以下三个独立程序，如图3所示:
[0031]虚拟串口驱动程序(Ethcomm.sys)，这是一个标准的WDM设备驱动程序，它的作用是将用户串口应用程序发出的串口调用进行转换，然后传递给应用程序层的Service程序，并从Service网络服务程序接收以太网上的信息，将其转换后送给其他串口应用程序。该驱动程序的系统1调用接口以及读写控制完全仿照标准的串口驱动程序制作，所以从用户角度看，虚拟串口的使用与普通串口没有任何区别。
[0032]网络服务程序(Service, exe)，该程序是一个Windows服务程序，它主要负责虚拟串口驱动程序和网络之间的联系。Service, exe在应用层实现以太网通信与虚拟串口驱动程序之间的转发功能，不直接在驱动程序层调用TCP/IP协议栈，这样可以消除在比极端流量情况下造成系统崩溃的隐患。
[0033]虚拟串口管理软件(ComManager.exe)，该程序负责为系统添加和删除虚拟串口设备，用于建立以太网TCP端口号与虚拟串口设备号的对应关系，只有建立了这种对应关系，才能实现串口桥接器的指定串口与上位机虚拟串口软件的通信。
[0034]如图4所示的串口桥接器软件流程，展示了串口交接器软件的工作过程。
[0035]综上，本发明给出了一种在Windows平台上实现虚拟串口软件的方法及串口桥接器的实现方法，由此实现的虚拟串口具有与真实串口完全相同的系统调用接口，解决上位机串口资源缺乏的局限性，实现了上位机的串口的网络化延伸和扩展。
[0036]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于网络传输的串口联网实现方法，其特征在于:在PC机侧通过虚拟串口软件，将串口桥接器的多路串口映射成PC机的本地COM 口，PC机的虚拟串口软件将用户串口程序的COM 口的收发报文转换成以太网TCP报文与串口桥接器进行透明传输，在串口桥接器端，将以太网TCP报文转换成串口报文，通过串口桥接器的串口发往相应的串口设备，从而使串口设备接入到网络中，实现信息共享。
2.根据权利要求1所述的基于网络传输的串口联网实现方法，其特征在于:所述串口桥接器，将上位机虚拟串口发送的TCP/IP协议报文转换成对应串口所需的报文，并通过串口桥接器的串口与串口设备进行通信转发，以达到串口联网的目的。
3.根据权利要求1所述的基于网络传输的串口联网实现方法，其特征在于:所述虚拟串口软件，为应用层提供与串口设备一样的系统调用接口，以兼容原本使用本地串口的应用软件的虚拟设备。
4.根据权利要求3所述的基于网络传输的串口联网实现方法，其特征在于: 所述虚拟串口软件包括虚拟串口驱动程序、网络服务程序和虚拟串口管理软件； 所述虚拟串口驱动程序，将用户串口应用程序发出的串口调用进行转换，然后传递给应用程序层的网络服务程序，并从网络服务程序接收以太网上的信息，将其转换后送给其他串口应用程序； 所述网络服务程序，负责虚拟串口驱动程序和网络之间的联系； 所述虚拟串口管理软件，为系统添加和删除虚拟串口设备，用于建立以太网TCP端口号与虚拟串口设备号的对应关系。
【文档编号】H04L29/06GK104506407SQ201410827853
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月25日 优先权日:2014年12月25日
【发明者】张杭, 赵新明 申请人:南京因泰莱电器股份有限公司