本发明涉及计算机通信领域和应用软件编程开发领域,特别是涉及基于串口设备的计算机应用软件的网络拓展和通用型自助终端设备。
背景技术：
串口设备是指通过串行接口（英文serialport也称为串行通信接口或com接口，外观常见为9针梯形）连接计算机并采用串行通信协议（常用的有rs232、rs422、rs485等）与计算机进行数据通信的外部电子设备。
近年来随着技术的进步又衍生出了通过usb（通用串行总线）接口采用pl2303等处理芯片将串口数据和usb口数据相互转换构成的新的usb转串口设备连接模式。这种模式的硬件接口外观形状虽然由传统串口的梯形变成了usb接口的长方形，但底层数据通信还是遵循串口通信协议，在编程开发和软件工作层面等同于真实的物理串口，严格来讲还是属于串口通信。而且使用传统串口连接设备的应用软件改用usb转串口连接设备，应用软件本身不需要做任何改动（两种模式的数据转换过程完全是在硬件芯片里完成的），因此使用usb转串口连接计算机采用串行通讯协议进行数据通信的外部电子设备也属于串口设备。
少数比较高端的usb接口设备单独编写了支持usb协议的设备驱动，彻底脱离了传统串口通信协议模式，不属于本文所指的串口设备。
由于串口设备具有技术成熟、工作稳定、简便灵活、硬件成本低、编程简单、兼容性好等优点，一直是计算机应用软件开发中经常选用的基础设备，其中最常见的是磁卡、ic卡、射频卡等的读写机具。
基于这些串口设备开发的应用管理软件（本文简称为串口应用软件）几十年来被非常广泛地应用于国民生产和生活的许多领域，如小区物业给居民计量用电、结算电费用的ic卡电表购电管理系统，中石化加油站的加油卡系统、医院的就诊卡系统、用于医疗报销的医保卡系统等，极大地提高了管理单位的工作效率、方便了百姓生活。
串口应用软件的构成一般是由数据库和硬件驱动以及人机界面组成，因为需要处理、存储大量用户信息和交易数据，串口应用软件一般都基于计算机数据库系统开发，最初的串口应用软件（图1）一般采用桌面型关系数据库（foxbase、dbase等）来开发。这种串口应用软件的缺点在于数据库本身不支持网络共享，只能在独占模式下工作，而且串口设备本身的通信传输距离只能在几米到几百米之间，这就限定了它只能在单一计算机设备上运行，并且只能就近开设一个服务窗口也就是网点具有唯一性。这就给用户带来了很多不便，比如必须在指定时间内到唯一指定地点去充值缴费。
如何解决串口应用软件的拓展问题实现远程多终端覆盖，一直是目前串口应用软件领域的研究重点。现在普遍采用的传统的解决方法是开发基于sqlserver、oracle、sybase等网络数据库的c/s结构的网络版串口应用软件。
网络版串口应用软件的优点在于数据库支持网络共享，可以在多台计算机设备（终端）上连接串口设备开设多个服务窗口建立多个网点（图2），这就基本解决了单机版串口应用软件存在的网点唯一的拓展难题，给用户带来了方便的服务。比如我们手里的中石化加油卡就可以在遍布全国各地的任意一家中石化加油站充值和加油，走到哪用到哪非常方便。
这种目前普遍采用的传统的网络版拓展模式本身有两个明显的缺点，第一、安全性差，网络版串口应用软件的数据是保存在网络服务器上的共享数据库里，极易遭受黑客网络攻击导致泄密和瘫痪。第二、成本高，网络版串口应用软件的终端除去数据库部分余下的软件和硬件完全等同于一套完整的单机版串口应用软件（图2对照图1），每增加一个终端网点就要增加相应的办公场所和操作人员从而增加大量额外的开支。
另外从编程开发的技术角度来看，网络版串口应用软件虽然在性能上有了很大的突破，但要实现从单机版到网络版的升级困难重重。首先如果在原有软硬件基础上开发升级应用软件，按照现有传统模式开发基于硬件设备的应用软件，必须要有硬件接口（驱动）和软件接口（实现数据转换）及必要的技术支持。作为安装运行若干年已经相当成熟稳定的一款串口应用软件，由于时间跨度大和其他种种客观原因往往很难获取到相关接口和技术支持，就算是能够找到相应的接口资料也还要考虑软硬件的完善和升级，所以很多时候串口应用软件的开发人员只能选择另外做一套有某些类似的实质已然全新的串口应用软件，并且无法实现不同厂家串口应用软件的整合（现实中存在着这样的情况：很多管理单位由于历史原因，分期分批安装了不同厂家的同一类串口应用软件，它们各自独立运行，造成了很多管理上的麻烦）。
这种网络版升级增加了大量余外的成本，比如必须更换很多不再兼容的硬件、舍弃以前的历史数据，这足以让众多中小管理单位对这种传统的基于网络数据库的网络版串口应用软件模式的网络拓展望而却步。
需要指出的是存在串口应用软件网络拓展需求的对象绝大多数是用户数量在一万以内乃至几百上千的中小管理单位。极少数有着庞大用户群的行业大户（比如医保办、中石化），有雄厚的实力和足够的条件在最短时间内做任何必要的技术改造。而数量众多的中小管理单位由于自身条件所限或者从实用角度出发不需要也不可能投入几十万上百万资金进行这种重建性质的网络化升级改造。即便不考虑改造费用，单是增加的网点运营成本就是一笔不小的开支，因为事实上很多串口应用软件实现的是代收费功能，比如代收水费、代缴电费。对中小管理单位而言收取的费用本身就没有利润，所以每增加一笔额外的开支势必造成中小管理单位更多的亏损。而且单机版串口应用软件相对于网络版依然具有安全、稳定、操作简便、硬件要求低等优点，所以单机版和网络版单终端（图2现在不少厂家也把网络版系统当成单机版给中小用户安装使用，以减少开发和维护的成本）模式依然是目前众多中小管理单位串口应用软件的主流。
十几年来随着科技的不断发展和基础设施的逐步完善，人们经历了从56k电话线拨号上网到如今光纤入户10m宽带的飞跃，互联网硬件和相关软件技术已经相当发达和普及了。在家有宽带出门有4g，人们也已经逐步适应和习惯了常态化的互联网工作和生活模式。
随着第三方网络支付平台的兴起，网络支付等非现金支付手段的日渐成熟和普及，足不出户就能从网上办理很多工作生活相关的业务，让用户体验到了科技带来的更多便利，同样也增加了更多的期盼。同样跟人们工作生活密切相关的串口应用软件何时才能顺应时代发展为人们提供更加方便快捷的服务已逐渐成为用户关注和需求的焦点，众多中小管理单位也因此面临着越来越大的网络拓展和功能升级的压力。
技术实现要素：
现有的串口应用软件基于网络数据库的c/s架构的网络版升级方案，因为实现难度大、成本高、兼容性差、性价比低而不被众多中小管理单位采用。我发明的方法打破常规另辟蹊径采用新的编程思路提供了一种更容易实现、兼容性好、成本低廉的通用的串口应用软件的网络拓展升级的途径，克服了现有网络版升级方案的成本高、安全性差等缺陷。
我的发明的核心思想就是在原有的串口应用系统电脑主机中采用虚拟串口替代串口应用软件原来对应的物理串口，使用虚拟串口技术编写串口通信和网络交互软件（由主、从两部分组成具有路由功能）借助多样、灵活、覆盖范围广的计算机网络（无线网、有线网、局域网、宽带、移动互联网等）把原来单纯通过串口数据线传输的串口通信数据，通过计算机网络中转进行远距离传输，实现了从串口应用软件到多个自助终端间串口通信数据的定向交互传输。通过网络的桥梁来缩短时空的距离，把远程操控串口设备变得像本地操控一样简单。从而实现单机版（或单终端）串口应用软件的网络化多终端的拓展和升级（图3、4）。
我发明的实现串口应用软件网络拓展的方法具体实现由以下几个步骤构成：第一步，将主机和终端连通网络（远距离最好选用宽带互联网），保证相互间可以网络访问（可ping通）。第二步，下载安装虚拟串口软件并用虚拟串口替代串口应用软件原来对应的物理串口。第三步，在主机上安装自编串口通信程序和自编网络交互程序（主端）。第四步，在自助终端或远端电脑上安装自编人机界面程序、自编串口通信程序和自编网络交互程序（从端）并连接串口设备。（如有多个终端也需要同样设置）第五步，在终端运行自编网络交互程序连接主机并启动自编人机界面程序。第六步，在主机启动串口应用软件借助自编网络交互程序同终端上自编人机界面程序完成对接。此时整个拓展工作就已完成，终端机上可以实现串口应用软件的所有功能。
我发明的方法中核心程序的工作流程分为以下几步（各部分连接和数据通信流程示意如图5）：第一步，串口通信软件通过虚拟串口接收串口应用软件发出的串口通信数据。第二步，串口通信软件将串口通讯数据交由网络交互程序通过计算机网络传输到自助终端。第三步，自助终端上的串口通信程序将串口通信数据传送给自助终端上连接的串口设备。第四步，自助终端上的串口通信程序接收串口设备发回的返回数据。第五步，自助终端上的串口通信程序将接收到的返回数据交由网络交互程序通过网络传送回串口应用软件所在的主机。第六步，主机上的网络交互程序将网络传回的数据传递给串口通信软件。第七步，串口通信软件将返回数据传回串口应用软件，完成整个数据收发循环。如果要实现多终端则必须要在网络交互程序中增加路由功能，通过简单的编程即可实现一个简单高效的分时处理系统。
我的发明思想的优点是具有硬件无关性和软件无关性，不像传统串口应用软件开发编程需要调用硬件驱动和软件数据库，无需软件厂商和硬件厂商提供任何的编程开发接口和技术支持，因此能够兼容绝大多数现有串口应用软件，具有非常好的通用性。
这部分发明的灵感来源于同时跟两个高手对弈的象棋故事。故事里一个不会下棋的人在两个房间里分别跟两个高手下棋，他先看一个高手走完一步然后到另一个房间原样下这一步棋，在看完另一个高手走完对应的一步棋后再回到开始的房间原样走这一步棋。就这样来回进出两个房间通过照搬两个高手的走法从而顺利完成了比赛。我们如果从数据层面分析就不难发现这两场比赛实际上完全是两个高手之间的一场比赛，故事的诀窍就是简单的两个字--照搬。
这个故事给了我很好地启发，使我得以突破了以往要实现网络化多终端必须投入大量资金进行软硬件升级改造的传统定向思维，提出了解决广大中小管理单位串口应用软件网络拓展难题的更简单、廉价、有效的新方法，有望彻底打破目前众多中小管理单位串口应用软件拓展升级的困境。
采用我发明的网络拓展方法可以使得不同行业、不同设备、各种功能单机版面对面的串口应用软件，只需要安装相应的拓展软件并连接网络，就能够简便、快速、无损升级成基于网络的高安全性、多终端、远近程、高性价比的串口设备应用管理系统（图3、图4）。
我发明的拓展方法虽然也需要通过网络传输，但跟传统方法中网络版串口应用软件通过网络传输的内容有着本质的不同，使用我发明的方法经过网络传输的只是很少量并且经过软件和设备双重加密（软件有自己的数据格式，硬件有不同的指令代码）的硬件通信数据，而且串口应用软件主机不需要开放多余的网络端口，对黑客和网络攻击具有更强的抵抗力，所以在安全方面接近单机版超越了网络版。
使用我发明的方法实现的多终端虽然本质上是共用同一套应用软件和数据库的分时处理系统，但因为中小管理单位的用户数量少日均业务量少，因此依然能够一如既往满足用户需求。事实上，采用本方法只是实现了网点和功能拓展，让服务更加方便快捷，对操作员的工作效率没有不利影响。
采用我发明的方法拓展的分时终端数量没有限制，理论上可以实现无限多终端的长时间时或按需接驳。同时终端覆盖范围也非常灵活，近可在咫尺远可到网络数据能时效（串口应用软件同串口设备间的数据交互一般会有不超2秒的时间限定，超出时限没有完成数据通信循环则认为设备连接断开）通达的任何地方。通过测试程序大量模拟测试已经证明只要网络数据包单程传输时间在200ms（如果不考虑在网络交互软件中增加路由等增值功能这个指标至少还可以放宽到500ms）以内，就能够完成串口数据成功中转。通过向目标地区发送模拟数据包抽测已完全证实，现阶段仅仅依靠现有民用光纤宽带网络就足以覆盖全国范围内已开通互联网的地区。测试中最远的从济南到拉萨单程传输也仅仅用了不到90ms，可见本发明已经具备跨行业跨地区多系统整合的拓展潜力具有相当大的市场推广应用前景。
采用我发明的网络拓展方法，在网络交互程序和人机界面程序中通过简单编程就可以实现融合各种第三方平台和服务，而且根本无需投入资金和提供应用软件数据接口对原有串口应用软件进行二次开发，能够完美的实现原有串口应用软件管理系统的互联网+升级改造，在整个行业应用升级领域的使用前景也非常可观。
附图说明
图1为现有单机版串口应用软件的连接示意图。
图2为现有网络版串口应用软件的连接示意图。
图3为用本发明方法网络拓展后的单机版串口应用软件的连接示意图。
图4为用本发明方法网络拓展后的网络版单终端串口应用软件的连接示意图。
图5为本发明方法实现原理的流程示意图。
具体实施方式
虚拟串口是使用操作系统的虚拟驱动技术在操作系统层面凭空编造的软件串口（com口），相对于计算机本身的硬件物理串口（com1等）来说虚拟串口并不是真实存在的，但是从操作系统的硬件设备管理器中同样可以看到、设置和使用。所有的计算机应用软件都可以像使用硬件串口一样地使用虚拟串口，对于串口应用软件来说虚拟串口和硬件串口没有任何区别。
使用虚拟串口替代物理串口的目的和意义在于改变了串口（com口）本身软件到硬件的数据传递的传统固有模式，使之成为事实上的软件到软件的传递，从而有条件能够把串口应用软件发给硬件的通信数据通过软件进行采集和中转。这个关键环节在以往传统的编程开发模式思维里只能是通过对原有串口应用软件的二次开发来实现。
虚拟串口技术以往多用于工控领域和单片机开发领域，现在已经有几个成熟的第三方软件可以使用，不需要单独编程开发。虚拟串口使用相当简便，只需要从网上下载安装第三方虚拟串口程序，经过简单设定就可以在操作系统中生成需要的虚拟串口。接下来按照我发明里描述的功能模块对虚拟串口进行编程开发，实现过程也很简单，普通的程序员就可以很容易掌握。
基于我的发明思想和原理的由触摸屏、安卓系统平台主机或者windows系统平台主机等硬件设备和相关串口通信软件（收、发端）、网络交互程序（主、从端）、人机界面程序构成的通用型自助终端，不需要开发和安装串口应用软件的客户端，一机多用，可以低成本实现常见串口应用软件的多功能远程自助操作。
通用型自助终端硬件主要由大屏幕显示器（触摸屏）、安卓主机或者windows平台pc主机、串口设备（必须是串口应用软件原配同款或采用同样的硬件指令的可替代型号）、各种形状式样和颜色的金属机柜构成。
通用型自助终端的软件包括操作系统、人机界面程序、网络交互程序和串口通信程序。其中人机界面程序是把终端的功能通过简洁、明了、美观的提示画面和屏幕按键展示给用户，并把用户的触摸选择提交给网络交互程序。网络交互程序主要实现的是网络对话和数据传输功能，一方面要完成硬件通信数据在主机和终端间的交互传输、另一方面要使无法面对面直接交流的操作员和用户可以进行基本的沟通。串口通信程序相当于原来串口应用软件的硬件读写部分，主要功能是完成对串口设备的操控。
按照我发明的方法通过简单的编程扩展还可以在单个通用型自助终端的通用型硬件平台上整合多套的串口应用软件，这些被整合的串口应用软件既可相同也可不同，当然对应的串口设备硬件种类不能少，但每种仅需一台，非常节省成本。因为我发明的方法中所有的功能模块通过简单的编程都可以提供给多套串口应用软件共享，串口设备硬件同样也可以编程实现共享，做到一机多用，能够为管理单位提供更经济、便捷的服务选择，节省更多成本、创造更大的效益。
通用型自助终端还可以集成广告和通知功能，充分利用硬件平台的多媒体效果，提升管理单位整体形象，更好的为用户服务，实现更大的社会价值。
我的发明是在充分利用现有成熟的条件和技术的基础上，对原有串口应用软件在网络拓展和功能整合升级上的革新突破。在原有串口应用软件的软硬件基础上不需要改动，通过安装相应的程序并连接网络即可实现常见串口应用软件的网络拓展，能够轻松实现多终端自助交易，完全满足用户对方便快捷服务的需求，具有很好地的社会价值和市场前景。
本发明提供了一种适用于基于串口的应用软件的网络拓展的思路及方法，以及在此发明思路及方法基础上搭建的通用型自助终端设备。采用的技术基本都是现有的成熟的技术，非常容易实现和推广。本发明创造性地把这些技术集成整合在一起，在融会贯通的基础上加以充分巧妙地利用，体现出了不同于现有方案的独创性。在本发明的精神和原则之内，对局部模块功能所做的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。