专利名称：一种基于互联网的串口服务器系统的制作方法
技术领域：
本发明属于工业控制技术领域，特别涉及一种用于工业现场控制的基于互联网的串口服务器系统。
背景技术：
当前市场上流行采用串口服务器实现用以太网改造工业现场控制的实施。对于普通的串口服务器，或称串口转以太网设备，通常利用UDP或者TCP进行直接通信，采用Web页面进行设备配置。这样的串口服务器存在如下缺点:(I)必须要求设备的IP地址对控制端是可见的，如果针对多个设备进行控制，该以太网网络拓扑限制较大。(2)如果要求利用公众互联网进行远程控制，则要求设备的IP地址是公网IP地址，由于公网IP地址是稀缺资源，这种实施方法成本高昂，并且设备查找复杂，网络部属非常困难。以上多种缺点，限制了串口服务器在工业控制领域的普及和推广，也无法利用公众互联网的基础设施建设来提高工业控制的实施效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于互联网的串口服务器系统，以解决现有工业串口控制在网络环境下部署的弊端。本发明的技术方案是，一种基于互联网的串口服务器系统，该系统包括頂服务器、頂控制端和远端设备，这里的頂是即时通信协议的英文缩写，即时通信(InstantMessage, IM),IM服务器部署于公众互联网节点，用于协调组织远端设备与IM控制端进行通信，支持即时通信协议，頂控制端，用于对远端设备的远程监控，远端设备包括頂客户端和串口接入模块，串口接入模块通过串口与工业现场设备进行连接，頂客户端接入到公众互联网，支持即时通信协议，实现与互联网节点上的頂服务器通信。所述的M服务器、頂控制端和远端设备均支持的即时通信协议包含XMPP/Jabber协议、IMPP协议、SIMPLE协议、PRM协议、QQ协议或者MSN协议之一，采用各协议的非加密通信机制或者加密通信机制。所述的頂服务器部署于私有网络，该頂服务器的IP地址可以被頂客户端和頂控制端访问，从而构成一个私有专网进行远程控制。所述的頂客户端，包括:頂登录管理单元和頂业务单元，頂登录管理单元，实现远程客户端的包括服务器地址信息、登录帐户和登录密码的頂属性管理，頂登录管理单元还实现好友分组管理，并设置好友权限，包括接受远端通信的好友权限、以及可以更改帐号信息的好友，頂业务单元，实现在权限控制下的业务信息通信，包括对串口数据通信和串口端口设置。所述的串口接入模块，是多个串口端口实现，其中，在多个串口端口实现中，串口端口设置包含波特率设置、起始位设置、停止位设置、校验位设置；各个端口可以分别设置，也可以批量设置；多个串口可以本地内部互相通信，也可以分别与远端控制模块进行通信。任何一个串口通过输入特殊指令，进入终端编程模式，包括頂登录管理单元、串口端口设置的修改。所述的頂控制端，包括:远端设备的管理单元和业务通信单元，远端设备的管理单元，实现远端设备查询、远端设备頂登录管理更改、串口设置更改和通信模式更改；业务通信单元，实现与远端设备的业务通信，从而实现远端外部设备的控制、通信。本发明引入先进的公众互联网技术，通过改造控制网络拓扑图，提出一种基于互联网通信的串口服务器，实现更加灵活的远程控制方法。从而可以充分利用公众互联网基础设施建设，实现全球异地控制、移动控制等，提高远程控制效率，降低大规模远程控制系统建设的综合成本。
图1为本发明的基于互联网的串口服务器及其控制系统整体结构示意图。图2为本发明所涉及的远端设备的頂业务角色示意图。图3为本发明所涉及的远端设备的硬件实现框图。图4为本发明所涉及的远端设备上的软件模块框图。图5为本发明所涉及的IM控制端上的软件模块框图。图6位本发明所涉及的IM服务器上的软件模块框图。
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。参阅图1所示，基于互联网的串口服务器系统包含三部分设备:(I)远端设备，通过设备上的串口与工业现场设备进行连接；远端设备集成实现了XMPP协议客户端，具备通过頂服务器，与頂控制端进行通信的能力。(2) IM控制端，即远程控制者操控平台；頂控制端同样实现了 XMPP协议客户端，通过系统程序的权限管理下，可以更改管理远端设备的服务器地址、帐号/密码管理、端口设置更改管理；同时实现与远程设备进行通信。(3)IM服务器，部署于公众互联网节点，协调组织远端设备与頂控制端进行通信，通信所用协议为即时通信常用协议，包含但不限于使用XMPP/Jabber协议。参阅图2至图4，描述远端设备的具体实现的硬件框图、XMPP实例化任务、嵌入式终端软件模块框图。针对远端设备硬件实现，本设备可以采用STM32F107作为远端设备主控，也可以采用其他带有ARM内核、MIPS内核、优化的8051内核等的嵌入式处理器。远端设备可以采用FreeRTOS作为设备操作系统，也可以采用uC/OS-11、eCos、RT_Thread、ThreadX、以及RT-Linux等实时操作系统,也可以采用标准Linux、WinCE等大型操作系统。针对采用XMPP协议的实现中，远端终端采用gloox库作为协议支撑库，也可以采用 iksemel、libstrophe、libgingle、Loudmouth 等多种 XMPP 协议库。远程终端的端口可以实现为RS232，以及工业现场控制中常用的RS485、RS422总
线接口。本发明支持在RS232或者RS485总线协议上集成modbus协议、LONWorks等常用工业现场控制协议，使得远端设备与控制端构建一个虚拟链路，实现基于互联网的modbus、LONWorks设备控制。参阅图5，描述了頂控制端的软件模块框图。頂控制端可以采用基于JAVA的应用环境，也可以采用原生运行环境，如用VisualC++编制的Windows程序、基于浏览器的JavaScript应用环境。IM控制端采用Smack的XMPP支持库，也可以采用Tinder等其他XMPP支持库。参阅图6，描述了頂服务器的软件模块框图。IM服务器采用标准Jabber服务器-Openfire及其Openfire集群，也可以采用ejabberd、djabberd 等多种 XMPP 服务器。IM服务器采用Apache作为其他设备管控开发、操作界面开发支撑环境，也可以采用其他服务器软件，如ASP.net等。基于互联网远程通信的串口服务器系统，其主要特点是，所述系统包含:(I)串口接入模块，内置于远端设备中，实现一个或者多个串口接入；通过串口与远端受控设备进行连接；(2)頂客户端模块，内置于远端设备中，实现与以太网物理连接，并通过本地以太网交换机、以太网路由器等普通网络设备，接入到公众互联网；頂客户端同时实现頂通信协议，完成与互联网节点上的頂服务器通信；(3) IM控制端模块，提供控制者或者控制中心监控远端设备，通常实现为一组软件，运行/部署在监控PC/笔记本/服务器上，可实现移动监控、多地监控等监控模式，也可采用专门机器邦定部署，从而成为专用监控设备；(4)頂服务器模块，位于公众互联网节点，或者頂客户端模块、頂控制端模块均能IP访问的专网节点，实现全网即时通信(InstantMessage, IM)协议支撑,保障IM基础通信顺利实施。基于互联网远程通信的串口服务器系统，所述的頂协议为包含但不限于XMPP/Jabber协议、IMPP协议、SMPLE协议、PRM协议、QQ协议、MSN协议等主流即时通信协议之一，可以采用各协议的非加密通信机制和加密通信机制。基于互联网远程通信的串口服务器系统，所述的頂服务器是主要实现頂协议控制的设备，其部署模式分两种:
(I)该頂服务器部署在公众互联网节点，则所有远端頂客户端及其远端设备、頂控制端只要接入到公众互联网，则IM控制端均能够找到IM客户端，并进行远程控制，从而实现移动控制、全球异地控制；(2)该頂服务器部署在私有网络，则要求该服务器的IP地址可以被頂客户端、IM控制端访问，从而构成一个私有专网进行远程控制。基于互联网远程通信的串口服务器系统，所述的頂客户端，包括:( I)頂登录管理单元，实现远程客户端的服务器地址信息、登录帐户、登录密码等IM属性管理；頂登录管理单元也实现好友分组管理，并设置好友权限，包括接受远端通信的好友权限、以及可以更改帐号信息的好友等；(I)頂业务单元，实现在权限控制下的业务信息通信，如串口数据通信、串口端口设置等基于互联网远程通信的串口服务器系统，所述的串口接入模块，可以为一个串口端口实现，也是是多个串口端口实现；其中在多个串口端口实现中，串口端口设置包含波特率设置、起始位设置、停止位设置、校验位设置；各个端口可以分别设置，也可以批量设置；多个串口可以本地内部互相通信，也可以分别与远端控制模块进行通信。所述的串口接入模块，其特征在于，任何一个串口通过输入特殊指令，进入终端编程模式，可以包括頂登录管理单元、串口端口等多种设置的修改。基于互联网远程通信的串口服务器系统，所述的頂控制端模块，包括:( I)远端设备的管理单元，实现远端设备查询、远端设备頂登录管理更改、串口设置更改、通信模式更改；(2)业务通信单元，实现与远端设备的业务通信，从而实现远端外部设备的控制、通信。基于本发明的上述技术方案，能够解决如下的核心问题:(I)通过頂即时通信协议，构建工业现场控制的互联网化，从而实现工业设备、物联网设备的控制与互联网业务的结合；通过异地控制、移动控制，构建智能城市模型。首先頂控制端与頂远程设备，在頂服务器的通信支持下，构建虚拟串口通信链路。在该虚拟通信链路上进行直接的数据通信，或者封装成MODBUS协议等多种工业设备可识别的协议，从而完成完整的远程控制实现。(2)远程控制的设备发现/设备查找。由于设备通过接入互联网，即可自动登录頂服务器，IM控制端在一定权限控制下，即可向IM服务器查询登陆的设备，从而获取管理对象的详细信息。在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
权利要求
1.一种基于互联网的串口服务器系统，其特征在于，该系统包括頂服务器、 IM控制端和远端设备，这里的頂是即时通信协议的英文缩写， 頂服务器部署于公众互联网节点，用于协调组织远端设备与頂控制端进行通信，支持即时通信协议， IM控制端，用于对远端设备的远程监控， 远端设备包括頂客户端和串口接入模块，串口接入模块通过串口与工业现场设备进行连接，頂客户端接入到公众互联网，支持即时通信协议，实现与互联网节点上的頂服务器通信。
2.如权利要求1所述的基于互联网的串口服务器系统，其特征在于，所述的IM服务器、IM控制端和远端设备均支持的即时通信协议包含XMPP/Jabber协议、頂PP协议、SMPLE协议、PRIM协议、QQ协议或者MSN协议之一，采用各协议的非加密通信机制或者加密通信机制。
3.如权利要求1所述的基于互联网的串口服务器系统，其特征在于，所述的IM服务器部署于私有网络，该IM服务器的IP地址可以被頂客户端和頂控制端访问，从而构成一个私有专网进行远程控制。
4.如权利要求1所述的基于互联网的串口服务器系统，其特征在于，所述的IM客户端，包括:IM登录管理单元和IM业务单元， IM登录管理单元，实现远程客户端的包括服务器地址信息、登录帐户和登录密码的頂属性管理，IM登录管理单元还实现好友分组管理，并设置好友权限，包括接受远端通信的好友权限、以及可以更改帐号信息的好友， 頂业务单元，实现在权限控制下的业务信息通信，包括对串口数据通信和串口端口设置。
5.如权利要求1所述的基于互联网的串口服务器系统，其特征在于，所述的串口接入模块，是多个串口端口实现， 其中，在多个串口端口实现中，串口端口设置包含波特率设置、起始位设置、停止位设置、校验位设置； 各个端口可以分别设置，也可以批量设置； 多个串口可以本地内部互相通信，也可以分别与远端控制模块进行通信。
6.如权利要求5所述的基于互联网的串口服务器系统，其特征在于，任何一个串口通过输入特殊指令，进入终端编程模式，包括頂登录管理单元、串口端口设置的修改。
7.如权利要求1所述的基于互联网的串口服务器系统，其特征在于，所述的IM控制端，包括:远端设备的管理单元和业务通信单元， 远端设备的管理单元，实现远端设备查询、远端设备頂登录管理更改、串口设置更改和通信模式更改； 业务通信单元，实现与远端设备的业务通信，从而实现远端外部设备的控制、通信。
全文摘要
本发明公开了一种基于互联网的串口服务器系统，该系统包括IM服务器、IM控制端和远端设备，这里的IM是即时通信协议的英文缩写，IM服务器部署于公众互联网节点，用于协调组织远端设备与IM控制端进行通信，支持即时通信协议，IM控制端，用于对远端设备的远程监控，远端设备包括IM客户端和串口接入模块，串口接入模块通过串口与工业现场设备进行连接，IM客户端接入到公众互联网，支持即时通信协议，实现与互联网节点上的IM服务器通信。充分利用公众互联网基础设施建设，实现全球异地控制、移动控制等，提高远程控制效率，降低大规模远程控制系统建设的综合成本。
文档编号H04L29/06GK103118085SQ201310022628
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月22日 优先权日2012年12月4日
发明者应骏 申请人:上海师范大学