通信系统及方法与流程

本发明涉及信息传输领域，具体而言，涉及一种通信系统及方法。

背景技术：

目前工业上对现场多个485设备的采集，通常采用在上位机中配置通信管理机或者串口服务器，然后再由通信管理机以轮询的方式去逐个询问底层485设备。但是这种方式实时性差、可配置性低，并且在通信网络上的某一节点出现故障的情况下，会导致通信系统整体或局部的瘫痪，而且又难以判断其故障位置。

针对上述通信系统通信速度慢，时效性差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种通信系统及方法，以至少解决通信系统通信速度慢，时效性差的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种通信系统，包括：底层设备；网关设备，与所述底层设备连接，用于采集所述底层设备的信息；上位机，与所述网关设备连接，用于从所述网关设备中获取所述底层设备的信息。

进一步地，所述网关设备包括多个内存分区，每个所述内存分区与一个所述底层设备具有映射关系。

进一步地，每个所述内存分区包含寄存器，通过所述寄存器与对应的所述底层设备建立映射关系。

进一步地，所述网关设备还包括：串口通信单元，与所述底层设备连接；网口通信单元，与所述上位机连接。

进一步地，所述串口通信单元为通过工业通信协议获取所述底层设备的信息。

进一步地，所述网关设备还包括：电源，用于为所述网关设备提供工作电源。

进一步地，所述底层设备为485设备。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种通信方法，包括：网关设备采集底层设备的信息；上位机从所述网关设备中获取所述底层设备的信息。

进一步地，所述通信方法，还包括：在所述网关设备中配置与所述底层设备具有映射关系的内存分区。

进一步地，在所述网关设备中配置与所述底层设备具有映射关系的内存分区包括：为各个底层设备分配内存分区，其中，每个分区包含寄存器；建立各个内存分区中寄存器地址与对应的底层设备之间的映射关系，其中，每个所述寄存器用于映射对应的底层设备的数据内容。

进一步地，所述通信方法还包括：在确定所述底层设备出现故障时，通过所述上位机获取所述网关设备的内存分区中存储的内容；基于所述内存分区中存储的内容确定出现故障的底层设备。

在本发明实施例中，在底层设备与上位机之间，设置中间层的网关设备。网关设备与底层设备连接，采集底层设备的信息，并将底层设备的信息发送至上位机中。上位机与网关设备连接，接收经过网关设备传输的底层设备的信息。上述实施例，通过在底层设备与上位机之间设置中间层的网关设备，使底层设备与上位机之间的信息传输可以通过中间层，由中间层获取底层设备的信息，并发送至上位机，减少上位机与底层设备之间的信息传互，从底层设备通过网关设备便可进行配置，使通信系统的可配置性增强，解决通信系统通信速度慢，时效性差的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种通信系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的通信系统网络架构的示意图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的网关设备的示意图；

图4是根据本发明实施例的一种通信方法的流程图；

图5是根据本发明实施例的一种可选的网关设备的控制示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是根据本发明实施例的一种通信系统示意图，如图1所示，该系统包括：底层设备11；网关设备13，与底层设备连接，用于采集底层设备的信息，并将底层设备的信息发送至上位机；上位机15，与网关设备连接，用于从网关设备中获取底层设备的信息。

通过上述实施例，在底层设备与上位机之间，设置中间层的网关设备。网关设备与底层设备连接，采集底层设备的信息，上位机从网关设备中获取底层设备的信息。上述实施例，通过在底层设备与上位机之间设置网关设备，上位机可以从网关设备中获取底层设备的信息，而无需利用通讯管理机轮询获取底层设备的信息，提高了信息传输的时效性，上位机从网关设备存储的信息中获取底层设备的信息，使上位机可以实时、方便地获取底层设备的信息，加快了信息传输效率，保证信息传输的时效性，解决通信系统通信速度慢，时效性差的技术问题。

可选地，底层设备为工业现场所应用的设备，在工业生产过程中，该底层设备可以用来采集信息，或者进行生产工作。

可选地，所述上位机为工业生产过程中的管理层，用于通过底层设备的信息，对底层设备进行监控；还可以发出控制指令，以控制底层设备的工作。

可选地，网关设备用于在上位机与底层设备之间做信息交互，起桥梁的作用。通过网关设备采集底层设备的信息，上位机从网关设备中获取该信息，对于网关设备采集信息和传输信息的种类和类型，可以在上位机中进行设置，使网关设备可以按照上位机设置的类型和种类与上位机进行通信。

根据本发明上述实施例，网关设备包括多个内存分区，每个内存分区与一个底层设备具有映射关系。

可选地，在网关设备中配置多个内存分区，每个内存分区都与对应的底层设备具有映射关系(如，一一对应的关系，也即，每个底层设备具有一个专门用于存储该设备的信息的内存分区)，使网关设备中有各个底层设备的独立的内存分区，在每个内存分区中处理与该内存分区存在映射关系的底层设备的信息。在该实施例中，根据内存分区与底层设备的对应关系，使得网关设备与底层设备在信息传输过程中具有对应关系，保证网关设备与底层设备的信息传输的准确性和实时性。

其中，寄存器可以包括8位寄存器、16位寄存器、32位寄存器和64位寄存器，下面以64位寄存器对本发明做出相应的说明。另外，每个内存分区都可以是寄存器，可根据不同的芯片来确认位数，寄存器的位数并非必须要用64位寄存器，对此，本发明不做具体限定。

根据本发明上述实施例，每个内存分区包含一个64位寄存器，通过寄存器与对应的底层设备建立映射关系。

在上述实施例中，建立内存分区中的寄存器与对应的底层设备的映射关系，上位机在需获取信息时，直接从与底层设备具有映射关系的内存分区读取数据即可实现与该底层设备的信息交互，提高了数据获取的速度，保证信息传输的实时性；利用该映射关系还可以使网关设备以最快的途径获得底层设备的信息，可以快速地进行网关设备与底层设备的信息传输，保证信息传输的实时性。

根据本发明上述实施例，网关设备还包括：串口通信单元，与底层设备连接；网口通信单元，与上位机连接。

可选地，串口通信单元，是一种可以将接收来自CPU的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可将接收串行数据流转换为并行的数据字符供给CPU的器件，完成这种功能的单元便是串口通信单元。在该实施例中，网关设备采用串口通信单元，将底层设备的信息采集上来，再采用网口通讯单元，通过以太网传输上位机。在底层设备与上位机的通信过程中，通过网关设备，将底层设备的串口通信格式的数据转换为可被上位机读取的网口通信格式的数据，而无需在底层设备与上位机上进行数据格式的转换，便于底层设备与上位机之间的通信传输，使传输更加顺畅，确保其通信的实时性。

在上述实施例中，通过网关设备对信息类型的转换，使上位机可以更方便地接收底层设备的信息，从而加快信息传输效率，保证信息传输的时效性。

根据本发明上述实施例，串口通信单元通过工业通信协议获取底层设备的信息。底层设备大多使用工业通信协议进行信息传输，串口通信单元通过工业通信协议对底层设备的信息进行获取操作，可以使串口通信单元对底层设备信息的获取更加方便，快捷。

根据本发明上述实施例，网关设备还包括：电源，用于为网关设备提供工作电源。网关设备包含开关电源，可将工业现场常用24V电源转换成相应可靠稳定的电压，作为网关设备的工作电压，在工作过程中，无需接收底层设备或上位机的供电，在通信过程中也无需包括供电信息，从而提高了通信过程中信息传输的速度，确保通信的实时性。

根据本发明上述实施例，底层设备为485设备。485设备是采用RS-485接口的通信设备，采用RS-485接口，可以使设备的通信具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等优点。底层设备采用485设备，可以保证底层设备信息传递的准确性。

图2是根据本发明实施例的一种可选的通信系统网络架构的示意图，如图2所示，该系统包括：上层管理层21、中间层采集装置层23、以及下层设备层25。

根据本发明上述实施例，通信系统的网络架构主要应用于工业现场，把工业现场的网络架构化分三层，可分为上层管理层，中间层采集装置层和下层设备层。其中，上层管理层可以为上位机，该上位机可以是计算机或移动终端，该计算机或者移动终端具有可以显示信息的屏幕，上位机获取到底层设备的信息之后，可以将该信息展示在屏幕显示的页面(如网页)中，下层设备层可以为底层485设备，中间层采集层即为上述实施例中的网关设备。网关设备主要应用于工业现场，该网关设备能够把底层485设备内的存储内容，映射到网关设备的相应地址中，能够实现将底层485设备通过工业通信协议(Modbus RTU协议)把底层485设备的信息数据采集上来，并提供给上位机或者网页直观显示出来，起一个桥梁的作用。它连通底层与管理层，实现管理层对底层设备的实时采集监控。

图3是根据本发明实施例的一种可选的网关设备的示意图，如图3所示，包括:MCU31、电源功能模块33、网口通信模块35以及串口通信功能模块37。

在该实施例中，MCU是微控制单元单片微型计算机，即单片机。通信网关设备通过电源模块为设备的正常运行提供工作电源，并采用主MCU充当CPU，控制串口通信模块和网口通信模块。串口通信模块，负责采集底层485设备的数据，并根据工业通信协议(Modbus RTU协议)进行数据通信。网口通信模块，将串口接收到的底层设备信息通过以太网通信协议(Modbus TCP协议)上传到上位机中。其中网口通信模块是整个数据采集向上传输的接口，通过该接口可实现对工厂设备的信息化采集，方便管理层对现场的实时监控。

在本发明上述实施例中，网关设备在工作前需要进行配置，其配置过程可以通过浏览器或者其他专用软件进入网关配置界面。进行配置RS-485接口与底层485设备的通信参数，该通信参数包括：波特率、校验位、数据位、停止位。再获取所需采集的底层485设备的地址。进一步地，统计所底层设备的个数。可选地，系统自动统计选择所需采集的设备个数，如果每个设备对应一个数据，则统计需采集的数据的个数。可选地，网关设备可选择配置32个底层设备。进一步地，为每个底层设备配置一个映射地址。可选地，配置网关所选的每一个底层485设备的映射地址，每个映射地址对应一个设备地址。网关设备内部可以分配32个内存分区，每个分区为一个64位寄存器，每个寄存器用于映射对应的底层设备的数据内容，可选地，根据实际连接的设备及需要采集的数据寄存器地址建设映射关系。

在本发明上述实施例中，根据设好的参数，以轮询的方式与各个从站设备进行通信，因为该网关设备具有存储映射功能，所以每一个从站需要采集的数据寄存器地址都对应网关的一个内存地址。同时上位机仅需读取网关相应内存区域的参数即可实现与底层485设备的交互。这种网关不仅较其他网关设备便于管理而且可靠性稳定性高。解决了以往通信实时性差、可配置性低和当网络上某一节点出现故障会导致系统整体或局部的瘫痪且难以判断其故障位置的弊端。对于网关设备出现故障时，只需在上位机软件或者IE浏览器中直接观察相关内存区域的参数变化，进行在线测试，即可判定底层哪个设备故障，大大减小故障排查工作量，减少维修成本，节约时间。

在另一个可选地实施例中，将底层485设备连接到网关设备，通过IE浏览器或者上位机中安装的其他软件对网关设备进行配置，在完成配置之后，可以利用该网关设备实现对底层485设备的信息的采集，并在上位机从网关设备中读取对应的信息之后，将该读取到的底层设备(如从站)的信息变化展示在屏幕上，该信息变化可以包括底层设备的工作状态变化。

其中，底层设备存储可以储存大量数据，这些数据都会存储在设备相应的寄存器中，而网关与底层设备映射的数据为上位机，需要采集底层设备对应寄存器的数据，通过映射可以使网关中某些寄存器的数据与采集底层设备中对应寄存器的数据相同，采集的底层设备的数据并非所有存储内容。

根据本发明实施例，提供了一种通信方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图4是根据本发明实施例的一种通信方法的流程图，如图4所示，该方法包括如下步骤：

步骤S402，网关设备采集底层设备的信息。

步骤S404，上位机从所述网关设备中获取所述底层设备的信息。

通过上述步骤，在底层设备与上位机之间，设置中间层的网关设备。网关设备与底层设备连接，采集底层设备的信息，并将底层设备的信息发送至上位机中。上位机与网关设备连接，接收经过网关设备传输的底层设备的信息。上述实施例，通过在底层设备与上位机之间设置中间层的网关设备，使底层设备与上位机之间的信息传输可以通过中间层，由中间层对底层设备信息进行获取，并发送至上位机，减少上位机与底层设备之间的信息传互，从底层设备通过网关设备便可进行配置，使通信系统的可配置性增强，解决通信系统通信速度慢，时效性差的技术问题。

根据本发明上述实施例，该通信方法还可以包括：在网关设备中配置与底层设备具有映射关系的内存分区。

根据本发明上述实施例，在网关设备中配置与底层设备具有映射关系的内存分区包括：为各个底层设备分配内存分区，其中，每个分区包含一个64位寄存器；建立各个内存分区中寄存器地址与对应的底层设备之间的映射关系，其中，每个寄存器用于映射对应的底层设备的数据内容。

根据本发明上述实施例，通信方法还包括：在确定底层设备出现故障时，通过上位机获取网关设备的内存分区中存储的内容；基于内存分区中存储的内容确定出现故障的底层设备。

图5是根据本发明实施例的一种可选的网关设备的控制示意图，如图5所示，包括:

步骤S502，打开网关设备。

步骤S504，通过浏览器或者其他专用软件进入网关设置界面。该配置页面可以为客户端或者网页页面。

步骤S506，配置RS-485接口与底层485设备的通信参数。

其中，该通信参数包括：波特率、校验位、数据位以及停止位。

步骤S508，获取所需采集的底层485设备的地址。

步骤S510，统计所底层设备的个数。

可选地，系统自动统计选择所需采集的设备个数，如果每个设备对应一个数据，则统计需采集的数据的个数。

可选地，网关设备可选择配置32个底层设备。

步骤S512，为每个底层设备配置一个映射地址。

可选地，配置网关所选的每一个底层485设备的映射地址，每个映射地址对应一个设备地址。网关设备内部可以分配32内存分区，每个分区为一个64位寄存器，每个寄存器用于映射对应的底层设备的数据内容，可选地，根据实际连接的设备及需要采集的数据寄存器地址建设映射关系。

步骤S514，当所有参数配置好后点击提交。

通过上述步骤可以配置底层设备与内存分区的映射，重启后网关设备根据设好的参数，以轮询的方式与各个从站设备进行通信，因为该网关设备具有存储映射功能，所以每一个从站需要采集的数据寄存器地址都对应网关的一个内存地址。同时上位机仅需读取网关相应内存区域的参数即可实现与底层485设备的交互。这种网关不仅较其他网关设备便于管理，而且可靠性、稳定性高，解决了以往通信实时性差、可配置性低和当网络上某一节点出现故障会导致系统整体或局部的瘫痪且难以判断其故障位置的弊端。对于网关设备出现故障时，只需在上位机软件或者IE浏览器中直接观察相关内存区域的参数变化，进行在线测试，即可判定底层哪个设备故障，大大减小故障排查工作量，减少维修成本，节约时间。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。