CN108512907B - 半透传的设备通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半透传的设备通信方法，包括：通信模块首次上线与服务器连接后，将接收到服务器下发的配置指令，该配置指令中包含了通信模块连接的所有现场设备的通信协议规则；通信模块按照通信协议规则中对应于每一现场设备的通信口设置及指令逐一与相应现场设备通信，读取相应现场设备中的数据并存储；当通信模块接收到服务器下发的新的指令后，根据指令中的功能码进行指令识别，如果为读取指令，则通信模块将读取的所有现场设备最新的数据打包并返回给服务器。该方法提高了服务器通信的速度和效率，提高了用户体验性；此外，服务器取回的一个数据包里的数据，不同现场设备的数据之间的时间间隔很短，因此数据之间的对应关系较好。

Description

半透传的设备通信方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种半透传的设备通信方法。

背景技术

物联网技术和远程监控技术中，用户要通过互联网、区域通信网络或其他专用通信网络与现场设备(如各种仪器、仪表、设备控制器等电子设备)通信实现数据采集和监控的目的。

物联网平台，或者称为远程监控平台，平台服务器通过传输网络与远端的各种现场设备通信进行数据交换，从而实现远程监控和数据收集的目的。服务器可以连接上万台或百万台现场设备，通常是定时或按照用户指示向现场设备发送各种数据采集或控制指令。

现场设备一般都有通信接口，或可以扩展通信接口，因为现场设备多由单片机、可编程控制器(PLC)或嵌入式系统制成，多数为RS232或RS485等有线通信的通信接口，通信传输距离有限。

为了实现远程通信，并且为了减少布线的麻烦(更多是为了方便现场设备的移动或位置不固定)，通常采用无线通信的方式，采用如WIFI、Zigbee、RF433、GPRS、NB-IoT等无线通信方式，将设备通信口与远端的服务器或客户端连接通信。为了将现场设备的有线通信转换为无线通信方式，需要一个转换设备(通信转换模块，以下称通信模块)，实现无线通信与设备的有线通信之间的转换。

通信模块即物联网技术和远程监控技术中的通信转换设备，其功能与现场设备的通信口连接，同时通过无线信号与无线收发设备连接。通信模块通过解调将接收到的无线信号中的数据取出后，再转换为现场设备的通信信号发送给现场设备。同样，现场设备发回来的数据，由通信模块调制成无线信号以无线信号方式发送出去。通信模块可以是一台单独封装的模块，安装在现场设备附近，通过通信线与现场设备通信口连接，也可以是一个嵌入式模块，安装在现场设备的电路板上，也可以只是一块芯片，与现场设备的电路设计在一起。

如图1所示为通信模块与现场设备的连线图，如果远端的服务器需要采集现场设备的数据时，服务器会发送采集指令，采集指令通过局域网、互联网等通信网络，最终以无线信号的形式传送到通信模块上，通信模块将数据转换为有线通信信号，再通过有线通信线传送给现场设备。现场设备收到采集指令后，会将采集指令中的数据发送出来，通过通信线再传送到通信模块上，通信模块将其转换为无线信号发送出去，最终到达服务器。

目前通信模块可分为两种：

1、一种为专用型通信模块，其只针对某一种现场设备开发，现场设备的通信协议被固化在通信模块中。其缺陷为：只能与固定协议的现场设备通信，如果接上不同的通信协议的现场设备，或者现场设备的通信协议发生改变，通信模块将无法与现场设备实现通信。

2、另一种为通用型通信模块，通信模块中没有通信协议，只将有线通信口信号和无线发送接收的信号之间的转换，对其中的数据含义不进行解析，具体的通信协议由远端的用户(服务器或客户端)来实现。这种通用型的通信模块可以称为透传模块，即实现透明传输，它只做信号转换，对用户和现场设备来说是透明的，用户只需要针对现场设备的通信协议来编写通信内容。由于通用型通信模块不是固定协议，因此通用性强，接不同通信协议的现场设备时，由用户端来修改通信协议，按照相应的通信协议来发送数据，通信模块仅做信号的转换。

通信模块可以与一台现场设备连接，也可以与多台现场设备连接。当与多台现场设备连接时，可以是点对点的连接方式，如图2所示，即通信模块上有多个通信端口，每个端口与一台设备连接，连接方式为星形连接。也可以是总线连接方式，如图3所示，即通信模块上的一个通信端口通过一条总线与多个设备连接，是一对多的连接方式。

通信模块如果连接了两台甚至更多现场设备时，若采用点对点的连接方式，一方面，由于通信模块需要多个端口，成本会大大提高，而且所能连接的现场设备数量受限；另一方面，由于每个现场设备都要布一根通信线，如果连接的现场设备较多，将增加通信线的数量，存在布线困难的问题。

若采用总线方式，比如RS485方式，由于RS485通信距离长，最大长度通信距离可达1200米，采用两线制接线和总线方式，引线方便，成本低，已在各种仪表、仪器和控制器上大量应用。首先要保证每台现场设备的通信口设置必须统一(通信口设置包括波特率、数据位长度、无/奇/偶校验位、停止位长度)，否则就无法跟所有的现场设备通信。即使所有通信口设置都统一，也会出现以下问题。

如图3所示，通信模块通过一条RS485总线与多台设备连接，当服务器发送采集指令，采集现场设备的数据时，通信模块接收到采集指令后，将指令转换为RS485信号给现场设备1发送采集指令，现场设备1接收到采集指令后，会立即应答发送相应的数据，然而此时通信模块可能又会发送现场设备2的采集指令了，或者现场设备2也在返回应答数据，此时总线上就会发生数据冲突，造成通信失败。

要避免冲突，就需要通信模块先给现场设备1发送指令，然后等待现场设备1应答后，再向现场设备2发送指令，等到现场设备2应答后，再向现场设备3发送指令……，这样才能保证总线上只有一条数据在通信线上。但由于通信模块采用透明传输，只做信号转换，数据相当于直接在服务器与现场设备之间传输，要避免冲突，就需要服务器每次只发送一台现场设备的采集指令，在收到该现场设备的应答指令结束后，才能发送下一台现场设备的采集指令，这样会造成服务器通信时间较长，如果服务器上接入了大量的现场设备，会造成通信效率低下，等待时间长，用户体验差的问题。而且，由于每次指令之间时间间隔较长(该时间间隔包括了服务器到通信模块的远距离通信时间，在互联网中该时间间隔较长，而且不确定)，返回的全部数据也不是同一时刻的数据，使得数据之间有对应关系的部分会出现偏差，呈现数据不对应的问题。

此外，对于通信模块就仅接了一台现场设备的情况，如果现场设备的数据需要多条指令才能全部获取，比如PLC的存储数据较多，一条指令无法取回所有数据，需要分两条或更多条指令才能取回；又如热泵机组，其通信数据存放地址不连续，也需要用多条指令取回所有数据，这样也需要服务器先发送第一条指令，待收到应答数据后，再发送第二条指令，等待收到第二条数据，再发送第三条指令……，依然会出现通信效率低下，等待时间长，用户体验差的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种半透传的设备通信方法，提高了服务器通信的速度和效率，提高了用户体验性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种半透传的设备通信方法，包括：

通信模块首次上线与服务器连接后，将接收到服务器下发的配置指令，该配置指令中包含了通信模块连接的所有现场设备的通信协议规则；

通信模块按照通信协议规则中对应于每一现场设备的通信口设置及指令逐一与相应现场设备通信，读取相应现场设备中的数据并存储；

当通信模块接收到服务器下发的新的指令后，根据指令中的功能码进行指令识别，如果为读取指令，则通信模块将读取的所有现场设备最新的数据打包并返回给服务器。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，对服务器来说一条指令发出，一条指令回收，通信效率较高；而且对于现场通信总线来说，每台现场设备的通信是逐个进行的，不存在多条数据冲突的问题；并且通信模块预先存储了现场设备的数据，当接收到读取指令后可以直接返回最新的数据，提高了服务器通信的速度和效率，提高了用户体验性；此外，服务器取回的一个数据包里的数据，不同现场设备的数据之间的时间间隔很短(不包含服务器到模块的远程通信的时间)，因此数据之间的对应关系较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明背景技术提供的通信模块与现场设备的连线图；

图2为本发明背景技术提供的通信模块与现场设备点对点连接示意图；

图3为本发明背景技术提供的通信模块通过总线与现场设备连接示意图；

图4为本发明实施例提供的一种半透传的设备通信方法的流程图。

具体实施方式

下面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实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

图4为本发明实施例提供的一种半透传的设备通信方法的流程图，如图4所示，其主要包括：

步骤1、通信模块首次上线与服务器连接后，将接收到服务器下发的配置指令，该配置指令中包含了通信模块连接的所有现场设备的通信协议规则。

本发明实施例中，所述配置指令中包含了通信模块地址、配置指令对应的功能码、通信模块的数据起始地址、数据区长度以及通信模块连接的所有现场设备的通信协议规则；

所有现场设备的通信协议规则中包括：校验码，现场设备的数量，每一现场设备通信口设置(即现场设备串口设置)、通信时间间隔、数据长度、指令条数、每一指令发送长度及返回长度。

如表1所示，为配置指令格式。

表1 配置指令格式

此外，所述通信模块在接收到配置指令后会向服务器返回配置反馈信息，其中包含通信模块地址、返回配置反馈信息对应的功能码、用于指示配置成功或失败的代码以及校验码。

如表2所示，为配置反馈信息格式。

表2 配置反馈信息格式

步骤2、通信模块按照通信协议规则中对应于每一现场设备的通信口设置及指令逐一与相应现场设备通信，读取相应现场设备中的数据并存储。

本步骤可以由通信模块重复的执行，通信过程简述如下：根据配置指令中现场设备1的通信口设置来配置通信口，再将现场设备1的通信指令发给现场设备1，等待收到应答数据后将其存储起来；再配置现场设备2的通信口设置，将现场设备2的通信指令发给现场设备2，等待收到应答数据后将其存储起来；……再配置现场设备n的通信口设置，发送现场设备n的指令，取回相应的数据并存储；如此取回所有数据后，又从现场设备1开始通信取数。

步骤3、当通信模块接收到服务器下发的新的指令后，根据指令中的功能码进行指令识别，如果为读取指令，则通信模块将读取的所有现场设备最新的数据打包并返回给服务器。

本发明实施例中，服务器下发的指令可以有多种类型，例如：读取指令、控制指令、针对现场设备的参数设置指令或者锁定现场设备的指令等。

当通信模块采用总线方式连接多个现场设备，或者只连接一台现场设备，但需要多条通信指令才能取回全部数据的情况下，服务器也只需要发送一条指令即可，不需要逐个发送每个现场设备的指令，以保证服务器的通信效率。

通信模块主要根据指令中的功能码进行指令的识别；

如果为读取指令，则通信模块将读取的所有现场设备最新的数据打包并返回给服务器。在步骤2中介绍了，通信模块不断的从现场设备中读取相应数据，因此，一旦收到服务器发过来的读取指令后，可以立即将数据打包发送回去，提高了服务器通信的速度和效率，提高了用户体验性。

本发明实施例中，所述读取指令中包括：通信模块地址、读取指令对应的功能码、通信模块的数据起始地址、数据长度以及校验码。

如表3所示，为读取指令格式。

表3 读取指令格式

本发明实施例中，返回给服务器的数据格式包括：通信模块地址、读取指令对应的功能码、数据长度、第一条返回数据、....、第n条返回数据以及校验码；其中，n为返回数据的总条数。示例性的，第一条返回数据、第二条返回数据可以对应于表1中第一台现场设备返回的第一条数据、第二条数据；此处可以根据配置指令灵活设置。

如表4所示，为返回数据格式。

表4 返回数据格式

如果为控制指令(用于对现场设备进行操控)，则通信模块根据控制指令中“现场设备编号”从配置指令表中查找到相应现场设备的通信口设置参数，修改相应通信口设置(实现方式与步骤1相同，即根据表1中“现场设备串口设置”来做相关参数修改)，使通信模块与相应现场设备能够正常通信，之后再将控制指令中的“现场设备的控制指令”发给相应的现场设备，实现远程控制。

所述控制指令中包括：通信模块地址、现场设备的控制指令对应的功能码、现场设备编号、现场设备控制指令长度与返回长度、现场设备的控制指令以及校验码。

如表5所示，为用于对现场设备进行操控的控制指令格式。

表5 针对现场设备的控制指令格式

此外，针对现场设备的参数设置指令或者锁定现场设备的指令等处理方式也类似，只是指令中功能码存在区别，其他内容做适应性调整即可。

另外，当增加、减少或者更换了现场设备，或者现场设备地址发生变化，则由服务器对相应现场设备的配置内容做修改后，重新向通信模块下发配置指令；即可以远程通过配置指令修改通信协议，不需要去现场修改。

需要强调的是，上述表格中的数值仅为举例并非构成限制，在实际应用中，用户可以根据实际情况来进行调整。

上述方案主要具有如下优点：

1、避免了服务器逐条发送现场设备的通信指令，对服务器来说一条指令发出，一条指令回收，效率较高。同时，对于现场通信总线来说，每台现场设备的通信是逐个进行的，不存在多条数据冲突的问题。至于指令的内容，通信模块并不考虑，完全由服务器端来编辑，因此通用性强，现场设备通信协议改变后，只要在服务器端按照改变后的通信协议来修改指令内容即可。

2、通信模块不需要等待服务器发过来指令，再与现场设备通信取数，而是按照配置中的要求不断与现场设备逐个通信取回数据存储起来，一旦收到服务器发过来的指令后，可以立即将数据打包发送回去，提高了服务器通信的速度和效率，提高了用户体验性。

3、由于服务器取回的一个包里的数据，不同设备的数据之间的时间间隔很短(不包含服务器到模块的远程通信的时间)，因此数据之间的对应关系较好。

4、采用总线连接所有的现场设备，只需要一个通信模块，成本低，并且该通信模块只需要很少的通信口，价格便宜成本低。采用可远程配置的方式，当现场设备协议发生变化时，只需要远程重新配置一下即可。如果需要发送一些特殊指令，通信模块也能以半透传(或透传)的方式实现通信。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种半透传的设备通信方法，利用通信模块通过RS485总线与多台现场设备连接，其特征在于，包括：

通信模块首次上线与服务器连接后，将接收到服务器下发的配置指令，该配置指令中包含了通信模块连接的所有现场设备的通信协议规则；

通信模块按照通信协议规则中对应于每一现场设备的通信口设置及指令逐一与相应现场设备通信，读取相应现场设备中的数据并存储；

当通信模块接收到服务器下发的新的指令后，根据指令中的功能码进行指令识别，如果为读取指令，则通信模块将读取的所有现场设备最新的数据打包并返回给服务器；

如果为控制指令，则通信模块根据控制指令中现场设备的编号，从配置指令表中找到相应的现场设备的通信口设置参数，修改相应通信口设置，使通信模块与相应现场设备能够正常通信，之后再将控制指令中的现场设备的控制指令取出并发给相应的现场设备，实现远程控制。

2.根据权利要求1所述的一种半透传的设备通信方法，其特征在于，所述配置指令中包含了通信模块地址、配置指令对应的功能码、通信模块的数据起始地址、数据区长度以及通信模块连接的所有现场设备的通信协议规则；

所有现场设备的通信协议规则中包括：校验码，现场设备的数量，每一现场设备通信口设置、通信时间间隔、数据长度、指令条数、每一指令发送长度及返回长度。

3.根据权利要求1所述的一种半透传的设备通信方法，其特征在于，所述通信模块在接收到配置指令后向服务器返回配置反馈信息，其中包含通信模块地址、返回配置反馈信息对应的功能码、用于指示配置成功或失败的代码以及校验码。

4.根据权利要求1所述的一种半透传的设备通信方法，其特征在于，所述通信模块根据指令中的功能码进行指令识别包括：根据功能码识别新的指令为读取指令、控制指令、针对现场设备的参数设置指令或者锁定现场设备的指令。

5.根据权利要求1或4所述的一种半透传的设备通信方法，其特征在于，

所述读取指令中包括：通信模块地址、读取指令对应的功能码、通信模块的数据起始地址、数据长度以及校验码；

返回给服务器的数据格式包括：通信模块地址、读取指令对应的功能码、数据长度、第一条返回数据、....、第n条返回数据以及校验码；其中，n为返回数据的总条数。

6.根据权利要求1或4所述的一种半透传的设备通信方法，其特征在于，

所述控制指令中包括：通信模块地址、控制指令功能码、现场设备编号、现场设备控制指令长度与返回长度、现场设备的控制指令以及校验码。

7.根据权利要求1所述的一种半透传的设备通信方法，其特征在于，

当增加、减少或者更换了现场设备，或者现场设备地址发生变化，则由服务器对相应现场设备的配置内容做修改后，重新向通信模块下发配置指令。

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