CN114328353B - 一种web可交互式串口通讯架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种WEB可交互式串口通讯架构，打开web管理界面的菜单页面时，启动串口通信程序；web管理界面向服务器后台主程序内的串口通信程序发送授权等数据；将串口通信程序接收的数据送入到指令处理程序进行处理，并且输送到相对应的下位机；将接受到下位机回传的数据送入到指令处理程序进行处理，将数据输送到web管理界面内，并且转换为UI交互的方式显示在web管理界面上；在关闭web管理界面的菜单页面时，关闭串口通信程序；本发明的技术方案，在下位机、服务器、WEB管理界面三者之间基于串口+websocket形式来实现，并且将串口通信程序独立为服务程序，由服务器后台主程序来调用，交互界面屏蔽具体指令细节，此整体架构模式为本发明所独创。

Description

一种WEB可交互式串口通讯架构

技术领域

本发明涉及通信架构技术领域，具体为一种WEB可交互式串口通讯架构。

背景技术

随着物联网技术的蓬勃发展，和越来越多的终端、下位机上云管理需求，以及提供下位机诊断、模式切换、故障恢复等功能的安全开放，而下位机往往只有有限的接口通讯功能，对于管理类功能更多为串口命令交互模式，如何在WEB管理系统中安全与下位机进行实时交互，并提供友好用户体验成为一个难题和挑战。

下位机串口通信的指令功能，如何受管理人员远程管理使用？如何自动填充PIN？如何在需要自动确认或拒绝的环节自动进行？如何多个命令交互变成一个业务管理流程？因市面并未有此类远端完整交互框架方案，特提出本通信架构设计发明。

发明内容

在现有的技术上，本发明的目的在于提供一种串口通讯命令模式架构。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种WEB可交互式串口通讯架构，所述架构包括:

web管理界面，用于与服务器进行基于websocket协议的双向实时通信，并且将串口指令通信转换为UI交互操作方式；

服务器后台主程序，用于调用安装于服务器内的串口驱动库、指令处理程序、串口通信程序以及串口控制脚本；该串口控制脚本用于控制串口通信程序的启动与停止；

串口通信程序，用于对数据进行处接收与发送；

指令处理程序，用于对接收数据的解析与处理；

下位机，用于通过USB串口线与服务器进行连接。

本发明还提供一种WEB可交互式串口通讯架构的通信方法，包括以下步骤：

S1：打开web管理界面的菜单页面时，调用服务器后台主程序内的串口控制脚本，并且启动串口通信程序；

S2：web管理界面向服务器后台主程序内的串口通信程序发送数据；

S3：将串口通信程序接收的数据送入到指令处理程序进行处理，并且将处理后的数据输送到相对应的下位机；

S4：将串口通信程序接受到下位机回传的数据送入到指令处理程序进行处理，将处理后的数据输送到web管理界面内，并且将回传的数据转换为UI 交互的方式显示在web管理界面上；

S5：在关闭web管理界面的菜单页面时，调用服务器后台主程序内的串口控制脚本，并且关闭串口通信程序。

更进一步地，所述步骤S1的具体实现过程如下：

S11:在web管理界面内，打开下位机的管理菜单页面；通过启动restfull api接口，从而调用服务器后台主程序内的串口控制脚本，并且启动串口通信程序；

S12:打开websocket client端与服务器建立连接双向实时通信。

更进一步地，所述步骤S2的具体实现过程如下：

S21：在WEB管理页面中点击相应的功能菜单或按钮；

S22：WEB管理页面通过websocket client端向服务器后台主程序内的串口通信程序发送数据；

其中，数据包括指令、指令步骤、指令参数以及消息；

与此同时，数据采用Json报文的格式进行传送；Json报文是一种轻量级的数据交换格式，可使人们很容易地进行阅读和编写，同时也方便了机器进行解析和生成；JSON适用于进行数据交互的场景，尤其应用于网站前台与服务器之间进行数据交互。

更进一步地，所述步骤S3的具体实现过程如下：

将串口通信程序接收的数据送入到指令处理程序，将接收到的数据，解析出指令、指令步骤、指令参数以及消息，并且将处理后的数据输送到相对应的下位机。

更进一步地，所述指令处理程序包括：

指令输入模块：设定触发需要输入的文本行，并主要用来在指令过程中需要额外输入补充信息；

指令交互模块：主要用于指令过程中判断是否需要交互操作；如果有需要交互，则可以耦合多个指令输入模块，依照添加顺序依次处理具体的不同类型的交互输入处理；

指令下一处模块：主要用于指令交互中需要开出新分支，进行下一个模块的处理，构成程序上的责任链；

指令结束模块：主要用来实现该指令结束时要如何处理。

更进一步地，所述步骤S4的具体实现过程如下：

S41：将串口通信程序接受到下位机回传的数据送入到指令处理程序进行处理；将回传的数据解析出指令、指令步骤、指令参数、错误码以及消息；

S42：将处理后的数据输送到web管理界面内，并且将回传的数据采用UI 交互的方式显示在web管理界面上。

更进一步地，所述步骤S5的具体实现过程如下：

S51:在web管理界面内，关闭下位机的管理菜单页面，调用服务器后台主程序内的串口控制脚本，并且关闭串口通信程序；

S52:关闭websocket client端，断开与服务器的双向实时通信。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的技术方案，在下位机、服务器、WEB管理界面三者之间通过串口通信以及websocket协议通信的形式来实现，并且将串口通信程序独立为服务程序，由服务器后台主程序来调用，交互界面屏蔽具体指令细节，此整体架构模式为本发明所独创。

另外，在串口通信程序中，采用内置的串口命令模式架构、指令处理程序，以及多指令整合为一个业务流程(搭配责任链指令处理器使用)，亦为本发明所独创；在指令处理程序中内置了诸如自动填充密码、自动确认、自动过滤等默认实现方式，来填补命令交互合理流程化的空白。

本发明的技术方案，在下位机与服务器与WEB管理界面，实现串口指令实时交互通信，在方案完整性、可用性做了很大的补充，并针对指令交互环节做了抽象封装、组合设计，使得复杂业务流程简单化、半自动化，并在指令与UI交互上给出了开创性的操作方式；并在串口通信程序与服务器主程序之间充分解耦，使得串口通信程序既能提供串口通信服务，也能作为普通的串口命令行模式独立使用。

此方案的实施，使得远程一键安全实时操控下位机(如加密机)成为可能，实际运维提供了巨大便捷性、简易性；此外，此方案的抽象设计和架构可复用于此同类通信场景，具备较大物联网应用前景。

本发明的技术方案，采用带串口通信能力的下位机(如加密机)，将串口通信的指令交互在WEB系统中转换成命令模式，并梳理其中指令逻辑关系为流程交互；与此同时，需要输入PIN的命令可通过自动填充或前端加密传输并在后端安全解密输入；更为重要的，将在WEB前端页面支持UI翻译替代命令进行友好体验交互，也支持特殊命令输入实时转回录入串口到下位机执行。

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的附图。

图1为本发明串口通信整体架构示意图。

图2为本发明串口通信交互时序示意图。

图3为本发明指令处理程序的框架示意图。

图4为本发明指令耦合/交互处理模块的框架示意图。

图5为本发明WEB管理界面示意图。

具体实施方式

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5之一，本发明提供一种技术方案：

一种WEB可交互式串口通讯架构，所述架构包括:

web管理界面，用于与服务器进行基于websocket协议的双向实时通信，并且将串口指令通信转换为UI交互操作方式；

服务器后台主程序，用于调用安装于服务器内的串口驱动库、指令处理程序、串口通信程序以及串口控制脚本；该串口控制脚本用于控制串口通信程序的启动与停止；

串口通信程序，用于对数据进行处接收与发送；

指令处理程序，用于对接收数据的解析与处理；

下位机(如加密机)，与Linux服务器用一根USB串口线进行连接。

进一步地，串口通信程序包括：

连接阶段，服务器枚举当前可用的串口通信COM口，取其中默认的USB 串口；服务器后台主程序设置流控模式，并且设置连接参数；其中，参数包括波特率、数据位、停止位、奇偶校验方式；同时注册串口事件监听器，进行串口通信连接。

串口事件数据接收监听处理，串口通信程序接收到数据事件时，主动读取串口缓存区的数据内容，并按行解析数据内容，送入指令交互模块，处理后续模式转换。

串口指令写出阶段，打开串口输出流，写入当前要发送的指令内容。

特殊串口指令支持，向串口输出流，写入结束控制符(0x03)、Enter换行符(\r)。

断开连接阶段，移除串口事件监听器，断开串口通信连接，释放资源。

其中，指令处理程序包括：

指令输入模块：设定触发需要输入的文本行，并主要用来在指令过程中需要额外输入补充信息，其中，补充信息包括密码、选择步骤、选项等数据；

指令交互模块：主要用于指令过程中判断是否需要交互操作；如果有需要交互，则可以耦合多个指令输入模块，依照添加顺序依次处理具体的不同类型的交互输入处理；

指令下一处模块：主要用于指令交互中需要开出新分支，进行下一个模块的处理，构成程序上的责任链；

指令结束模块：主要用来实现该指令结束时要如何处理。

进一步地，在下位机、服务器、WEB管理界面三者之间通过串口通信以及websocket协议通信的形式来实现，并且将串口通信程序独立为服务程序，由服务器后台主程序来调用，交互界面屏蔽具体指令细节，此整体架构模式为本发明所独创。

其中，web管理界面与服务器之间采用基于websocket协议的双向实时通信；实现了web管理界面与服务器全双工通信(full-duplex)，WebSocket协议让web管理界面和服务器之间实现实时通信，不需要web管理界面发起请求，服务器就可以直接向web管理界面发送数据，能更好的节省服务器资源和带宽并达到实时通讯。

进一步地，将串口通信程序、串口驱动库、指令处理程序、串口通信程序以及串口控制脚本独立为服务程序，由服务器后台主程序来调用；串口通信程序、串口驱动库、指令处理程序、串口通信程序以及串口控制脚本采用模块化设计，使其能够单独地调用，使得服务器后台主程序实现了实时通信；能够为串口通讯命令模式架构的实际运维提供了巨大便捷性、简易性。

其中，如图2-5所示，本发明还提供一种WEB可交互式串口通讯架构的通信方法，本发明的方法实现过程如下：

S1：打开web管理界面的菜单页面时，调用服务器后台主程序内的串口控制脚本，并且启动串口通信程序；

S2：web管理界面向服务器后台主程序内的串口通信程序发送数据；

S3：将串口通信程序接收的数据送入到指令处理程序进行处理，并且将处理后的数据输送到相对应的下位机；

S4：将串口通信程序接受到下位机回传的数据送入到指令处理程序进行处理，将处理后的数据输送到web管理界面内，并且将回传的数据转换为UI 交互的方式显示在web管理界面上；

S5：在关闭web管理界面的菜单页面时，调用服务器后台主程序内的串口控制脚本，并且关闭串口通信程序。

进一步地，在下位机与服务器与WEB管理界面，实现串口指令实时交互通信，在方案完整性、可用性做了很大的补充，并针对指令交互环节做了抽象封装、组合设计，使得复杂业务流程简单化、半自动化，并在指令与UI交互上给出了开创性的操作方式；并在串口通信程序与服务器主程序之间充分解耦，使得串口通信程序既能提供串口通信服务，也能作为普通的串口命令行模式独立使用。

使得远程一键安全实时操控下位机(如加密机)成为可能，实际运维提供了巨大便捷性、简易性；此外，此方案的抽象设计和架构可复用于此同类通信场景，具备较大物联网应用前景。

进一步地，所述步骤S1的具体实现过程如下：

S11:在web管理界面内，打开下位机的管理菜单页面；通过启动restfull api接口，从而调用服务器后台主程序内的串口控制脚本，并且启动串口通信程序。

其中，在服务器上通过USB串口线进行连接一个或一个以上的下位机(如加密机)；并且在服务器后台主程序中，添加串口下位机的通信串口。

S12:打开websocket client端与服务器建立连接双向实时通信。

进一步地，所述步骤S2的具体实现过程如下：

S21：在WEB管理页面中点击相应的功能菜单或按钮；

其中，按钮包括授权按钮、检查授权状态按钮、清除故障按钮或者授权多步骤中下一张卡片的交互按钮等；

进一步地，将WEB管理页面的通信内容分成为指令、指令步骤两个部分。

S22：WEB管理页面通过websocket client端向服务器后台主程序内的串口通信程序发送数据；

进一步地，数据包括指令、指令步骤、指令参数以及消息；其中，指令包括指令名字、命令、参数等；

进一步地，当下位机为P10K加密机时，可实现如授权指令、清除故障指令、状态查询指令、版本信息指令等。

进一步地，WEB管理页面与服务器后台主程序之间的通信数据采用json 报文的格式进行传送。

其中，Json报文是一种轻量级的数据交换格式，可使人们很容易地进行阅读和编写，同时也方便了机器进行解析和生成；JSON适用于进行数据交互的场景，尤其应用于网站前台与服务器之间进行数据交互。

进一步地，所述步骤S3的具体实现过程如下：

将串口通信程序接收的数据送入到指令处理程序，将接收到的数据，解析出指令、指令步骤、指令参数以及消息，并且将处理后的数据输送到相对应的下位机。

其中，当下位机为P10K加密机时，应用于P10K加密机的指令处理器处理程序包括：

1)输入LMK ID模块，可自动填入加密机默认LMK ID；

2)插入双IC卡模块，在识别输入第一个管理员卡、第二个管理员卡，分别通过传递责任链下一指令处理器进行处理；

3)输入PIN处理器，PIN通过预置AES加密的密文，在要求输入时解密填入；

4)查看更多信息处理器；

5)自动下一步处理器，自动填入Enter换行符，进入下一步步骤。

进一步地，所述步骤S4的具体实现过程如下：

S41：将串口通信程序接受到下位机回传的数据送入到指令处理程序进行处理；将回传的数据解析出指令、指令步骤、指令参数、错误码以及消息；

S42：将处理后的数据输送到web管理界面内，并且将回传的数据采用UI 交互的方式显示在web管理界面上。

其中，将web管理界面接收到的json报文，解析出指令、指令步骤、指令参数、错误码、消息；对于错误码为成功，则将按具体指令和步骤响应对应的页面控制逻辑如跳转下一授权卡流程、消息提醒，取出参数中的卡号等信息进行展示。

进一步地，在web管理界面内，每隔一段时间后，其UI交互界面进行更新；能够保证在web管理界面上的数据准确性。

进一步地，所述步骤S5的具体实现过程如下：

S51:在web管理界面内，关闭下位机的管理菜单页面，调用服务器后台主程序内的串口控制脚本，并且关闭串口通信程序；

S52:关闭websocket client端，断开与服务器的双向实时通信。

进一步地，采用带串口通信能力的下位机(如加密机)，将串口通信的指令交互在WEB系统中转换成命令模式，并梳理其中指令逻辑关系为流程交互；与此同时，需要输入PIN的命令可通过自动填充或前端加密传输并在后端安全解密输入；更为重要的，将在WEB前端页面支持UI翻译替代命令进行友好体验交互，也支持特殊命令输入实时转回录入串口到下位机执行。

综上所述，在下位机与服务器与WEB管理界面，实现串口指令实时交互通信，在方案完整性、可用性做了很大的补充，并针对指令交互环节做了抽象封装、组合设计，使得复杂业务流程简单化、半自动化，并在指令与UI交互上给出了开创性的操作方式；并在串口通信程序与服务器主程序之间充分解耦，使得串口通信程序既能提供websocket的串口通信服务，也能作为普通的串口命令行模式独立使用。

此方案的实施，使得远程一键安全实时操控下位机(如加密机)成为可能，实际运维提供了巨大便捷性、简易性；此外，此方案的抽象设计和架构可复用于此同类通信场景，具备较大物联网应用前景。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (2)

1.一种WEB可交互式串口通讯架构，其特征在于：所述架构包括:

web管理界面，用于与服务器进行基于websocket协议的双向实时通信，并且将串口指令通信转换为UI交互操作方式；

服务器后台主程序，用于调用安装于服务器内的串口驱动库、指令处理程序、串口通信程序以及串口控制脚本；该串口控制脚本用于控制串口通信程序的启动与停止；

串口通信程序，用于对数据进行处接收与发送；

指令处理程序，用于对接收数据的解析与处理；

下位机，用于通过USB串口线与服务器进行连接；

其中，所述通讯架构的通信方法包括以下步骤：

S1：打开web管理界面的菜单页面时，调用服务器后台主程序内的串口控制脚本，并且启动串口通信程序；

S2：web管理界面向服务器后台主程序内的串口通信程序发送数据；

S3：将串口通信程序接收的数据送入到指令处理程序进行处理，并且将处理后的数据输送到相对应的下位机；

S4：将串口通信程序接受到下位机回传的数据送入到指令处理程序进行处理，将处理后的数据输送到web管理界面内，并且将回传的数据采用UI交互的方式显示在web管理界面上；

S5：在关闭web管理界面的菜单页面时，调用服务器后台主程序内的串口控制脚本，并且关闭串口通信程序；

另外，所述步骤S2的具体实现过程如下：

S21：在WEB管理页面中点击相应的功能菜单或按钮；

S22：WEB管理页面通过websocket client端向服务器后台主程序内的串口通信程序发送数据；

其中，数据包括指令、指令步骤、指令参数以及消息；并且数据采用json报文的格式进行传送；

所述步骤S3的具体实现过程如下：

将串口通信程序接收的数据送入到指令处理程序，将接收到的数据，解析出指令、指令步骤、指令参数以及消息，并且将处理后的数据输送到相对应的下位机；

所述指令处理程序包括：

指令输入模块：设定触发需要输入的文本行，并主要用来在指令过程中需要额外输入补充信息；

指令交互模块：主要用于指令过程中判断是否需要交互操作；如果有需要交互，则可以耦合多个指令输入模块，依照添加顺序依次处理具体的不同类型的交互输入处理；

指令下一处模块：主要用于指令交互中需要开出新分支，进行下一个模块的处理，构成程序上的责任链；

指令结束模块：主要用来实现该指令结束时要如何处理；

所述步骤S4的具体实现过程如下：

S41：将串口通信程序接受到下位机回传的数据送入到指令处理程序进行处理；将回传的数据解析出指令、指令步骤、指令参数、错误码以及消息；

S42：将处理后的数据输送到web管理界面内，并且将回传的数据采用UI交互的方式显示在web管理界面上；

所述步骤S5的具体实现过程如下：

S51:在web管理界面内，关闭下位机的管理菜单页面，调用服务器后台主程序内的串口控制脚本，并且关闭串口通信程序；

S52:关闭websocket client端，断开与服务器的双向实时通信。

2.根据权利要求1所述的一种WEB可交互式串口通讯架构，其特征在于：所述步骤S1的具体实现过程如下：

S11:在web管理界面内，打开下位机的管理菜单页面；通过启动restfull api接口，从而调用服务器后台主程序内的串口控制脚本，并且启动串口通信程序；

S12:打开websocket client端与服务器建立连接双向实时通信。