环境监测的串口共享系统及方法

摘要

本发明提供了一种环境监测的串口共享系统，所述系统包括：串口、至少一个环境监测仪、多个工业控制机和处理模块。处理模块对各环境监测仪和对应的工业控制机会话所占用的串口时间进行划分，得到多个时隙，且在一时隙中，一工业控制机通过所述串口传送网络数据至对应的环境监测仪，该环境监测仪接收并响应该网络数据，并将所述网络数据返回至工业控制机。此外，本发明还提供了一种环境监测的串口共享方法，本发明实现了多仪器同时采集数据和操控，同时也支持多台工业控制机对至少一台环境监测仪的串口通讯访问。

权利要求

1.一种环境监测的串口共享系统，其特征在于，包括：

串口，包括第一端，所述第一端包括至少一个第一接口；以及第二端，所述第二端包括多个第二接口；

至少一个环境监测仪，用于电性连接所述第一接口；

多个工业控制机，用于电性连接所述的第二接口，且每一个环境监测仪与多个工业控制机对应，通过所述串口进行会话；

处理模块，与所述串口电性连接，用于对各工业控制机和对应的环境监测仪会话所占用的串口时间进行划分，得到多个时隙t；以及设置工业控制机的优先权等级，以实现不同优先权等级的各工业控制机分别在不同的时隙与相应的环境监测仪进行会话；

且在一时隙中，一工业控制机通过所述串口传送网络数据至对应的环境监测仪，该环境监测仪接收并响应该网络数据，并将所述网络数据返回至该工业控制机。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述时隙t＝串口传输数据所需时间t1+串口响应等待时间t2+网络传输时间t3+数据处理时间t4+串口返回数据时间t5，其中t2≤50ms。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述处理模块还用于：若串口在t2时间段内响应工业控制机，则将该网络数据放入缓冲区，并在t3与t4时间段内，将所述网络数据返回至对应的环境监测仪，该环境监测仪接收并响应该网络数据，并将所述网络数据返回至该工业控制机，从而结束此次会话并释放串口，进行下一次会话；若串口未在t2时间段内未响应工业控制机，则直接结束此次会话，并释放串口，进行下一次会话。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还具有通信日志记录功能：可查看各串口的通讯状态，指令间隔时间，串口是否空闲，以及通讯失败的记录。

5.一种环境监测的串口共享方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1至4任一所述的环境监测的串口共享系统，包括步骤：处理模块对各工业控制机及对应的环境监测仪会话所占用的串口时间进行划分，得到多个时隙t；以及设置工业控制机的优先权等级，以实现不同优先权等级的各工业控制机分别在不同的时隙与相应的环境监测仪进行会话；

在每个时隙中，一工业控制机通过串口传送网络数据至对应的环境监测仪，环境监测仪接收并响应所述网络数据，且将所述网络数据返回至该工业控制机。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述时隙t＝串口传输数据所需时间t1+串口响应等待时间t2+网络传输时间t3+数据处理时间t4+串口返回数据时间t5，其中t2≤50ms。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，若串口在t2时间段内响应工业控制机，则将该网络数据放入缓冲区，并在t3与t4时间段内，将所述网络数据返回至对应的环境监测仪，该环境监测仪接收并响应该网络数据，并将所述网络数据返回至该工业控制机，从而结束此次会话并释放串口，进行下一次会话；若串口未在t2时间段内未响应工业控制机，则直接结束此次会话，并释放串口，进行下一次会话。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在一个时隙中，一工业控制机正在进行会话时，未进行会话的工业控制机发送网络数据至串口，该网络数据进入队列，依次等待下一个时隙传输。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述未进行会话的工业控制机的等待的时隙会话队列最大延迟＝单时隙占用串口时间*访问此串口的队列数量，其中，所述时隙会话队列最大延迟≤1s。

说明书

环境监测的串口共享系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及环境监测的串口通讯技术领域，尤其涉及一种环境监测的串口共享系统及方法。

背景技术

[0002] 在环境监测领域，目前由于各类环境监测仪器生产厂家均提供了自己的串口通讯控制软件，但是通讯标准各自不同，程序操作设计复杂，参数设置也各不相同。

[0003] 当前环境监测仪器的主要通讯方式为串口通讯(RS232)，并且只有一个通讯串口接口提供数据通讯服务。由于串口设计是独占性的，这样的结构只能满足一个数据采集设备与监测仪器进行通讯。

发明内容

[0004] (一)要解决的技术问题

[0005] 本发明的目的在于提供一种环境监测的串口共享系统及方法，以解决上述的至少一项技术问题。

[0006] (二)技术方案

[0007] 本发明提供了一种环境监测的串口共享系统，包括：

[0008] 串口，包括第一端，所述第一端包括至少一个第一接口；以及第二端，所述第二端包括多个第二接口；

[0009] 至少一个环境监测仪，用于电性连接所述第一接口；

[0010] 多个工业控制机，用于电性连接所述的第二接口，且每一个环境监测仪与多个工业控制机对应，通过所述串口进行会话；

[0011] 处理模块，与所述串口电性连接，用于对各工业控制机和对应的环境监测仪会话所占用的串口时间进行划分，得到多个时隙t，且在一时隙中，一工业控制机通过所述串口传送网络数据至对应的环境监测仪，该环境监测仪接收并响应该网络数据，并将所述网络数据返回至该工业控制机。

[0012] 可选地，所述处理模块还用于设置工业控制机的优先权等级，以实现不同优先权等级的各工业控制机分别在不同的时隙与相应的环境监测仪进行会话。

[0013] 可选地，所述时隙t＝串口传输数据所需时间t1+串口响应等待时间t2+网络传输时间t3+数据处理时间t4+串口返回数据时间t5，其中t2≤50ms。

[0014] 可选地，所述处理模块还用于：若串口在t2时间段内响应工业控制机，则将该网络数据放入缓冲区，并在t3与t4时间段内，将所述网络数据返回至对应的环境监测仪，该环境监测仪接收并响应该网络数据，并将所述网络数据返回至该工业控制机，从而结束此次会话并释放串口，进行下一次会话；若串口未在t2时间段内未响应工业控制机，则直接结束此次会话，并释放串口，进行下一次会话。

[0015] 可选地，该系统还具有通信日志记录功能：可查看各串口的通讯状态，指令间隔时间，串口是否空闲，以及通讯失败的记录。

[0016] 基于同一发明构思，本发明还提供了一种环境监测的串口共享方法，所述方法应用于前述环境监测的串口共享系统，包括步骤：

[0017] 处理模块对各工业控制机及对应的环境监测仪会话所占用的串口时间进行划分，得到多个时隙t；

[0018] 在每个时隙中，一工业控制机通过串口传送网络数据至对应的环境监测仪，环境监测仪接收并响应所述网络数据，且将所述网络数据返回至该工业控制机。

[0019] 可选地，所述时隙t＝串口传输数据所需时间t1+串口响应等待时间t2+网络传输时间t3+数据处理时间t4+串口返回数据时间t5，其中t2≤50ms。

[0020] 可选地，若串口在t2时间段内响应工业控制机，则将该网络数据放入缓冲区，并在t3与t4时间段内，将所述网络数据返回至对应的环境监测仪，该环境监测仪接收并响应该网络数据，并将所述网络数据返回至该工业控制机，从而结束此次会话并释放串口，进行下一次会话；若串口未在t2时间段内未响应工业控制机，则直接结束此次会话，并释放串口，进行下一次会话。

[0021] 可选地，在一个时隙中，一工业控制机正在进行会话时，未进行会话的工业控制机发送网络数据至串口，该网络数据进入队列，依次等待下一个时隙传输。

[0022] 可选地，所述未进行会话的工业控制机的等待的时隙会话队列最大延迟＝单时隙占用串口时间*访问此串口的队列数量，其中，所述时隙会话队列最大延迟≤1s。

[0023] (三)有益效果

[0024] 本发明相较于现有技术具有以下优点：

[0025] 1、本发明提供的环境监测的串口共享系统，针对环境监测仪器进行通讯优化和调试，并提供完备的环境监测仪器通讯协议栈库，实现对专有通讯协议的支持。可对通讯的数据进行智能化选择与判定，确保数据通讯稳定可靠，满足各种工业化生产环境工作需要。

[0026] 2、本发明提供的环境监测的串口共享方法，采用时分通讯技术，进行时隙的划分，确保了数据间的分离传输，满足多仪器同时采集数据和操控支持多台工业控制机对至少一台环境监测仪的串口通讯访问，轻松实现多仪器同时数据采集和操作控制。

[0027] 3、本发明提供管理软件访问控制，可以通过LAN(局域网)口完成通讯参数设置，方便操作。

附图说明

[0028] 图1为本发明实施例的环境监测的串口共享系统的总体结构示意图；

[0029] 图2为本发明实施例的一详细实施例的环境监测的串口共享系统的结构示意图；

[0030] 图3为本发明实施例的访问队列的串口占用时间的示意图；

[0031] 图4为本发明实施例的时隙示意图；

[0032] 图5为本发明实施例的环境监测的串口共享方法的步骤示意图。

具体实施方式

[0033] 在现有技术中，当前环境监测仪器的主要通讯方式为串口通讯(RS232)，并且只有一个通讯串口接口提供数据通讯服务，由于串口设计的独占性，一个串口一般只能实现数据在一个上位机与一个下位机之间的传输。但是在实际生产应用场景中，往往需要多台采集设备与监测仪器实现数据交换，即多个上位机需要通过一个串口实现与一个甚至多个下位机之间的数据通信的情况，因此，本发明提供了一种环境监测的串口共享系统及方法，从而完成通过一个串口实现一对多甚至多对多的串口通讯需要。其设计满足环境监测仪器的数据采集需求，用来解决多台工业控制数据采集设备对至少一台监测仪器间的共享通讯的实际问题，可广泛应用于环境自动化监测领域。

[0034] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

[0035] 图1为本发明实施例的环境监测的串口共享系统的总体结构示意图，如图1所示，本发明实施例的一方面提供了一种环境监测的串口共享系统，包括：

[0036] 串口，包括第一端，所述第一端包括至少一个第一接口；以及第二端，所述第二端包括多个第二接口；

[0037] 至少一个环境监测仪，用于电性连接所述第一接口；

[0038] 多个工业控制机，用于电性连接所述的第二接口，且每一个环境监测仪与多个工业控制机对应，通过所述串口进行会话；

[0039] 处理模块，与所述串口电性连接，用于对各工业控制机和对应的环境监测仪会话所占用的串口时间进行划分，得到多个时隙t，且在一时隙中，一工业控制机通过所述串口传送网络数据至对应的环境监测仪，该环境监测仪接收并响应该网络数据，并将所述网络数据返回至该工业控制机。一般来说，该处理模块可以由软件程序或者其他可编程数据处理装置等实现。此外，一个环境监测的串口共享系统中也可以有多个串口与控制其的处理模块，从而实现更多的设备之间的监控通信。

[0040] 在本发明的一种实施例中，选择两个环境监测仪，以及与该两个环境监测仪分别对应的四个工业控制机，图2为本发明实施例的一详细实施例的环境监测的串口共享系统的结构示意图，如图2所示，该串口共享系统，包括一个串口，该串口的第一端包括2个第一接口(COM1和COM2)，其第二端有4个第二接口(COM11、COM12、COM21和COM22)。COM1、COM2分别连接环境监测仪1和工业控制机2，COM11和COM12分别与环境监测仪1连接进行通信会话，COM21和COM22分别与工业控制机2连接进行通信会话。其中，设备的各连接方式均采用RS232串口线缆，该串口通讯9600波特率，8位，无校验。

[0041] 此外，处理模块也与所述串口相连，用于对环境监测仪1和其对应的工业控制机11和工业控制机12、以及工业控制机2和其对应的工业控制机21和工业控制机22会话时所占用的串口时间进行划分，得到4个时隙t，且在一个时隙中，一工业控制机通过所述串口传送网络数据至对应的环境监测仪，该环境监测仪接收并响应该网络数据，并将所述网络数据返回至工业控制机。此外，该系统还可以具有通信日志记录功能：可查看各串口的通讯状态，指令间隔时间，串口是否空闲，通讯失败的记录等。

[0042] 该处理模块还可以用于设置工业控制机的优先权等级，处理模块可以设置工作参数，如：TimeOut，环境监测仪的型号，通讯结束标识符等等例如可以设置在与环境监测仪通信中的工业控制机11的优先权高于工业控制机12，则可以确保工业控制机11优先通讯。当工业控制机11和工业控制机12同时接收指令准备发送数据启动会话时，工业控制机11优先；工业控制机12的指令缓存阻塞，等串口空闲时发送。当工业控制机11响应数据结束标志时(如0D)，后500ms没有其它数据时可视为仪器空闲；当仪器空闲时，空闲的串口可转发工业控制机22的数据。

[0043] 本发明利用时分通讯技术，将一次查询式串口访问定义为一次会话，一次会话占用的串口时间，定义为一个时隙。通过为不同设备合理分配时隙，即可实现多设备的串口访问。本发明还适用于查询式串口访问，上位机发送网络数据即启动一个时隙会话，在此时隙会话完成前，不可以被其他设备打断，确保了串口数据的完整性。另外，一个时隙会话完成串口发收过程后，会立即将得到数据返回给对应设备，如果没有得到数据，则等待设备启动下次时隙会话。无论有没有得到数据，时隙会话完成后，都会为其他设备让出串口。为确保所有设备都可以公平的得到数据，即使串口被一个时隙会话占用，其他设备也可以发送网络数据给共享式串口服务器，此时数据将进入队列，当正在工作的时隙会话完成后，即可用此数据为其他设备启动新会话。图3为本发明实施例的访问队列的串口占用时间的示意图，如图3所示，4台工业控制机同时访问一个串口，时隙会话A-D对应4台工业控制机分别与环境监测仪的会话，4台工业控制机之间的数据传输完全隔离。

[0044] 在一个时隙中，一工业控制机正在进行会话时，其他工业控制机发送网络数据至串口，该网络数据进入队列，依次等待下一个时隙传输。且工业控制机的等待的时隙会话队列最大延迟＝单时隙占用串口时间*访问此串口的队列数量，其中，所述时隙会话队列最大延迟≤1s。若时隙会话队列的最大延时＞1s，该工业控制机的在队列的等待时间超时，此时该工业控制机需要再次重新进入队列等待。

[0045] 目前由于各类环境监测仪器生产厂家均提供了自己的串口通讯控制软件，但是通讯标准各自不同，程序操作设计复杂，参数设置也各不相同。本发明提供的环境监测的串口共享系统可以将专门目前主流的仪器通讯协议，集成封装当前各种监测设备的底层通讯协议，统一规划设备数据采集、控制、通讯、处理的通讯接口，统一抽象监测设备管理控制模型，为上层业务系统的数据调取，提供稳定可靠的核心数据通讯核心框架。该工业控制机可以采用ARM7TDMI嵌入式处理器和Linux操作系统，实际运行环境Linux的监测仪2台，采用CentOS 6.5管理系统。

[0046] 在环境自动化监测系统应用为中，本发明提供的环境监测的串口共享系统，提供了管理软件访问控制，通过LAN口完成通讯参数设置，已经封装完成的环境监测设备如下：Thermo 42i(NO/NO2/Nox监测仪)、Thermo 43i(SO2监测仪)、Thermo 48i(CO监测仪)、Thermo 49i(O3监测仪)、T-API M100E(SO2监测仪)、T-API M200E(NO/NO2/Nox监测仪)、T-API M300E(CO监测仪)、T-API M400E(O3监测仪)、Thermo 1400ab(PM10监测仪)和Thermo 
1405F(PM2.5监测仪)。在其他实施例中还有其他的环境监测设备可以基于本发明提供的环境监测的串口共享系统进行构建，在此不再赘述。

[0047] 图4为本发明实施例的时隙示意图，如图4所示，所述时隙t＝串口传输数据所需时间t1+串口等待响应时间t2+网络传输时间t3+设备处理数据时间t4+串口返回数据至环境监测仪时间t5，一般来说，串口传输数据所需时间t1与串口返回数据至环境监测仪时间t5相等。另外，所述t2≤50ms。若串口在t2时间段内响应工业控制机，则将该网络数据放入缓冲区，并在t3与t4时间段内，将所述网络数据返回给与之会话的环境监测仪，该环境监测仪接收并响应该网络数据，并将所述网络数据返回至工业控制机，从而结束此次会话并释放串口，进行下一次会话；若串口未在t2时间段内(即串口等待响应超过50ms)未响应工业控制机，不再传送该网络数据，则直接结束此次会话，并释放串口，进行下一次会话。

[0048] 本发明实施例的另一方面还提供了一种环境监测的串口共享方法，所述方法应用于上述的串口共享系统，图5为本发明实施例的环境监测的串口共享方法的步骤示意图，如图5所示，该方法包括步骤：

[0049] S1、处理模块对各工业控制机及对应的环境监测仪会话所占用的串口时间进行划分，得到多个时隙t；

[0050] 步骤S1利用时分通讯技术，将一次查询式串口访问定义为一次会话，一次会话占用的串口时间，定义为一个时隙。通过为不同设备合理分配时隙，即可实现多设备的串口访问。其中，该时隙t＝串口传输数据所需时间t1+串口等待响应时间t2+网络传输时间t3+设备处理数据时间t4+串口返回数据至环境监测仪时间t5，且t2≤50ms，若串口等待响应超过50ms，则直接结束此次会话，并释放串口，进行下一次会话。

[0051] S2、在每个时隙中，一工业控制机通过串口传送网络数据至对应的环境监测仪，环境监测仪接收并响应所述网络数据，且将所述网络数据返回至该工业控制机。

[0052] 此外，本发明还可以确保所有设备都可以公平的得到数据。即使串口被一个时隙会话占用，其他设备也可以发送网络数据给共享式串口服务器，此时数据将进入队列，当正在工作的时隙会话完成后，即可用此数据为其他设备启动新会话。该环境监测的串口共享方法采用时分通讯技术，进行时隙的划分，确保了数据间的分离传输，满足多仪器同时采集数据和操控支持多台工业控制机对至少一台环境监测仪的串口通讯访问，实现了多仪器同时数据采集和操作控制。

[0053] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。