基于C#的密集架串口通信服務(wù)的設(shè)計與實現(xiàn)

劉 鋒 宋先斌

(1.南通職業(yè)大學，江蘇 南通 226007;2.常州信息職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 常州 213164)

0 引言

近年來，國家檔案局立文要求所有的檔案實現(xiàn)數(shù)字化管理，同時，所有的原始檔案材料也必須按規(guī)定有序、分類、安全存放。目前比較普遍的原始檔案材料管理方式是利用智能密集架存放。智能密集架的設(shè)計以區(qū)為單位，各區(qū)為一個整體，是一個獨立的區(qū)間。一個區(qū)又分為若干列，每列又分為若干行、若干列，行列交叉單元格即為一個存儲位。各區(qū)配置一個中心智能控制PLC芯片，一個LCD顯示控制屏，一個驅(qū)動馬達。操作員通過在LCD屏上輸入指令來控制PLC完成相關(guān)的打開、通風、除潮等日常操作。已整理好的檔案材料均編號，裝盒，按一定存放規(guī)則放到存儲位上。如何結(jié)合高層管理系統(tǒng)實現(xiàn)自動的查詢并打開某檔案的存放位置?如何實時高效的監(jiān)控庫房的溫濕度以便加強控制?對此問題的解決，本文采用RS485 com串口［1］與架體的PLC模塊進行連接，定制一套通信協(xié)議，并利用C#語言將對PLC的控制打包成Windows服務(wù)安裝在控制機上;同時該服務(wù)利用Socket技術(shù)［2］開放通信端口，方便其他管理系統(tǒng)調(diào)用。

1 系統(tǒng)設(shè)計

本方案的拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。其工作流程描述如下:

1)用戶通過各種終端設(shè)備，聯(lián)網(wǎng)查詢檔案數(shù)據(jù)(中心應(yīng)用服務(wù)器)，得到需要查閱的檔案物理存放地址。

2)中心應(yīng)用服務(wù)器與硬件控制服務(wù)器通過Socket端口連接，將查找到的檔案物理存放地址(已按規(guī)則編號，規(guī)則如A010203L，表示第A區(qū)01列02節(jié)03層左邊)發(fā)送到硬件控制服務(wù)器。

3)硬件控制服務(wù)器進行數(shù)制轉(zhuǎn)化，將所有內(nèi)容轉(zhuǎn)化為二進制，通過com串口向PLC發(fā)送指令，記錄操作日志，并獲得返回結(jié)果。

4)硬件控制服務(wù)器上的控制服務(wù)將結(jié)果返回給用戶。為了方便安裝和調(diào)用，特將控制程序以Windows服務(wù)方式部署在硬件控制服務(wù)器上。與上層應(yīng)用程序的通信采用Socket多線程機制［3］實現(xiàn)，與PLC硬件的通信通過RS485串口完成。Socket通信速度快，比較穩(wěn)定，一般不會受網(wǎng)絡(luò)延時影響造成數(shù)據(jù)丟失。

圖1 方案拓撲結(jié)構(gòu)圖

2 硬件通訊規(guī)則設(shè)計

為保證Com口能與PLC正常通信，并控制PLC正確執(zhí)行接收到的指令，現(xiàn)定義硬件通信協(xié)議［4］如表1:

考慮到通信主要是通過RS485直接對PLC的命令發(fā)送，故無需過多考慮信號的有效性和安全性檢驗。命令主要分三部分構(gòu)成:開始標志位+地址+動作。對于需要傳遞額外數(shù)據(jù)的(如LCD屏顯內(nèi)容)，后面提供3字節(jié)的擴展，并且最后提供1字節(jié)的檢驗位，以控制傳輸?shù)臏蚀_性。

為了區(qū)分多個命令，特指定十六進制FF為每一個命令的開始字節(jié)。地址位對應(yīng)著密集架的區(qū)號(區(qū)號從A開始，按ASC碼值依次增加)。動作位一般取用英文單詞的首字母小寫形式的ASC碼值。用戶可根據(jù)庫房的實際物理結(jié)構(gòu)和需要控制的動作，靈活設(shè)置相關(guān)命令。

3 com串口通信實現(xiàn)

將com串口通信的相關(guān)參數(shù)全部存放到app.config配置文件的appSettings配置節(jié)中。在服務(wù)啟動時，加載相關(guān)通信參數(shù)，打開com串口，同時開啟Socket監(jiān)聽。在服務(wù)停止時關(guān)閉 com端口［5］和Socket監(jiān)聽。各參數(shù)的缺省值和含義如表2所示:

表1 PLC通信協(xié)議規(guī)則表

遵循組件模塊化設(shè)計原則，將不同的功能封裝到不同的類中。其類圖如圖2所示。其中主要的核心類功能描述如下:

1)Com類通過調(diào)用API函數(shù)，實現(xiàn)串口的打開、關(guān)閉、數(shù)據(jù)的發(fā)送、讀取等。

2)ComMain主要按通信協(xié)議封裝命令，并判斷各操作命令以及參數(shù)的正確合法性。對于合法的命令，進行數(shù)制的轉(zhuǎn)化，然后通過Com類發(fā)送給PLC;對于有返回結(jié)果的，則返回相關(guān)參數(shù)給客戶端;同時記錄日志，向音頻輸出設(shè)置輸出當前正在做何操作。

表2 com端口配置參數(shù)表

3)SocketService類主要實現(xiàn)Socket監(jiān)聽，通過Socket與上層應(yīng)用程序交互，接收命令，解析命令，并調(diào)用ComMain中的相關(guān)業(yè)務(wù)方法實現(xiàn)控制。

4)ComService，ProjectInstaller兩個類實現(xiàn) Windows服務(wù)的定制，安裝功能。

5)Tools類提供一些通用的業(yè)務(wù)方法，這里主要實現(xiàn)日志記錄功能。

圖2 系統(tǒng)類圖

對于整個服務(wù)的運行流程圖如圖3所示:

圖3 整體流程圖

在服務(wù)安裝完成后，啟動服務(wù)時即按給定的參數(shù)初始化Com口，并打開Com串口;同時，Socket服務(wù)開始監(jiān)聽指定的端口(由IP、TcpPort兩個參數(shù)指定)，接收指令數(shù)據(jù)，并向Com串口按通信協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)。

其中ComMain.OperateComPort方法完成對接收數(shù)據(jù)的解析，解析出里面包含的操作命令、操作地址、密集架LCD屏顯內(nèi)容，并檢驗各參數(shù)的合法性，最后將命令數(shù)制轉(zhuǎn)化為二進制形式，通過Com串口發(fā)送到PLC控制。為增強服務(wù)可用性和完善性，特添加發(fā)音和日志記錄功能。其中發(fā)音功能通過調(diào)用SpeechLib.dll包實現(xiàn)，日志記錄功能由 Tools類的WriteLog 方法實現(xiàn)［6］。

OperateComPort方法是核心業(yè)務(wù)方法，實現(xiàn)對接受參數(shù)的制轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化，以及判斷各操作命令，以便向com口發(fā)送相應(yīng)的操作指令。其程序流程圖如下圖4:

4 Socket服務(wù)監(jiān)聽

Socket服務(wù)監(jiān)聽隨著Windows服務(wù)的啟動而開啟。為了提高性能，設(shè)計時采用異步通信方式。異步通信的優(yōu)點是不需要傳送同步脈沖，字符幀長度也不受到限制。

Socket監(jiān)聽到請求，則開啟一個處理事務(wù)，啟動接收回調(diào)函數(shù)ReceiveCallBack，ReceiveCallBack將處理接受到的消息，并傳遞給ReturnMessage方法。ReturnMessage進行參數(shù)解析，將解析到的各部分內(nèi)容傳遞給ComMain.OperateComPort方法以完成硬件控制。最后通過Send方法異步返回數(shù)據(jù)。其程序流程圖如下圖5:

圖5 Socket服務(wù)監(jiān)聽程序流程圖

5 結(jié)語

為靈活的實現(xiàn)上層應(yīng)用程序與硬件的通信控制，本文以檔案館密集架為例，定義一套完整的硬件通信協(xié)議，并將控制程序以Windows服務(wù)方式部署，用Socket與外界程序?qū)崿F(xiàn)快速數(shù)據(jù)交換。該實現(xiàn)方案靈活穩(wěn)定，為檔案管理工作帶來很大的便利。

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