基于C#的ADC數(shù)據(jù)采集上位機(jī)

摘 要：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)控制各個(gè)領(lǐng)域，如何提高采集軟件的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)采集效率成為一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。利用C#語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的ADC數(shù)據(jù)采集上位機(jī)，可以通過(guò)RS232接口讀取、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)并實(shí)時(shí)顯示外圍數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)。另外，使用VS2013.NET編程環(huán)境類庫(kù)中Serial Port類和Timer類，可以提高數(shù)據(jù)采集效率、優(yōu)化容錯(cuò)機(jī)制和系統(tǒng)界面。

關(guān)鍵詞：C#；ADC；數(shù)據(jù)采集；串口通信；RS232

中圖分類號(hào)：TP311.11

在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)各個(gè)領(lǐng)域都具有重要的作用和影響，而串行口是計(jì)算機(jī)和外圍數(shù)據(jù)設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要介質(zhì)。串口通信正是由以PC作為上位機(jī)而以單片機(jī)作為下位機(jī)組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最可靠，最簡(jiǎn)單、靈活的通信方式[1-2]。本系統(tǒng)的上位機(jī)設(shè)計(jì)主要是把特定的數(shù)據(jù)有單片機(jī)組成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中讀取出來(lái)，而作適當(dāng)處理后存儲(chǔ)到文本文件中。由于使用Windows API編程非常繁瑣，本系統(tǒng)上位機(jī)采用了C#語(yǔ)言在Visual Studio 2013.NET環(huán)境下完成[3]。.NET集成了大量的實(shí)用類庫(kù)，本系統(tǒng)上位機(jī)部分主要使用了Serial Port類和Timer類進(jìn)行串口同信與多線編程，使得上位機(jī)軟件編程部分大為輕松[4]。

1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體是由外圍電路和飛思卡爾K60芯片組成的ADC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)串口RS232將數(shù)據(jù)送到PC機(jī)，由上位機(jī)將數(shù)存儲(chǔ)到文本庫(kù)里面。

圖1 整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2 上位機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)軟件通過(guò)RS232串行口與外圍數(shù)據(jù)模塊通信，完成數(shù)據(jù)的采集工作，然后做適當(dāng)數(shù)據(jù)處理后，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與顯示。本設(shè)計(jì)中采用的上位機(jī)軟件是在Windows 7操作系統(tǒng)下Visual Studio 2013.NET編程環(huán)境中，利用C#語(yǔ)言編程完成，通過(guò)Serial Port類來(lái)實(shí)現(xiàn)串口通信功能，通過(guò)Timer類來(lái)完成定時(shí)采集功能，最后使用TXT文本文件來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。其中，Serial Port類為應(yīng)用程序提供了通過(guò)串口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法，具有功能強(qiáng)大，通信快速，實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)[4]。

上位機(jī)設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)在于如何通過(guò)串口從下位機(jī)接收到數(shù)據(jù)將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、顯示出來(lái)。上位機(jī)總體設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

圖2 上位機(jī)程序流程圖

從串口接收的數(shù)據(jù)主要采用Serial Port控件，在Visual Studio 2013中添加該控件，需要設(shè)置COM口（可修改），波特率（9600），數(shù)據(jù)位（8）、停止位（1）、校驗(yàn)位（0），通過(guò)事件驅(qū)動(dòng)方式接收數(shù)據(jù)。

2.1 主要涉及步驟

（1）先在VS開(kāi)發(fā)環(huán)境下新建一個(gè)window工程，然后在窗體上安放一些必須的控件，如按鍵（button）、文本框（Textbox）等；

（2）添加timer控件和Serial Port控件分別實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的定時(shí)和數(shù)據(jù)采集的鏈接。

2.2 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)（程序段）

2.2.1 串口處理程序

if （serialPort1.IsOpen）//判斷

{serialPort1.Close（）；//此處可不加try catch

TrackBar[] MyProgeressBar=GetTrackBar（）；

foreach（TrackBar theBar in MyProgeressBar）//遍歷，每個(gè)progressbar歸零

theBar.Value=0；

button1.Text=\"打開(kāi)串口\"；}

else

{try{

serialPort1.PortName=comboBox1.Text；//串口號(hào)

serialPort1.Open（）；//打開(kāi)

groupBox2.Visible=true；//第二個(gè)框框可見(jiàn)

button1.Text=\"關(guān)閉串口\"；}//按鍵標(biāo)題

此處的難點(diǎn)在于要將串口接收到的數(shù)據(jù)依次通過(guò)TrackBar將數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示。

2.2.2 獲取系統(tǒng)時(shí)間程序

textBox2.Text=DateTime.Now.ToString（）；

通過(guò)DataTime.Now獲取當(dāng)前電腦系統(tǒng)的時(shí)間，采用ToString方法會(huì)返回一個(gè)“以文本方式表示”此對(duì)象的字符串。

2.2.3 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)程序

System.IO.StreamWriter swobj=System.IO.File.AppendText（\"E：＼＼1.txt\"）；

swobj.WriteLine（this.textBox1.Text）；

swobj.Flush（）；

swobj.Close（）；

通過(guò)System.IO獲取軟件與系統(tǒng)的通道，再通過(guò)WriteLine函數(shù)，將數(shù)據(jù)一行一行寫(xiě)入（\"E：＼＼1.txt\"）這個(gè)文件中。最后通過(guò)swobj.Flush（），swobj.Close（）兩個(gè)函數(shù)將數(shù)據(jù)不斷的存和儲(chǔ)。

3 運(yùn)行效果及主要界面

本軟件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，數(shù)據(jù)采集正常，能夠?qū)⑼鈬臄?shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)正確讀取并按規(guī)定格式處理，取得了較好的數(shù)據(jù)此采集效率，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期效果，其中主要運(yùn)行界面及效果圖如下：

圖3 初始界面圖

圖4 運(yùn)行效果屆面圖

由圖4可知，該上位機(jī)具有良好的系統(tǒng)界面，TrackBar實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前采集動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)通道1實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前所采集的數(shù)據(jù)，同時(shí)顯示系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行時(shí)間。

圖5 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)界面

由圖5可知，TXT文本中顯示當(dāng)前的數(shù)據(jù)和采集的時(shí)間，每隔1/6s采集的數(shù)據(jù)，避免了數(shù)據(jù)丟失，提高了采集效率。

由表1，我們可知道，上位機(jī)通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)作，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集一直維持在萬(wàn)分之幾，都在誤差允許范圍內(nèi)，說(shuō)明該軟件具有良好的容錯(cuò)機(jī)制。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用C#語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的ADC數(shù)據(jù)采集上位機(jī)，可以通過(guò)RS232接口讀取、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)并實(shí)時(shí)顯示外圍數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)。另外，使用VS2013.NET編程環(huán)境類庫(kù)中Serial Port類和Timer類，可以提高數(shù)據(jù)采集效率、優(yōu)化容錯(cuò)機(jī)制和系統(tǒng)界面。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試，本文所設(shè)計(jì)的上位機(jī)軟件運(yùn)行良好、性能穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，較好的滿足了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)上位機(jī)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]李強(qiáng).基于API函數(shù)的Windows多線程串口通信[J].科技信息，2008（17）：404-405.

[2]吳興中，歐青立.一種PC與單片機(jī)RS232串口通信設(shè)計(jì)[J].應(yīng)用天地，2009（01）：74-75.

[3]韓中華，趙貞麗，丁志文.基于C#串行類的PC機(jī)與IC卡讀寫(xiě)器串行通信的實(shí)現(xiàn)[J].科技廣場(chǎng)，2007（03）：79-81.

[4]張立.C#程序設(shè)計(jì)編程經(jīng)典[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

作者簡(jiǎn)介：甘亞鵬（1990-），男，湖北崇陽(yáng)人，本科，電子與信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，研究方向：非線性理論控制（PID，混沌控制）、智能機(jī)器人控制算法研究、C#、C++、VB上位機(jī)的編程與應(yīng)用；方磊（1992-），男，湖北鄂州人，本科，電子與信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，研究方向：C#、C++、VB上位機(jī)的編程與應(yīng)用。

作者單位：湖北科技學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，湖北咸寧 437100