C＃下串口通信編程的開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展

朱英翔，朱福民，劉炎鳴

(上海海事大學(xué) 物流工程學(xué)院，上海201306)

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行作業(yè)和實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要對(duì)一些工業(yè)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為了方便快速搭建檢測(cè)平臺(tái)、達(dá)到靈活操作的目的，可以采用帶微控制器的傳感器采集所需要的狀態(tài)信息，通過(guò)串口直接把這些信息傳送給個(gè)人電腦，然后在電腦上編程接收處理數(shù)據(jù)。

目前，大多數(shù)微控制器芯片(如8051系列單片機(jī))都支持串口的輸入輸出[1-2]，本文研究使用個(gè)人電腦外接USB轉(zhuǎn)串口線(xiàn)來(lái)接收信息，通過(guò)C#編程，運(yùn)用電腦做上位機(jī)來(lái)完成采集分析記錄工作。近年來(lái)，C#編程已經(jīng)幫助企業(yè)解決了很多工業(yè)問(wèn)題，同時(shí)在串口通信領(lǐng)域也有很好的應(yīng)用前景。

1 Visual Studio數(shù)據(jù)串口通信

串口是一種比較簡(jiǎn)單的通信形式。介紹通過(guò)Visual Studio 2010的C#進(jìn)行編程使得PC能接收串口發(fā)來(lái)的信息。

C#是一種強(qiáng)勁的編程語(yǔ)言[3]，且 Visual Studio也封裝了串口收發(fā)的模塊，這易于實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)采集和處理。這里運(yùn)用C#創(chuàng)建Windows窗體應(yīng)用程序，首先在窗體加載時(shí)觸發(fā)串口的讀取功能，遍歷電腦的每一個(gè)串口。在窗體應(yīng)用程序的combobox預(yù)設(shè)一系列與串口通信有關(guān)的參數(shù)，根據(jù)所連接的單片機(jī)來(lái)預(yù)先選擇正確的參數(shù)，通過(guò)Button的click屬性來(lái)讀取這些參數(shù)打開(kāi)新的串口連接。隨后串口數(shù)據(jù)送入電腦虛擬的緩存區(qū)，完成數(shù)據(jù)讀取工作。

2 數(shù)據(jù)的圖表顯示

在接收到串口數(shù)據(jù)之后，還要對(duì)串口讀入的字節(jié)串進(jìn)行分析判斷，這里需要運(yùn)用C#的控制流來(lái)分析字節(jié)串的內(nèi)容，分離出自己需要的字節(jié)，再對(duì)應(yīng)各種傳感器的信號(hào)值與實(shí)際監(jiān)測(cè)值的關(guān)系單位化后得到實(shí)際的工業(yè)信息。為了能建立操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)[4]，方便監(jiān)測(cè)人員更加直觀(guān)地觀(guān)測(cè)工業(yè)設(shè)備的狀態(tài)變化，本文通過(guò)C#編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)圖表的繪制。在Visual Studio中調(diào)用其中的graphic類(lèi)來(lái)操作，通過(guò)實(shí)例化graphic類(lèi)，采用畫(huà)直線(xiàn)的方式建立數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的折線(xiàn)圖和柱狀圖。

(1)折線(xiàn)圖的畫(huà)法

在picturebox控件中，以次數(shù)為橫坐標(biāo)，單位化后的數(shù)據(jù)為縱坐標(biāo)不斷生成點(diǎn)，依次畫(huà)直線(xiàn)連接前后生成的兩點(diǎn)，待畫(huà)滿(mǎn)圖框后自動(dòng)清屏，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的折線(xiàn)圖顯示。圖1為用該方法記錄某次加速度數(shù)據(jù)的效果。

圖1 折線(xiàn)圖演示效果

(2)柱狀圖的畫(huà)法

在picturebox控件中，以采集數(shù)據(jù)的序號(hào)確立橫坐標(biāo)，單位化后的數(shù)據(jù)為縱坐標(biāo)，采取在該坐標(biāo)點(diǎn)至picturebox底部畫(huà)粗線(xiàn)，該點(diǎn)至picturebox頂部畫(huà)與picturebox背景色相同的粗線(xiàn)的方式來(lái)刷新柱狀圖數(shù)據(jù)。這種圖像化的顯示可以為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直觀(guān)、多維的指導(dǎo)操作。圖2為用該方法畫(huà)某次加速度數(shù)據(jù)的效果。

圖2 柱狀圖演示效果

3 數(shù)據(jù)報(bào)警

一般地，采集的數(shù)據(jù)值都有一個(gè)安全范圍，超出了安全范圍就會(huì)不利于設(shè)備的正常使用，所以要采取報(bào)警機(jī)制來(lái)提醒現(xiàn)場(chǎng)人員。這里通過(guò)Visual Studio自帶的控件——聲音控件,用if語(yǔ)句判斷，如果在數(shù)據(jù)值設(shè)定的閾值范圍外就觸發(fā)報(bào)警音樂(lè)。使用PC自帶的揚(yáng)聲器發(fā)出警報(bào)聲。

4 數(shù)據(jù)采集記錄

數(shù)據(jù)的采集和記錄是分析數(shù)據(jù)必不可少的過(guò)程。通過(guò)串口采集來(lái)的數(shù)據(jù)，往往刷新率不會(huì)很高，最大的波特率為115 200。正因?yàn)檫@樣，使用Visual Studio開(kāi)發(fā)編程，在PC上就能實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的采集記錄。

一般地，C#開(kāi)發(fā)人員會(huì)優(yōu)先想到使用文件流來(lái)導(dǎo)出數(shù)據(jù)，但是為了數(shù)據(jù)查看簡(jiǎn)便，還有利于將來(lái)分析，本文采用連接office辦公自動(dòng)化軟件中的 Excel[5]，因?yàn)镋xcel表格直觀(guān)，且后續(xù)有分析計(jì)算的功能。在Visual Studio 2010.net框架下C#編程是完全可以來(lái)自動(dòng)化Excel 2007表格。

首先要在項(xiàng)目中添加引用Microsoft Excel 12.0 object library，這樣就可以調(diào)出Excel類(lèi)。

在程序開(kāi)啟時(shí)就加載Excel應(yīng)用，創(chuàng)建配置Excel選項(xiàng)：

利用C#的try…catch語(yǔ)句預(yù)先在讀取數(shù)據(jù)的代碼段中設(shè)立好向Excel單元格內(nèi)填數(shù)據(jù)的語(yǔ)句。當(dāng)需要記錄時(shí)通過(guò)button控件觸發(fā)創(chuàng)建新的Excel文檔，這樣即執(zhí)行try{}中的語(yǔ)句往單元格記錄數(shù)據(jù)：

更改單元格坐標(biāo)就不斷繼續(xù)向Excel里填充由串口接收的數(shù)據(jù)。

通過(guò)簡(jiǎn)單設(shè)置名為excel和save的兩個(gè)button控件就可實(shí)現(xiàn)建立Excel表格填充數(shù)據(jù)和觸發(fā)保存Excel文檔的功能。圖3是某次加速度數(shù)據(jù)采集時(shí)生成的Excel文檔。

圖3 C#串口采集生成的Excel 2007文檔

利用開(kāi)發(fā)效率高的Visual Studio來(lái)編寫(xiě)上位機(jī)程序，在串口數(shù)據(jù)采集處理方面有著很好的優(yōu)勢(shì)，它簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化了設(shè)備。便于一般工程系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理。

[1]童長(zhǎng)飛.C8051F系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)與C語(yǔ)言編程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[2]張毅剛，彭喜元.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[3]STELLMAN A，GREENE J.Head First C# 中文版[M].林琪，譯.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[4]潘新民，王燕芳.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，1999.

[5]微軟.C#app automates Excel[CP/OL].[2012-3-2].http：//code.msdn.microsoft.com/CSAutomateExcel-7f89a439.