基于ZigBee模塊和C#的上位機研究與實現(xiàn)

張昱霖

摘要：上位機作為物聯(lián)設備軟件層核心之一，其地位十分重要。為了方便對物聯(lián)設備進行管理配置，本文基于ZigBee模塊和C#語言設計了一種能夠通過本地串口和網(wǎng)絡通信兩種方式對ZigBee模塊主控單元進行控制和數(shù)據(jù)讀取的上位機架構(gòu)，具備可靠性和通用性的特點。

關鍵詞：ZigBee模塊；C#；上位機；通用性

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0053-01

1 基本原理

（1）上位機與下位機。上位機是用于接收數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)；下位機是直接控制設備、獲取設備狀況的控制器。上位機可以接收下位機的信號，也可以向下位機發(fā)出命令，下位機再根據(jù)此命令解釋成相應時序信號直接控制相應設備。下位機會實時讀取設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號反饋給上位機。（2）ZigBee技術。作為無線通信技術領域中的ZigBee技術，其基于IEEE802.15.4協(xié)議。最大的特點是短距離、低功耗、低復雜度、低成本，非常適合嵌入距離較近的物聯(lián)設備供其通信使用[1]。（3）串口通信。串口是一種硬件類型的接口，按位發(fā)送和接收字節(jié)，其參數(shù)包括：波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗，對于兩個進行通信的端口，這些參數(shù)必須相匹配[2]。具體的，ZigBee模塊傳感節(jié)點發(fā)送信號到ZigBee模塊匯聚節(jié)點即主控單元，主控單元通過串口將數(shù)據(jù)傳到計算機中的上位機中，上位機接收信息并處理。（4）網(wǎng)絡通信。要實現(xiàn)上位機與下位機之間的遠程網(wǎng)絡通信，有兩種方式：ZigBee模塊主控單元搭建Wi-Fi局域網(wǎng)方式的短距離通信、使用服務器和ZigBee模塊主控單元間的遠距離通信。

2 上位機與ZigBee模塊的串口通信

一般來說，ZigBee模塊采用RS232串口通信，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，低有效位先傳送。因此，將ZigBee模塊主控單元與計算機串口相連，通過C#編程設計上位機獲取有效的數(shù)據(jù)字段，可以方便的獲取ZigBee主控單元的數(shù)據(jù)，具體如下：

2.1 串口配置

串口的屬性配置包括：端口號、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位。將串口的這些屬性值分別存儲進combobox中，根據(jù)實際情況進行選擇。

2.2 發(fā)送數(shù)據(jù)

使用Write接口三個參數(shù)的含義為：使用的數(shù)組、從數(shù)組第n位開始發(fā)數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)的長度。核心代碼如下：

if （serialPort.IsOpen）{

try{

Byte[] b = new Byte[3] {1，2，3}；

char[] ch = new char[3] {'a'，'b'，'c'}；

serialPort.Write（b，0，1）；//使用b[]數(shù)組，第0為開始，長度為1

serialPort.Write（ch，0，2）；//使ch[]數(shù)組，第0為開始，長度為2

MessageBox.Show（"發(fā)送成功"）；

}

catch{MessageBox.Show（"發(fā)送失敗"）；}

}

2.3 接收數(shù)據(jù)

從ZigBee模塊主控單元中讀取數(shù)據(jù)的核心代碼如下：

void Receive（object sender，SerialDataReceivedEventArgs e）

{

if （serialPort.IsOpen）{

Byte[] Receive = new Byte[serialPort.BytesToRead]；

serialPort.Read（Receive， 0， Receive.Length）；

serialPort.DiscardInBuffer（）；

textBox.Text += Encoding.ASCII.GetString（Receive）；

}

}

3 上位機與ZigBee模塊的網(wǎng)絡通信

3.1 短距離傳輸

對上述使用串口向上位機有線傳輸數(shù)據(jù)的方式改進為無線局域網(wǎng)短距離傳輸，具體方式為：（1）ZigBee模塊主控單元將數(shù)據(jù)通過硬件串口發(fā)送給Wi-Fi模塊的串口，Wi-Fi模塊中需要有完整的套接字API或TCP/IP協(xié)議棧。（2）將Wi-Fi模塊與上位機連入同一個局域網(wǎng)保證其IP與上位機處于同一網(wǎng)段。（3）配置上位機與ZigBee模塊主控單元進行通訊。

3.2 遠距離通信

對上述只能在同一局域網(wǎng)向上位機傳輸數(shù)據(jù)的方式改進為通過以太網(wǎng)、不受距離約束的遠距離通信方式，具體方式為：（1）單純ZigBee模塊無法將數(shù)據(jù)發(fā)往以太網(wǎng)，需要使用ZigBee/TCP網(wǎng)關。（2）ZigBee/TCP網(wǎng)關將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TCP或UDP報文發(fā)送給指定的遠程服務器的IP和端口。（3）對遠程服務器建立TCP/UDP Server對指定的端口號進行監(jiān)聽，接收到報文后提取有效數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫使用MySQL或SQL Server均可。（4）上位機使用Socket通信讀寫該服務器中數(shù)據(jù)庫的信息。

4 結(jié)語

本文研究了C#上位機對ZigBee模塊主控單元的控制與數(shù)據(jù)讀取的各種實現(xiàn)方式，包括傳統(tǒng)的串口通信、局域網(wǎng)短距離通信、服務器遠距離通信方式，可靠性與通用性很強，能夠滿足不同條件下的物聯(lián)設備與上位機的通信需求，對上位機與ZigBee模塊通信方式具有指導意義。

參考文獻

[1]王中生，曹梅.基于ZigBee的串口監(jiān)控軟件設計與實現(xiàn)[J].電子設計工程，2011（14）：13-14.

[2]章輝，葉建芳，葉建威.基于MSComm控件串口通信的實現(xiàn)[J] .電子測量技術，2011（08）：127.endprint