屈武江

(大連海洋大學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116300)

0 引 言

數(shù)據(jù)通信也稱為數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)交換，是將從系統(tǒng)外部采集的數(shù)據(jù)通過一種通信設(shè)備傳送到系統(tǒng)內(nèi)部的一個接口[1]。數(shù)據(jù)通信不僅包括計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，也包括計(jì)算機(jī)與其他外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。目前數(shù)據(jù)通信技術(shù)在實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)和工業(yè)自動化系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

1 串口數(shù)據(jù)通信

1.1 串口數(shù)據(jù)通信

串口數(shù)據(jù)通信是指通過計(jì)算機(jī)上的串行接口使計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或者計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N數(shù)據(jù)獲取方式[2]。串行接口通常是指計(jì)算機(jī)上的COM接口，是一種通用的設(shè)備通信接口[3]。一般來說串口主要用于連接鼠標(biāo)等外部設(shè)備，同時串口也是用于外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)的通道。如果計(jì)算機(jī)上沒有串行接口，用戶可以使用USB轉(zhuǎn)接器將USB接口轉(zhuǎn)換為串行接口。串口數(shù)據(jù)通信由于使用設(shè)備簡單，同時通過實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送，因此在工業(yè)和自動化系統(tǒng)中經(jīng)常使用串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信[4]。

1.2 串口數(shù)據(jù)通信的過程

應(yīng)用串行接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的過程：首先通過命令設(shè)置串口名稱、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶位檢驗(yàn)等串口參數(shù)，然后打開串口等待接口數(shù)據(jù)[5]。接著進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，也就是讀取串口數(shù)據(jù)或者向串口傳遞數(shù)據(jù)[3-6]。最后數(shù)據(jù)通信完畢關(guān)閉串口，釋放資源。

2 串口數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)方法

2.1 使用VB6.0中的MSComm控件

VB6.0提供了MSComm串口通訊控件，MSComm控件隱藏了串口通信的運(yùn)行過程，用戶只需要編寫少量的程序代碼就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信[7]。MSComm串口通訊控件提供了事件驅(qū)動通信和查詢檢測通信兩種數(shù)據(jù)通信的方法，事件驅(qū)動通信指當(dāng)CD線或RTS線上有字符到達(dá)或發(fā)生改變時，OnComm事件捕獲或處理這些通訊事件和處理通訊中的錯誤。查詢檢測通信指可以在每個重要的程序功能之后檢查CommEvent屬性的值來檢測事件和通信錯誤。對于數(shù)據(jù)通訊量不大和對通信要求不高的數(shù)據(jù)通信環(huán)境下建議采取這種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信[8]。但是應(yīng)用MSComm控件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時，每一個MSComm控件對應(yīng)一個串口，如果在程序中需要提供多個串口，則必須要添加多個MSComm控件。

2.2 使用SerialPort串口通訊類

VS2012是Microsoft Visual Studio 2012的簡稱，是微軟公司開發(fā)的目前最流行的Windows平臺應(yīng)用程序的集成開發(fā)環(huán)境，提供了軟件開發(fā)過程中所需要的各種工具[3,9]。其集成架構(gòu)Framework2.0以上類庫提供了SerialPort類可以取代MSComm控件實(shí)現(xiàn)串口通信。其執(zhí)行過程如下：

(1)創(chuàng)建數(shù)據(jù)通信類對象，設(shè)置通信串口的主要參數(shù)：BaudRate(波特率)、PortName(串口名稱)、ReceivedBytesThreshold(觸發(fā)數(shù)據(jù)接收事件DataReceived)、WriteBufferSize/ReadBufferSize(寫緩沖區(qū)和讀緩沖區(qū)大小)，并執(zhí)行數(shù)據(jù)通信類對象的Open方法打開新的串行口。

(2)執(zhí)行Read或者ReadLine方法從新打開的串行口中讀取數(shù)據(jù)，通過執(zhí)行Write或者WriteLine方法將數(shù)據(jù)寫入新建的串行口，但要注意讀方法與寫方法必須要配對，即用Write方法寫數(shù)據(jù)，則必須用Read方法讀取數(shù)據(jù)。

(3)通信完畢，調(diào)用Close方法關(guān)閉串口。

2.3 調(diào)用API庫中的通信函數(shù)

Windows操作系統(tǒng)提供了低層的API函數(shù)庫，API函數(shù)庫提供了多種函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)通信。這種方法實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)通信效率高，主要適用于大型通信程序及通信質(zhì)量要求較高的場合[10]。

調(diào)用API函數(shù)來實(shí)現(xiàn)串口通信基本過程包括：

(1)執(zhí)行API函數(shù)庫的CreateFile()函數(shù)創(chuàng)建一個新的串口，通過執(zhí)行SetupComm()函數(shù)為新創(chuàng)建的串口分配輸入和輸出緩沖區(qū)大小，調(diào)用BuildCommDCB()或者SetCommState()函數(shù)設(shè)置串口通信的控制參數(shù)[11]。

(2)執(zhí)行API庫的WriteFile()庫函數(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送到新創(chuàng)建的串行口，同時將發(fā)送到串行口的數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的文件，也可以執(zhí)行ReadFile()庫函數(shù)從寫入的文件中讀取數(shù)據(jù)[12]。

(3)通信完畢，調(diào)用API庫函數(shù)CloseHandle()函數(shù)關(guān)閉串口。

3 基于API函數(shù)庫實(shí)現(xiàn)串口通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文中以設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中蔬菜大棚自動殺蟲燈為例，介紹基于API函數(shù)庫實(shí)現(xiàn)串口通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

3.1 基于API函數(shù)庫實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)通信的設(shè)計(jì)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)戶經(jīng)常在蔬菜大棚安裝自動殺蟲燈并進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)顯示在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是當(dāng)昆蟲被殺死時，昆蟲落下觸發(fā)傳輸設(shè)備觸點(diǎn)并自動計(jì)數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)4G在指定的時間間隔內(nèi)將計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮斩藬?shù)據(jù)傳輸設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備將接收的數(shù)據(jù)通過串行接口傳輸數(shù)據(jù)通信軟件，而數(shù)據(jù)通信軟件通過串行接口接收數(shù)據(jù)并存儲到數(shù)據(jù)庫，同時軟件以圖表或其他方式顯示自動殺蟲燈的各月殺蟲情況。基于API函數(shù)庫串口數(shù)據(jù)通信軟件設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

3.2 編寫串口通信通用類

基于API函數(shù)庫的串口數(shù)據(jù)通信軟件采用VS2012集成開發(fā)環(huán)境，存儲數(shù)據(jù)庫采用Access 2013。在程序設(shè)計(jì)時首先設(shè)計(jì)串口數(shù)據(jù)通信通用類，旨在充分發(fā)揮面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的優(yōu)勢，提高程序的通用性和可移植性，以便實(shí)現(xiàn)串口通信接收文件的建立、打開串口和數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)換。重要通用類方法的關(guān)鍵代碼如下：

(1)引入DLLImport屬性類。

[DllImport("kernel32.dll")]

Private atatic extern int CreaFile(

string sfnd //定義串口名稱

uint dwDesiredAccess //將串口的訪問方式設(shè)置為可讀可寫

int dwShareMode,lpSecurityAttributes,dwcd,dwFlagsAnd Attributes,hTemplateFile);

其中DllImport是System.Runtime.InteropServices名稱空間下的屬性類，用來提供從非托管DLL導(dǎo)出函數(shù)的必要調(diào)用信息。上述代碼導(dǎo)出函數(shù)CreateFile創(chuàng)建文件的調(diào)用信息，其中sfnd表示串口的名稱，dwDesiredAccess設(shè)置串口的訪問方式，DwShareMode指定串口的共享模式(0表示不共享)，lpSecurityAttributes設(shè)置串口的安全屬性，dwcd設(shè)置串口的創(chuàng)建方式，dwFlagsAndAttributes設(shè)置串口屬性和標(biāo)志，hTemplateFile表示文件模板(串口通訊只能設(shè)置為0)。

圖1 基于API函數(shù)庫串口數(shù)據(jù)通信軟件設(shè)計(jì)流程

(2)打開串口方法。

打開串口方法名為open，實(shí)現(xiàn)過程是首先建立串口參數(shù)屬性及標(biāo)志設(shè)置結(jié)構(gòu)體變量dcbCommPort和超時結(jié)構(gòu)體變量ctoCommPort，然后調(diào)用外部方法CreateFile建立串口文件打開串口，如果返回的句柄無效，則提示錯誤信息，否則設(shè)置通信超時時間，調(diào)用外部方法GetCommState方法取得串口狀態(tài)參數(shù)，最后調(diào)用SetCommState方法設(shè)置串口參數(shù)，如果出現(xiàn)錯誤，則拋出異常，否則設(shè)置串口狀態(tài)為打開[13]。關(guān)鍵代碼如下：

…………

DCB dcbcp=new DCB();

COMMTIMEOUTS ctocp=new COMMTIMEOUTS();

hc=CreateFile(PortNum, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,0,0,OPEN_EXISTING,0,0);

if(hc==INVALID_HANDLE_VALUE)

{throw (new ApplicationException("系統(tǒng)提示，無法打開串行端口！"));}

GetCommTimeouts(hComm, ref ctoCommPort);

SetCommTimeouts(hComm, ref ctoCommPort);

GetCommState(hComm, ref dcbCommPort);

…………

if(!SetCommState(hc, ref dcp)) //設(shè)置串口參數(shù)

{throw (new ApplicationException("系統(tǒng)提示，無法打開串行端口！")); }

Opened = true;

(3)數(shù)據(jù)接收方法。

數(shù)據(jù)接收方法主要實(shí)現(xiàn)從串行口中接收數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)過程是首先定義緩沖區(qū)字節(jié)變量數(shù)組，判斷句柄是否有效，如果返回句柄有效則調(diào)用ReadFile外部方法從串口的緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)，然后使用數(shù)組復(fù)制的Copy方法將讀取的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)復(fù)制到OutBytes數(shù)組并返回，如果返回句柄無效則拋出異常錯誤。

(4)關(guān)閉串口方法。

處理代碼判斷hComm是否為無效的句柄，如果是有效的句柄，執(zhí)行CloseHandle方法關(guān)閉串行口。

if (hc!=INVALID_HANDLE_VALUE) {CloseHandle(hComm);}

3.3 基于API函數(shù)庫串口數(shù)據(jù)通信分析軟件功能的實(shí)現(xiàn)

串口數(shù)據(jù)通信分析軟件的功能主要有串口參數(shù)設(shè)置、打開串口、接收數(shù)據(jù)并存儲文件，具體實(shí)現(xiàn)如下：

3.3.1 打開和關(guān)閉串口功能的實(shí)現(xiàn)

串口數(shù)據(jù)通信在接收數(shù)據(jù)前首先要打開串口，在程序設(shè)計(jì)的主窗體上添加“打開/關(guān)閉”按鈕，用于打開或關(guān)閉串口?！按蜷_/關(guān)閉”按鈕的代碼事件主要包括按鈕的Click單擊事件和打開串口的方法OpenComPort，在窗體級聲明串口通信通用類對象_myserialPort，進(jìn)行串口的打開、關(guān)閉、接收數(shù)據(jù)?！按蜷_/關(guān)閉”串口的Click單擊事件的處理代碼根據(jù)按鈕標(biāo)題判斷是打開還是關(guān)閉串口，根據(jù)標(biāo)題的不同分別調(diào)用不同的代碼進(jìn)行串口打開或關(guān)閉。關(guān)鍵代碼如下：

private static Com_IO serialPort1=new Com_IO();

private void btcom1_Click(object sender, EventArgs e)

{if (btcom1.Text== "關(guān)閉")

{serialPort1.Close();

btcom1.Text="打開";

return;}

serialPort1.PortNum=com_port.Text;

serialPort1.BaudRate=int.Parse(BaudRate.Text);

serialPort1.ByteSize=Convert.ToByte(ByteSize.Text);

…………

}

3.3.2 接收數(shù)據(jù)并存儲功能的實(shí)現(xiàn)

程序執(zhí)行時單擊主窗體上的“接收數(shù)據(jù)”按鈕，系統(tǒng)自動將Tick1定時器控件設(shè)置為工作狀態(tài)，并根據(jù)控制設(shè)置的時間間隔自動調(diào)用Tick事件，Tick事件判斷串口的狀態(tài)，如果串口處于打開狀態(tài)，則調(diào)用通用類的讀取數(shù)據(jù)方法接收數(shù)據(jù)，如果串口處于關(guān)閉狀態(tài)，則給出提示信息。如果接收數(shù)據(jù)成功，則進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并存儲到數(shù)據(jù)庫中。關(guān)鍵代碼如下：

…………

byte[] text1=serialPort1.Read(40);//調(diào)用Read方法從串口讀取數(shù)據(jù)

tbcon1.Text=BitConverter.ToString(context);//數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換

string string1=tbcon1.Text;

string[] Arr1=string1.Split('-');

string string1="";

foreach (string i in Arr1)//將接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串

string1=string1+i.ToString();

if (string1=="")

{MessageBox.Show("接收數(shù)據(jù)為空！", "分析系統(tǒng)提示", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Warning);

return;

}

int lenage=string1.Length;

inta1=0;

string string2="";

for (a1=0;a1

{string2=string2+string1.Substring(a1,4)+",";}

string2=string2.Substring(0, 19);

string[] Arr2=Regex.Split(string2, ",", RegexOptions.IgnoreCase);

string[] da=new string[4];

int l=0;

foreach (string str_array in sArray1)

{

int b=Convert.ToInt32(Convert.ToInt32(str_array, 16));

da[l]=b.ToString();

l=l+1;

}

…………//向數(shù)據(jù)庫中添加獲取的數(shù)據(jù)，代碼略

4 結(jié)束語

應(yīng)用VS2012集成開發(fā)工具通過調(diào)用API函數(shù)庫中的串口數(shù)據(jù)通信函數(shù)設(shè)計(jì)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)蔬菜大棚殺蟲燈數(shù)據(jù)采集應(yīng)用系統(tǒng)。通過系統(tǒng)的設(shè)計(jì)得出，調(diào)用API庫通信函數(shù)實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)通信，由于涉及的硬件較少，傳輸速度較快，適用于要求通信質(zhì)量和遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信需求，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。