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        C#下串口通信編程的開發(fā)和擴展

        2014-07-25 07:44:58朱英翔朱福民劉炎鳴
        網絡安全與數據管理 2014年6期
        關鍵詞:折線圖柱狀圖控件

        朱英翔,朱福民,劉炎鳴

        (上海海事大學 物流工程學院,上海201306)

        在工業(yè)現場進行作業(yè)和實驗時,需要對一些工業(yè)設備的狀態(tài)進行監(jiān)測。為了方便快速搭建檢測平臺、達到靈活操作的目的,可以采用帶微控制器的傳感器采集所需要的狀態(tài)信息,通過串口直接把這些信息傳送給個人電腦,然后在電腦上編程接收處理數據。

        目前,大多數微控制器芯片(如8051系列單片機)都支持串口的輸入輸出[1-2],本文研究使用個人電腦外接USB轉串口線來接收信息,通過C#編程,運用電腦做上位機來完成采集分析記錄工作。近年來,C#編程已經幫助企業(yè)解決了很多工業(yè)問題,同時在串口通信領域也有很好的應用前景。

        1 Visual Studio數據串口通信

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

        C#是一種強勁的編程語言[3],且 Visual Studio也封裝了串口收發(fā)的模塊,這易于實現串口數據采集和處理。這里運用C#創(chuàng)建Windows窗體應用程序,首先在窗體加載時觸發(fā)串口的讀取功能,遍歷電腦的每一個串口。在窗體應用程序的combobox預設一系列與串口通信有關的參數,根據所連接的單片機來預先選擇正確的參數,通過Button的click屬性來讀取這些參數打開新的串口連接。隨后串口數據送入電腦虛擬的緩存區(qū),完成數據讀取工作。

        2 數據的圖表顯示

        在接收到串口數據之后,還要對串口讀入的字節(jié)串進行分析判斷,這里需要運用C#的控制流來分析字節(jié)串的內容,分離出自己需要的字節(jié),再對應各種傳感器的信號值與實際監(jiān)測值的關系單位化后得到實際的工業(yè)信息。為了能建立操作指導控制系統(tǒng)[4],方便監(jiān)測人員更加直觀地觀測工業(yè)設備的狀態(tài)變化,本文通過C#編程實現數據圖表的繪制。在Visual Studio中調用其中的graphic類來操作,通過實例化graphic類,采用畫直線的方式建立數據實時的折線圖和柱狀圖。

        (1)折線圖的畫法

        在picturebox控件中,以次數為橫坐標,單位化后的數據為縱坐標不斷生成點,依次畫直線連接前后生成的兩點,待畫滿圖框后自動清屏,實現數據的折線圖顯示。圖1為用該方法記錄某次加速度數據的效果。

        圖1 折線圖演示效果

        (2)柱狀圖的畫法

        在picturebox控件中,以采集數據的序號確立橫坐標,單位化后的數據為縱坐標,采取在該坐標點至picturebox底部畫粗線,該點至picturebox頂部畫與picturebox背景色相同的粗線的方式來刷新柱狀圖數據。這種圖像化的顯示可以為工業(yè)現場進行直觀、多維的指導操作。圖2為用該方法畫某次加速度數據的效果。

        圖2 柱狀圖演示效果

        3 數據報警

        一般地,采集的數據值都有一個安全范圍,超出了安全范圍就會不利于設備的正常使用,所以要采取報警機制來提醒現場人員。這里通過Visual Studio自帶的控件——聲音控件,用if語句判斷,如果在數據值設定的閾值范圍外就觸發(fā)報警音樂。使用PC自帶的揚聲器發(fā)出警報聲。

        4 數據采集記錄

        數據的采集和記錄是分析數據必不可少的過程。通過串口采集來的數據,往往刷新率不會很高,最大的波特率為115 200。正因為這樣,使用Visual Studio開發(fā)編程,在PC上就能實現串口數據的采集記錄。

        一般地,C#開發(fā)人員會優(yōu)先想到使用文件流來導出數據,但是為了數據查看簡便,還有利于將來分析,本文采用連接office辦公自動化軟件中的 Excel[5],因為Excel表格直觀,且后續(xù)有分析計算的功能。在Visual Studio 2010.net框架下C#編程是完全可以來自動化Excel 2007表格。

        首先要在項目中添加引用Microsoft Excel 12.0 object library,這樣就可以調出Excel類。

        在程序開啟時就加載Excel應用,創(chuàng)建配置Excel選項:

        利用C#的try…catch語句預先在讀取數據的代碼段中設立好向Excel單元格內填數據的語句。當需要記錄時通過button控件觸發(fā)創(chuàng)建新的Excel文檔,這樣即執(zhí)行try{}中的語句往單元格記錄數據:

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

        通過簡單設置名為excel和save的兩個button控件就可實現建立Excel表格填充數據和觸發(fā)保存Excel文檔的功能。圖3是某次加速度數據采集時生成的Excel文檔。

        圖3 C#串口采集生成的Excel 2007文檔

        利用開發(fā)效率高的Visual Studio來編寫上位機程序,在串口數據采集處理方面有著很好的優(yōu)勢,它簡化了開發(fā)負擔,簡化了設備。便于一般工程系統(tǒng)的數據采集和處理。

        [1]童長飛.C8051F系列單片機開發(fā)與C語言編程[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005.

        [2]張毅剛,彭喜元.單片機原理及接口技術[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:中國電力出版社,2010.

        [4]潘新民,王燕芳.微型計算機控制技術[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.

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