王 剛（天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，300350）

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基于.net的串口示波器開發(fā)

王 剛
（天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，300350）

摘要：本文用.net中的SerialPort和Chart控件實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡單的串口示波器，它能夠把嵌入式系統(tǒng)采集并通過串口發(fā)送來的數(shù)據(jù)，以波形圖的形式繪制在窗口界面上并實(shí)時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡單的上位機(jī)監(jiān)控程序。

關(guān)鍵詞：串口通信；SerialPort；Chart；示波器

0 引言

在工業(yè)控制，智能家居以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等領(lǐng)域，使用PC機(jī)或移動設(shè)備對傳感器、單片機(jī)采集發(fā)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、顯示、存儲甚至統(tǒng)計(jì)分析是一種常用的應(yīng)用形式。

受到成本，體積以及能耗的限制，負(fù)責(zé)采集發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備，一般不是傳統(tǒng)意義的電腦而是各種類型的嵌入式系統(tǒng)。使用網(wǎng)絡(luò)、WIFI、藍(lán)牙等形式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸成本較高，所以大多數(shù)情況下，人們會選擇串口通信作為嵌入式系統(tǒng)和上位機(jī)通信的方式，串口是單片機(jī)普遍支持的通信方式，可以直接和PC機(jī)的串口或通過轉(zhuǎn)換器和USB口連接（不同設(shè)備的串口規(guī)格不一樣比如RS232，RS422等，需要的USB串口轉(zhuǎn)換器也不同），如果需要無線傳輸，還可以在收發(fā)雙方使用無線串口模塊，在不改變兩端程序的情況下實(shí)現(xiàn)無線傳輸。

本文以最簡單的單通道串口示波器為例，其運(yùn)行效果如下：

圖1 上位機(jī)執(zhí)行效果圖

1 數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送

本文使用Arduino作為嵌入式系統(tǒng)的核心，在Arduino中模擬了一個(gè)循環(huán)生成的正弦波形狀的數(shù)據(jù)，Arduino以一定的時(shí)間間隔通過串口發(fā)出一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，程序代碼如下圖2：

Arduino可以把數(shù)據(jù)以二進(jìn)制（使用Serial.write（） 命令）或者字符串（使用Serial.print（）命令）的形式發(fā)送到串口，如果采集來的數(shù)據(jù)可以用整型描述就采用二進(jìn)制形式發(fā)送，處理比較簡單，如果是浮點(diǎn)數(shù)比如溫度、電壓、氣體濃度等，可以以ASCII碼的方式發(fā)送到串口，默認(rèn)浮點(diǎn)數(shù)小數(shù)點(diǎn)后保留兩位，上位機(jī)確認(rèn)數(shù)據(jù)的長度并把字符型轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)型就可以使用了。

2 上位機(jī)接收串口數(shù)據(jù)

Windows系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)收發(fā)有三種實(shí)現(xiàn)方式：（1）MFC里利用MSCOMM控件（2）利用WINAPI函數(shù)（3）.NET2.0以后可以使用SerialPort類。

目前第三種是最常用的方式，更為簡便，而且利用.net框架中的控件，可以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的功能。SerialPort類的屬性主要包括： 串口名，波特率，數(shù)據(jù)位，停止位和奇偶校驗(yàn) 。SerialPort類的事件中的DataReceived方法用于異步接收串口數(shù)據(jù)事件，下圖3是串口初始化和數(shù)據(jù)接收主要代碼。

從 SerialPort 對象接收數(shù)據(jù)時(shí)，會在輔助線程上引發(fā)DataReceived 事件。由于此事件在輔助線程而非主線程上引發(fā)，修改主線程中的元素會引發(fā)異常，要將輔助線程中所讀到的數(shù)據(jù)顯示到主線程的Form控件上時(shí)，只有通過Invoke方法來實(shí)現(xiàn)。

3 使用Chart類繪制動態(tài)波形圖

.net中的Chart控件功能強(qiáng)大，使用靈活，一個(gè)Chart可以繪制多個(gè)繪圖區(qū)域（ChartArea），多個(gè)ChartArea可以疊加在一起，每個(gè)ChartArea又可以繪制多條Series。series是在ChartAarea上的數(shù)據(jù)描述形式，它可以是線、點(diǎn)、柱或者餅圖等。

chart的屬性很多，支持從數(shù)據(jù)庫到數(shù)組等多種數(shù)據(jù)來源，作為示波器，我們選擇線圖的方式。首先在設(shè)計(jì)視圖中打開“工具

圖3

圖4

箱”，在“數(shù)據(jù)”類別中選擇圖表控件（Chart）拖到設(shè)計(jì)區(qū)域。然后在窗口類中創(chuàng)建一個(gè)Series對象，并用如下語句在構(gòu)造函數(shù)中初始化series對象：

series.ChartType = SeriesChartType.Spline； // Spline是利用數(shù)據(jù)生成平滑曲線的屬性

series.Name = "電壓"； //圖例，若在一個(gè)界面上繪制多條曲線，可以對其進(jìn)行標(biāo)識

this.myChart.Series.Add（series）；

最后定義array_show（）方法用于把串口傳來的浮點(diǎn)數(shù)作為數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制到ChartArea中去。

在上面的程序中（如圖4），每收到一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，就添加到圖表中，當(dāng)達(dá)到180個(gè)的時(shí)候，則移除數(shù)據(jù)點(diǎn)在序列中索引為0的點(diǎn)，也就是第一個(gè)點(diǎn)，那么圖中將始終只保留最后收到的180個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，最后兩條語句是在圖表中顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)的編號。

本文只繪制了一條數(shù)據(jù)線，如果需要可以繪制多條曲線在一個(gè)或多個(gè)繪圖區(qū)域中以描述多種數(shù)據(jù)，比如使用姿態(tài)傳感器的開發(fā)和測試，每個(gè)時(shí)刻傳感器可以送出9個(gè)甚至更多數(shù)據(jù)，圖形化的串口示波器比大段文本數(shù)據(jù)顯示方式要直觀高效的多。而對于快速變化或者長時(shí)間接收的大量數(shù)據(jù)，還可以把其存儲在Access之類的數(shù)據(jù)庫中，然后利用Chart類讀取指定區(qū)間的數(shù)據(jù)，這樣就可以對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、分析了。

作者簡介

王剛 男 民族：漢 出生年月：1978.06 籍貫：天津 職稱：講師學(xué)歷：碩士研究生 研究方向：軟件工程與嵌入式開發(fā)。

Development of serial port oscilloscope based on.Net

Wang Gang
（Tianjin Sino-German University of Applied Sciences，300350）

Abstract：In this paper， with the. Net framework serialport and chart control realized a simple serial oscilloscope，it can the acquisition embedded system and through the serial port to send data，waveform drawing in the window interface and real-time updates，realize a simple PC monitoring program.

Keywords：serial communication；SerialPort；Chart；oscilloscope