C＃下串口通信編程的開發和擴展

朱英翔，朱福民，劉炎鳴

(上海海事大學 物流工程學院，上海201306)

在工業現場進行作業和實驗時，需要對一些工業設備的狀態進行監測。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#編程已經幫助企業解決了很多工業問題，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也封裝了串口收發的模塊，這易于實現串口數據采集和處理。這里運用C#創建Windows窗體應用程序，首先在窗體加載時觸發串口的讀取功能，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，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串進行分析判斷，這里需要運用C#的控制流來分析字節串的內容，分離出自己需要的字節，再對應各種傳感器的信號值與實際監測值的關系單位化后得到實際的工業信息。為了能建立操作指導控制系統[4]，方便監測人員更加直觀地觀測工業設備的狀態變化，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報警音樂。使用PC自帶的揚聲器發出警報聲。

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開發編程，在PC上就能實現串口數據的采集記錄。

一般地，C#開發人員會優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控件觸發創建新的Excel文檔，這樣即執行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勢，它簡化了開發負擔，簡化了設備。便于一般工程系統的數據采集和處理。

[1]童長飛.C8051F系列單片機開發與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.