基于串口通信的控制系統設計

李志偉　姚江敏

摘 要：串口通信是計算機應用中最常用的通信方式之一。針對常用的系統控制和數據傳輸問題，研究了VB環境下通信連接和信號控制的基本原理，提出了利用單向信號傳輸，通過MSComm控件實現計算機系統控制的設計思想。實踐應用表明，軟件控制穩定、可靠，具有很強的擴展應用價值。

關鍵詞：串口通信；計算機系統控制；MSComm控件；單向信號

中圖分類號：TP274.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.102

在數據通信中，計算機系統之間的相互控制是計算機應用的常見方式之一。雖然現代網絡技術、接口技術的飛速發展為數據通信提供了更加快捷、便利的途徑，但是，由于串口通信具有硬件成本低、協議透明、編程簡單等優點，所以，在計算機通信，尤其是數據采集、監視及控制等領域，仍然具有很大的應用潛力。

1 VB環境下的串口通信

1.1 串口通信

在VB環境中，利用串口可以實現計算機設備之間的相互通信。通常情況下，主要有2種通信方式：①利用Windows提供的API函數；②利用VB提供的MSComm控件。雖然前者實現方法簡單，但設計過程相對復雜，工作量比較大，對程序員有較高的要求。盡管后者實現過程比較復雜，但由于微軟對其處理過程進行了封裝，并向用戶提供了方便的接口，因此，使用操作比較簡單，只需簡單地嵌入就能完成復雜的串口通信任務，設計工作量比較小，效率較高，是程序設計比較理想的方法。

1.2 MSComm控件

MSComm是一種串行通信控件，它提供事件驅動和檢查CommEvent屬性兩種處理通信的方式。在VB 6.0系統中，通過部件設置可以將該控件添加到工具箱中，以便在設計界面中引用，通過屬性設置和操作實現串口數據的發送和接收。

在數據傳輸和控制應用中，MSComm控件常用的屬性有以下幾點：①CommPort，設置并返回通信端口號；②Settings， 以字符串的形式設置并返回波特率、奇偶校驗、數據位和停止位；③PortOpen，設置并返回通信端口的狀態——打開或關閉；④Input，從接收緩沖區返回并刪除字符；⑤Output，向傳輸緩沖區寫一個字符串。

2 串口通信的信號連接

在臺式計算機后部面板上，通常有一兩個串行通信接口，其外部形狀為梯形公插頭結構，根據插針的數量可以分為25針和9針2種。前者多見于早期的AT架構計算機。目前，ATX架構計算機的串口均采用9針接口，其結構如圖1所示。

9針串口各引腳的功能分別為：載波檢測（DCD）、接收數據（RXD）、發送數據（TXD）、數據終端準備好（DTR）、信號地（GND）、數據準備好（DSR）、發送請求（RTS）、發送清除（CTS）、振鈴指示（RI）。

通常情況下，在計算機之間進行一般的數據傳輸時，如果沒有特別要求，只要正確連接2，3，5引腳便可。其連接方法是：2臺計算機對應串口的2，3引腳相互交叉，5引腳直接連通，具體如圖2所示。

3 控制系統設計

3.1 設計方法

在設計控制系統時，可以通過串口實現計算機之間的相互控制，其具體方法是：①從市場上購買一對如圖1所示的9針串口梯形母插頭，按照圖2所示的連接方法用信號線連接2個插頭；②選擇2臺需要互聯的計算機的空閑串口，用做好的串口連線連接；③選擇其中一臺計算機作為主控機，另一臺作為被控機；④在主控機上安裝并運行主控程序，選擇連接的串行端口，由對應的串口向被控機發送控制指令；⑤在被控機上安裝并運行被控程序，選擇連接的串行端口，經由對應的串口等待并接收來自主控機的控制指令；⑥當被控機串口接收到主控機發來的控制指令后，根據預設的指令功能執行控制操作，實現系統控制。

3.2 主控端程序設計

假設需要通過主控機對被控機完成下列3項控制功能：打開媒體播放器、打開記事本、關閉計算機，則主控機的控制指令可以通過2臺計算機的串口實現傳遞。因此，要先通過用戶界面選擇所使用的串行端口號，設計界面如圖3所示。

為了實現串行通信的數據傳輸和端口控制，程序設計時需要在界面中添加一個MSComm控件，通過界面選擇通信用“串口號”，通過“打開串口”按鈕，打開對應的串行端口。設MSComm控件的實例名為MSComm1，選擇的串口號為1，則相應的設置語句為：MSComm1.CommPort=1，MSComm1.PortOpen = True.

在圖3所示的樣例中，如果要“打開媒體播放器”，則點擊相應的按鈕，通過執行下列語句便可實現控制指令由主控機向被控機的發送：MSComm1.Output = "MediaPlayer".

3.3 被控端程序設計

被控端程序與主控端程序一樣，運行時也要通過MSComm控件對端口進行初始化操作——選擇端口、打開端口，然后定時檢測對應串口的工作狀態。

為了實現對端口狀態的檢測，需要增加一個定時器控件，定時檢測相應串口是否有新的數據到達，以便及時處理。定時時間可根據用戶需要設置。

設程序中添加的定時器控件實例名為Timer1，則相應的被控程序部分代碼如下：

Private Sub Timer1_Timer（）

Dim Input_Data As String

Input_Data = Trim（MSComm1.Input）

Select Case Input_Data

Case "MediaPlayer"

Shell " C：＼Program Files＼Windows Media Player＼wmplayer. exe"， vbNormalNoFocus

……

Case Else

Exit Sub

End Select

End Sub

在該程序運行的過程中，當接收到來自串口的一組數據時，系統便自動分析判斷。如果是一條預設的控制指令，則執行對應的功能，否則不予處理。在本例中，如果接收到的是一個字符串“MediaPlayer”，則程序通過shell語句直接調用，并執行本機中的wmplayer.exe程序，打開媒體播放器。

3.4 控制測試

按照上述方法，用串行線連接好主控計算機和被控計算機相應的串口1端口，打開2臺計算機，在主控計算機上運行測試程序，進入圖3所示的控制界面，點擊“打開串口”按鈕。此時，便建立了2臺計算機的通信連接。然后點擊“打開媒體播放器”按鈕，此時，在被控計算機上便可自動播放Windows系統自帶的媒體播放程序。同樣，在圖3界面中點擊“打開記事本”按鈕，也可以迅速控制被控計算機運行記事本程序，實現預期的控制效果。

多次試驗表明，該程序運行穩定、可靠，在遠程控制系統設計中既簡單又實用，具有較高的應用價值。

3.5 說明

采用串口通信實現計算機控制的關鍵是正確設置串口通信控件MSComm。在具體工作中，需要重點注意以下幾個方面的問題：①根據控制信號的物理連接，正確選擇并打開相應的串行端口。②針對不同的終端設備，采用控件的Settings屬性正確設置數據傳輸的波特率、奇偶校驗、數據位、停止位。在缺省的情況下，控件按默認參數自動設置。③當系統需要通過串口傳輸大量數據時，為了保證在緩沖區過載時數據不會丟失，需要通過控MSComm件的Handshaking屬性設置相應的通信協議（即握手協議），通過控件的OnComm事件捕獲并處理相關的通信事件，檢查設備連接和通信是否正確，確保控制系統的穩定、可靠。此時，圖2所示連接的串行線已經不能滿足需要，還需要正確連接RTS、CTS、DSR、DTR等信號線。

4 結束語

由此實例可知，利用串口通信的數據傳輸功能可以方便地實現計算機之間的系統控制。由于該方法硬件連接簡單，軟件設計靈活，可靠性高，因此，將其應用于工業、家用電器、辦公等自動化和嵌入式應用中，可以快速實現數據采集和設備控制，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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作者簡介：李志偉（1964—），男，河南宜陽人，副教授，CCF高級會員，主要研究方向為計算機及其在航空武器裝備中的應用。

〔編輯：白潔〕