開關信號串口采集系統(tǒng)設計

張意愷

（西安交通大學 陜西省西安市 710049）

1 前言

本系統(tǒng)一共包含三個模塊：PC 主控系統(tǒng)、RS232 四進四出控制模塊、后端MySQL 數(shù)據(jù)庫。實現(xiàn)的主要功能：通過串口，PC主控系統(tǒng)對外部控制器的4 個輸入開關信號進行讀入，并根據(jù)設定的規(guī)則進行4 路開關信號的輸出控制。

PC 主控系統(tǒng)基于Visual Studio 2012 中的面向對象設計，界面的設計上采用MFC Dialog 類。Dialog 類的模態(tài)窗口給開發(fā)帶來了極大的便利，其中大量控件在開發(fā)過程中能更好、更便捷地實現(xiàn)界面功能，大大減少界面可視化上的時間，從而可把主要精力放在核心的控制邏輯的實現(xiàn)上，同時又帶給使用者良好的互動體驗。

本系統(tǒng)中的四進四出控制模塊可連接不同類型外部設備，實現(xiàn)不同控制效果，四個輸入可以手動或自動觸發(fā)。為確保整個操作過程可追溯，系統(tǒng)自動記錄所有的操作日志，并寫入到數(shù)據(jù)庫中，通過標準化的SQL 查詢語句，可實現(xiàn)按照日期或通道號查詢，從而快速排除問題。

2 串口通信

2.1 PC上位機與模塊通信連接

系統(tǒng)控制模塊與電腦之間的通過RS232 通信接口連接，采用db9 標準。

2.2 串口通信

串口通信（Serial Communications）應用范圍廣泛、價格便宜、編程容易并且可以比其它接口使用更長的傳輸距離。一般使用3 根線就可通信，即地線、發(fā)送、接收。串口通信是異步方式，能夠在發(fā)送數(shù)據(jù)同時接收數(shù)據(jù)。

串口通信主要參數(shù)為波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。兩個進行通信的設備，相關參數(shù)必須一致。常用的通信為：9600，8個數(shù)據(jù)位，1 個停止位，沒有檢驗位。

3 系統(tǒng)框架

見圖1。

4 系統(tǒng)模塊

4.1 RS232開關信號采集

系統(tǒng)使用RS232 控制模塊進行信號采集，選用無源輸入型，其包含四個繼電器輸出和四個光電隔離開關輸入。

每個繼電器引出三個接線端子，分別是 NO（常開端）、COM（公共端）、NC（常閉端）。繼電器斷開時，COM 與 NC 相通，COM 與 NO 斷開。 繼電器吸合狀態(tài)時：COM 與 NO 相通，COM 與 NC 斷開。

4.2 PC主控系統(tǒng)設計實現(xiàn)

控制端在Visual Studio 2015 環(huán)境下開發(fā)，基于面向對象設計。各類功能的實現(xiàn)主要通過MFC 程序的對話框編輯控件以及相關函數(shù)實現(xiàn)。

圖1：系統(tǒng)框架

圖2

系統(tǒng)主要包括chuankou.h,chuankouDlg.h,Rsource.h,stdafx.h, targetver.h 以及對應的.cpp 文件。

chuankouDlg.h 及對應cpp 文件實現(xiàn)主界面。在主界面中對整個系統(tǒng)進行操控。

cs.h 和對應cpp 文件實現(xiàn)參數(shù)選擇界面。在參數(shù)選擇界面中對串口通信的參數(shù)進行選擇。

mscomm1.h 和對應cpp 文件為串口控件對應文件，是添加串口控件時系統(tǒng)生成，包含了打開串口關閉串口等串口相關函數(shù)。

para.h 和對應cpp 文件為串口參數(shù)文件。在主界面和參數(shù)選擇界面之間傳遞串口參數(shù)。

此外工程中還包括了使用MySql 數(shù)據(jù)庫所需要的資源文件。

系統(tǒng)運行效果如圖2。

4.2.1 主要功能設計

4.2.1.1 系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)主要包含：串口控制，繼電器輸出控制，信號輸入控制，數(shù)據(jù)查詢4 個主要功能。啟動控制平臺后，首先進行系統(tǒng)初始化：界面的顯示元素初始化，包括各個控件，圖標，靜態(tài)文字；隨后讀取參數(shù)配置文件config,ini 中的數(shù)據(jù)庫相關參數(shù)，包括IP 地址、用戶名、密碼、數(shù)據(jù)庫名，調用函數(shù)連接數(shù)據(jù)庫。如果連接失敗，則彈出消息框提示使用者；如果成功，則繼續(xù)運行，讀取config.ini文件中的串口通信參數(shù)，存入在para.h 中定義的四個串口通信參數(shù)中，并打開串口，如果讀取失敗，則彈出消息框提示使用者選擇串口通信參數(shù)再打開串口。待打開串口成功后便可操控系統(tǒng)。

4.2.1.2 串口控制

在使用系統(tǒng)之前需要打開串口與控制模塊成功連接。串口控制區(qū)有一個Combo Box（下拉菜單）控件，三個Button（按鈕）控件。下拉菜單控件選擇端口號。三個按鈕控件功能分別是調出串口參數(shù)選擇界面、打開串口、關閉串口。

（1）“打開串口”按鈕。當按鈕按下，進入響應函數(shù)準備打開串口。首先判斷串口狀態(tài)，若異常打開則關閉。然后讀取使用者所選擇端口號，建立Combo Box（下拉菜單）控件的對象，調用GetCurSel()讀取選項編號，由于下拉菜單控件的選項編號從0 開始，所以實際端口號為控件自身編號加一。接著設置串口緩沖區(qū)、讀寫方式、相關參數(shù)，打開串口，打開失敗或成功都將在消息框中提示。打開成功后將當前串口4 參數(shù)(波特率,檢驗位,數(shù)據(jù)位,停止位)記錄至config.ini 中更新數(shù)據(jù)。

（2）關閉串口。當需要對系統(tǒng)進行特殊操作，比如控制模塊與其他設備的連接等，此時我們不希望關閉控制臺，但是需要關閉串口以避免出錯，所以設置單獨關閉串口按鈕，在關閉串口的同時，也會關閉只有在串口開啟下才運行的進程，比如讀取入開關輸量定時器避免程序跑飛。關閉后會通過消息框提示串口已經關閉。

4.2.1.3 繼電器輸出控制

繼電器輸出控制有四組控件，每一組控件包含一個顯示繼電器狀態(tài)的控件和一個控制繼電器的按鈕控件。每一組控件對應一個繼電器。由于四組控件地位平等，并且代碼上也僅有編號差別，下面僅對一組（第一組）進行說明。

控件有兩個顯示狀態(tài)，黑色表示繼電器狀態(tài)是斷開，紅色表示閉合。為與按鈕控件進行聯(lián)動 ，創(chuàng)建一個控件的對象。

按鈕控件控制繼電器的狀態(tài)。初始化時，默認控件為黑色（斷開狀態(tài)），按鈕上文字顯示為“k1 閉合”即按下按鈕后k1 閉合。當按下按鈕時，控件顯示切換為紅色，同時按鈕文字顯示切換為“k1斷開”即再次按下按鈕后k1 斷開，同時，根據(jù)通訊協(xié)議R20 向控制模塊發(fā)送k1 閉合的命令。成功后調用函數(shù)讀取系統(tǒng)時間信息，將日期時間和k1 閉合的信息組合作為一條數(shù)據(jù)，調用自定義的函數(shù)insertmysqlout 插入到數(shù)據(jù)庫com 的comlog 表格中。再次按下按鈕時，控件顯示切換為黑色，同時按鈕文字顯示切換為“k1 閉合”即再次按下按鈕后k1 閉合，同時，根據(jù)通訊協(xié)議R20 向控制模塊發(fā)送k1 斷開的命令。成功后調用函數(shù)讀取系統(tǒng)時間信息，將日期時間和k1 斷開的信息作為一條數(shù)據(jù)，記錄到數(shù)據(jù)庫com 的comlog表格中。

4.2.1.4 信號輸入控制

信號輸入控制包含四個控件，一個Check Box（復選框），一個按鈕控件。四個控件用來顯示四個開關輸入狀態(tài)，黑色表示無信號輸入，紅色表示有信號輸入。按鈕每按下一次都會讀取一次輸入狀態(tài)的并根據(jù)輸入狀態(tài)改變控件的顯示。復選框只有在串口打開的狀態(tài)下才可以使用。復選框被選中時，按鈕變?yōu)榛疑珶o法使用，并且設定一個定時器，每250ms 出發(fā)一次定時器事件，讀取一次輸入狀態(tài)并根據(jù)輸入狀態(tài)改變控件的顯示。

讀取輸入狀態(tài)的過程：

在按鈕事件和復選框事件中根據(jù)R20 通訊協(xié)議向控制模塊發(fā)送獲取輸入狀態(tài)的命令，控制模塊將輸入通道的狀態(tài)用一串16 進制代碼返回，并且暫存在接收緩存區(qū)中。由于返回時是將代碼按字節(jié)傳回，所以要使返回結果包含所有通道的輸入狀態(tài)，在打開串口前設置參數(shù)時緩存區(qū)進行如下設置“m_mscomm.put_RThreshold(6)”(m_mscomm 為串口控件對象)，當接收緩存區(qū)有6及6 個以上的字節(jié)時，會觸發(fā)串口控件事件。這樣可以一次獲得四個通道的狀態(tài)。

在串口控件事件中，提取接收緩存區(qū)內容并且將其拼接為最終返回結果，根據(jù)結果判斷四個通道的輸入狀態(tài)，改變四個控件的顯示(調用min1、min2、min3、min4 四個控件下的函數(shù)加載)，同時讀取系統(tǒng)日期時間，并將日期時間、有輸入的通道合并為一條數(shù)據(jù)調用上文提到的insertmysqlout 函數(shù)插入數(shù)據(jù)庫com 的comlog 表格中。

4.2.1.5 數(shù)據(jù)查詢區(qū)

數(shù)據(jù)查詢區(qū)包括一個日歷控件，一個文本編輯框，一個下拉菜單，兩個按鈕控件。一共有兩種數(shù)據(jù)查詢方式：一是按日期查詢，對應日歷控件和一個查詢按鈕；二是按通道查詢，對應一個下拉菜單和一個查詢按鈕。查詢結果將在本文編輯框中顯示。

查詢過程：調用日歷控件對象或下拉菜單對象下的函數(shù)獲取所選信息，組成CString 型的所要執(zhí)行的sql 語句，再轉化的char 類型調用mysql_query 函數(shù)執(zhí)行以查詢數(shù)據(jù)。

4.2.1.6 參數(shù)選擇界面

參數(shù)選擇界面包含五個下拉菜單以選擇串口參數(shù)分別為波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗位、流控制，使用者選擇參數(shù)，保存至para.h 中對應的參數(shù)中，傳遞給主界面用以打開串口。如果配置文件中已經寫有相關參數(shù)，則會讀取并顯示在下拉菜單中。

4.2.1.7 數(shù)據(jù)庫模塊

本系統(tǒng)中我們使用的是免費的社區(qū)版MySQL 數(shù)據(jù)庫。MySQL是傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

在開發(fā)過程中，使用Navicat Premium 數(shù)據(jù)庫管理工具進行管理，及數(shù)據(jù)庫、表設計、輔助調試。

利用Navicat Premium 創(chuàng)建名為com 的數(shù)據(jù)庫，在其中添加名為comlog 的表。 表結構設計如下：

（1）id：在插入數(shù)據(jù)時自動生成并且設定為自動增長，作為主鍵，用于保證數(shù)據(jù)都不一樣。

（2）cur_date：日期，在程序中獲得。

（3）cur_time：時間，在程序中獲得。

（4）waynum：通道號。

（5）inorout：輸入或輸出，0 表示輸出（繼電器），1 表示輸入。

（6）operation：當通道為輸出時，繼電器閉合或斷開，1 表示斷開（switch off），0 表示閉合（switch on），可以為空。

（7）isDelete：邏輯刪除標志位，可以對其賦值在篩選來達到邏輯刪除的目的。