基于VC++的制瓶機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)的串口通信

引言

制瓶機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)的基本功能是控制制瓶機(jī)的各個(gè)機(jī)械動(dòng)作，使其按照設(shè)定程序進(jìn)行工作。為了實(shí)現(xiàn)主機(jī)與下位機(jī)之間的控制操作和數(shù)據(jù)管理，需要通過(guò)串口連接具有數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制功能的下位機(jī)，然后由操作員通過(guò)操作上位機(jī)管理軟件將操作命令傳遞給下位機(jī)來(lái)完成各種控制和管理工作，因此，串口通信技術(shù)是制瓶機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

在VC環(huán)境下的制瓶機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)中，對(duì)于PC上位機(jī)的通信程序來(lái)說(shuō)，其串口通信編程方法主要有三種：使用VC++提供的MSComm控件實(shí)現(xiàn)串口通信、基于某個(gè)串口通信C++類(lèi)、基于API的串口通信。對(duì)于簡(jiǎn)單的串行口操作來(lái)說(shuō)，前兩種實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)容易，使用也較方便、控制簡(jiǎn)單。但是，對(duì)于較為復(fù)雜的串行口操作，它則不夠靈活。而基于API的串口編程方法則功能強(qiáng)大，控制手段更為自由靈活，可以編寫(xiě)出高效、功能強(qiáng)大的通信程序。對(duì)下位機(jī)來(lái)說(shuō)，由于存儲(chǔ)量有限，如果要存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)必定會(huì)產(chǎn)生丟失現(xiàn)象，而將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，則可以彌補(bǔ)這個(gè)問(wèn)題。因?yàn)閂C++提供了多種數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)，例如ODBC、OLEDB、ADO等，其中ADO技術(shù)是基于OLEDB的訪問(wèn)接口，它繼承了OLEDB技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)OLEDB的接口作了封裝，且定義了ADO對(duì)象，故可使程序開(kāi)發(fā)得到簡(jiǎn)化，且基于ADO技術(shù)的應(yīng)用程序可以通過(guò)一致的接口來(lái)訪問(wèn)各種各樣的數(shù)據(jù)，同時(shí)也有利于程序的移植和擴(kuò)充。

基于以上分析考慮，筆者重點(diǎn)論述了在VC++下如何使用API函數(shù)和ADO數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，同時(shí)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而完成制瓶機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)的主機(jī)與下位機(jī)間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)操作與顯示的具體方法。

利用WindowsAPI函數(shù)實(shí)現(xiàn)串口通信

在Windows環(huán)境下，串口是系統(tǒng)資源的一部分，當(dāng)數(shù)據(jù)從CPU經(jīng)過(guò)串行端口發(fā)送出去時(shí)，字節(jié)數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)換為串行位；在接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行的位又將被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序要使用串口進(jìn)行通信，就必須在使用之前向操作系統(tǒng)提出資源申請(qǐng)(打開(kāi)串口)，還要設(shè)置通訊的串口地址、波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停止位等相關(guān)配置，通信完成后，還必須釋放資源(關(guān)閉串口)。

打開(kāi)串口

串口通信程序以調(diào)用CreatFile()函數(shù)開(kāi)始，該函數(shù)的返回值是一個(gè)句柄?？稍陔S后的其它端口操作中使用。一旦端口處于打開(kāi)狀態(tài)，就可以自動(dòng)分配一個(gè)發(fā)送／接收緩沖區(qū)，當(dāng)然，也可以通過(guò)調(diào)SetComm()函數(shù)來(lái)改變發(fā)送／接收緩沖區(qū)的大小。

1.2配置串口

串口打開(kāi)成功后。接著應(yīng)進(jìn)行串口的初始化，以配置串口的通信參數(shù)，如波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位、校驗(yàn)位等。修改這些參數(shù)可使用設(shè)備控制塊DCB(Device Control Block)。DCB是個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，有近30個(gè)數(shù)據(jù)成員；但是，對(duì)于采用3線方式的串行通信來(lái)說(shuō)，DCB結(jié)構(gòu)中的大部分參數(shù)可以不用，只需要設(shè)置如波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位、校驗(yàn)位等幾個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)就可以正常工作了。同時(shí)Windows提供有GetCommState()函數(shù)以獲取串行接口的當(dāng)前配置，故可使用SetCommState ()來(lái)重新配置串行接口的各個(gè)參數(shù)。

1.3串口的讀／寫(xiě)操作

通過(guò)程序可以使用Win32API中ReadFile()函數(shù)從串口中讀取數(shù)據(jù)，或使用WriteFile()函數(shù)向串口寫(xiě)入數(shù)據(jù)。如在串行接口通信中發(fā)生錯(cuò)誤(如發(fā)生終端出錯(cuò)、奇偶校驗(yàn)等錯(cuò)誤)，I／O操作將會(huì)終止。此時(shí)，如果程序要進(jìn)一步執(zhí)行串行接口的I／O操作，則必須調(diào)用ClearCommError()函數(shù)來(lái)對(duì)串行接口進(jìn)行恢復(fù)。

ClearCommError ()函數(shù)有兩個(gè)作用：第一是清除錯(cuò)誤條件；第二是確定串行接口通信狀態(tài)。另外，對(duì)于串行接口，系統(tǒng)為其提供有一組通信事件及其相應(yīng)的處理函數(shù)。Windows系統(tǒng)可在進(jìn)程中監(jiān)視發(fā)生在串行接口中的這組事件，因此，應(yīng)用程序在不檢查端口狀態(tài)的情況下就可以知道某些條件何時(shí)發(fā)生。通過(guò)使用這些事件，應(yīng)用程序就無(wú)需為接收字節(jié)而連續(xù)不斷地檢測(cè)端口，從而節(jié)省CPU時(shí)間。

關(guān)閉串口

在程序執(zhí)行完畢后，退回Windows環(huán)境時(shí)，通常應(yīng)關(guān)閉串口，以便其它程序使用。可以利用函數(shù)C10seHandle(Handle hObject)來(lái)停止一切串口的輸入輸出，參數(shù)hObject是CreateFile函數(shù)返回時(shí)，標(biāo)志串口的通信句柄。

2 VC++中的ADO數(shù)據(jù)庫(kù)使用

初始化OLE／COM庫(kù)環(huán)境

創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的MFC AppWizard(exe)應(yīng)用程序后，還要在應(yīng)用程序類(lèi)的InitInstance函數(shù)中初始化OLE／COM庫(kù)(因?yàn)锳DO庫(kù)是一個(gè)COMDLL庫(kù))，其代碼如下：



引入ADO庫(kù)文件

使用ADO前，必須在工程的stdafx．h文件里直接引入符號(hào)#import來(lái)引AADO庫(kù)文件，以使編譯器能正確編譯。其代碼如下：



2.3  利用智能指針進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作

ADO庫(kù)包含有3個(gè)智能指針：_ConnectionPtr、_CommandPtr、_RecordsetPtr。其中_ConnectionPtr通常用來(lái)打開(kāi)、關(guān)閉一個(gè)庫(kù)連接。為進(jìn)行庫(kù)連接，可先創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例指針，再用Open打開(kāi)一個(gè)庫(kù)連接。下面以連接數(shù)據(jù)庫(kù)db．mdb為例來(lái)加以說(shuō)明：

_ConnectionPtr connectPtr；
connectPtr．CreateInstance("ADODB．Connection")；／／創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例指針
connectPtr->Open("Provider=Microsoft.Jet.OLE.DB.4.0；DataSource="db.mdb"，" "，" "，
adModeUnKnown)；／／用Open打開(kāi)一個(gè)庫(kù)連接

_RecordsetPtr通常會(huì)返回一個(gè)記錄集，以提供一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)執(zhí)行返回記錄集的存儲(chǔ)過(guò)程和SQL語(yǔ)句。在使用_CommandPtr接口時(shí)，可以用全局_ConnectionPtr接口，也可以在_CommandPtr接口里直接使用連接串。_RecordsetPtr可以用來(lái)打開(kāi)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)表，并對(duì)表內(nèi)的記錄、字段進(jìn)行操作。也可以先創(chuàng)建一個(gè)指針，再用Open打開(kāi)一個(gè)記錄集，然后對(duì)記錄集內(nèi)的記錄、字段進(jìn)行各種操作，包括添加、刪除、修改等等。

3制瓶機(jī)控制系統(tǒng)的串口通信

制瓶機(jī)控制系統(tǒng)的下位機(jī)由四個(gè)段控板和一個(gè)機(jī)控板組成，段控板的職責(zé)是控制制瓶機(jī)一段的所有動(dòng)作，一般通過(guò)20路輸出驅(qū)動(dòng)20個(gè)電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)；機(jī)控板的職責(zé)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器的狀態(tài)，為其它4個(gè)段控板提供基準(zhǔn)信號(hào)和制瓶機(jī)的狀態(tài)信息。通過(guò)上位機(jī)可設(shè)定不同段控板的電磁閥開(kāi)閉值和產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)所需要設(shè)定的值。制瓶機(jī)控制不同產(chǎn)品所對(duì)應(yīng)的設(shè)定值也不相同。為了確保下位機(jī)運(yùn)作的準(zhǔn)確性，往往需要監(jiān)控下位機(jī)當(dāng)前狀態(tài)和控制下位機(jī)不同段控板的單個(gè)電磁閥的起停。本系統(tǒng)的段控和機(jī)控板的主控芯片選用PIC24FJ64GA008，而上位機(jī)與下位機(jī)之間的通訊則遵循RS-232協(xié)議。

3.1  獨(dú)立串口通信類(lèi)的創(chuàng)建

創(chuàng)建獨(dú)立的串口通信類(lèi)的方法主要是在應(yīng)用程序框架下，點(diǎn)擊主菜單中的insert菜單下的NewClass項(xiàng)，并在彈出的對(duì)話框中的Class type中選擇Generic Class。這是一種建立沒(méi)有繼承的類(lèi)的方法。創(chuàng)建獨(dú)立的串口通信類(lèi)對(duì)串口操作的封裝可以很好地實(shí)現(xiàn)各種自定義通信協(xié)議下的串口通信，而且符合面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想。本系統(tǒng)對(duì)串口的打開(kāi)、初始化、讀寫(xiě)、上位機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)到下位機(jī)、下位機(jī)讀數(shù)據(jù)到上位機(jī)、關(guān)閉等相關(guān)操作，都封裝在windowsAPI函數(shù)寫(xiě)的獨(dú)立串口類(lèi)CcomPort中。當(dāng)在每個(gè)要用到串口通信的窗體類(lèi)中引用這個(gè)串口類(lèi)后，就可以方便的使用。本系統(tǒng)是將PIC單片機(jī)通過(guò)端口COM1與計(jì)算機(jī)相連接，打開(kāi)端口COM1的代碼如下：



上位機(jī)與下位機(jī)之間可以2400 bps／秒的通訊速率傳輸數(shù)據(jù)，且無(wú)奇偶校驗(yàn)，包括八位數(shù)據(jù)位和一位停止位?？赏ㄟ^(guò)下面的參數(shù)來(lái)設(shè)置DCB參數(shù)，從而初始化串口。其具體代碼如下：

DCB dcb；
dcb．BaudRate=CBR_2400；／／波特率
deb．fParity=FALSE；／／禁止奇偶校驗(yàn)
dcb．ByteSize=8；
dcb．Parity=NOPARITY；／／無(wú)校驗(yàn)
dcb．StopBits=ONESTOPBIT；／／一個(gè)停止位

3.2  存取串口命令數(shù)據(jù)

當(dāng)上位機(jī)與PIC24FJ64GA單片機(jī)通過(guò)一系列應(yīng)答聯(lián)絡(luò)后，單片機(jī)將開(kāi)始向上位機(jī)發(fā)送存在EEPROM中的數(shù)據(jù)，從而將按照設(shè)定的協(xié)議組成的每幀11個(gè)字節(jié)由上位機(jī)一幀一幀地接收，并按字段存人數(shù)據(jù)庫(kù)的相應(yīng)表中，直到數(shù)據(jù)通信結(jié)束。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，可通過(guò)一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)并以查詢(xún)方式從串口讀取數(shù)據(jù)。為了避免因線路不通或通信過(guò)程中斷而造成死機(jī)，程序中可加入自動(dòng)退出機(jī)制，即在1秒鐘之內(nèi)沒(méi)收到數(shù)據(jù)，程序自動(dòng)提示沒(méi)有接到數(shù)據(jù)。在設(shè)定好數(shù)據(jù)庫(kù)db．mdb后，可由ADO訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行串口數(shù)據(jù)的存取。具體步驟如下：

(1)在窗體類(lèi)中引用串口類(lèi)

在窗體類(lèi)中引用串口類(lèi)時(shí)，如果本窗體類(lèi)是第一次引用，則定義CcomPort Obj_Commpon；如果在其它的窗口類(lèi)已經(jīng)定義過(guò)，則定義為extern CCommPort obj_Commport。調(diào)用串口類(lèi)的函數(shù)可進(jìn)行串口的初始化。

(2)發(fā)送控制命令給下位機(jī)

按照通訊協(xié)議發(fā)送控制命令給下位機(jī)，可告知下位機(jī)要跟上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)。下位機(jī)收到上位機(jī)的控制命令數(shù)據(jù)后，先進(jìn)行校驗(yàn)，以檢測(cè)上位機(jī)的命令是否正確。如果接到的數(shù)據(jù)是正確的。則返回正確的電磁閥開(kāi)閉值；如果不正確，下位機(jī)則返回控制命令給上位機(jī)，告知上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)不正確，此后上位機(jī)會(huì)再次發(fā)送控制命令給下位機(jī)，如果仍然不正確，則提示通訊出錯(cuò)，退出本次通信，然后再發(fā)送下一個(gè)命令。

(3)打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)存取

首先打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。若m_pConnection在程序初始化中已經(jīng)打開(kāi)，則可在窗體類(lèi)中直接調(diào)用，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。代碼如下：



保存數(shù)據(jù)后，上位機(jī)再發(fā)控制命令給下位機(jī)，并開(kāi)始接收下一條下位機(jī)傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。上位機(jī)給下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程與下位機(jī)給上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程和步驟一樣。退出程序時(shí)，關(guān)閉串口即可。

4結(jié)束語(yǔ)

串行通信具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、使用靈活方便、數(shù)據(jù)傳輸可靠等優(yōu)點(diǎn)，因而在工業(yè)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。本文講述在制瓶機(jī)控制系統(tǒng)中，在VC++環(huán)境下利用windows-API函數(shù)的串口編程技術(shù)和ADO數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)和控制PIC單片機(jī)，以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的具體方法。該方法同時(shí)會(huì)對(duì)通訊出錯(cuò)或通訊堵塞現(xiàn)象進(jìn)行處理。實(shí)踐證明，該方法可提高定時(shí)的精確性，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。