? ? ? 最近有越來(lái)越多做電氣的小伙伴開(kāi)始學(xué)習(xí)C#來(lái)做上位機(jī)開(kāi)發(fā)，很多人在學(xué)習(xí)一段時(shí)間后，都有這種感覺(jué)，似乎學(xué)到了很多知識(shí)，但是不知道怎么應(yīng)用，因此我找了一個(gè)真實(shí)的上位機(jī)小項(xiàng)目，讓大家來(lái)練練手。這篇文章主要對(duì)這個(gè)項(xiàng)目案例及開(kāi)發(fā)過(guò)程做個(gè)整體介紹。

1. 項(xiàng)目案例介紹

????????很多人對(duì)單片機(jī)有一種特殊的情懷，總是感覺(jué)單片機(jī)很神秘或很復(fù)雜。單片機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)MCU，即Micro Control Unit，是將CPU、存儲(chǔ)器（RAM和ROM）、多種IO接口等集成在一塊芯片上，形成一個(gè)芯片級(jí)計(jì)算機(jī)，可以這么說(shuō)，在我們的生活和工作中，單片機(jī)無(wú)處不在。

????????單片機(jī)MCU的使用分為兩種，一種是單片機(jī)開(kāi)發(fā)，就是嵌入式開(kāi)發(fā)，一般采用C語(yǔ)言編程，另一種是單片機(jī)應(yīng)用，比如和單片機(jī)進(jìn)行通信控制，而作為上位機(jī)開(kāi)發(fā)人員，我們更多偏向于后者，上位機(jī)按照既定的協(xié)議對(duì)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制?？刂葡到y(tǒng)的使用者是操作人員，他們不可能去直接操作單片機(jī)，因此上位機(jī)的職責(zé)是將單片機(jī)和操作人員聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)UI界面給操作人員提供展示和控制，再將指令傳遞給單片機(jī)來(lái)執(zhí)行動(dòng)作，最終形成一套完整的控制系統(tǒng)。

????????本案例是一個(gè)基于單片機(jī)的串口通信案例，主要是通過(guò)上位機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的速度控制，并顯示電機(jī)實(shí)時(shí)速度。調(diào)速模式會(huì)有多種，包括電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)、電機(jī)正反轉(zhuǎn)、雙向混沌、單向混沌五種模式。

2. MCU協(xié)議分析

針對(duì)五種調(diào)速模式的描述如下所示：

調(diào)速模式調(diào)速說(shuō)明電機(jī)正轉(zhuǎn)發(fā)送一個(gè)大于0的速度給單片機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)發(fā)送一個(gè)小于0的速度給單片機(jī)電機(jī)正反轉(zhuǎn)發(fā)送一個(gè)速度正負(fù)值及換速時(shí)間給單片機(jī)單向混沌隨機(jī)或手動(dòng)生成N個(gè)的隨機(jī)正數(shù)，定時(shí)發(fā)送給單片機(jī)雙向混沌隨機(jī)或手動(dòng)生成N個(gè)隨機(jī)自然數(shù)，定時(shí)發(fā)送給單片機(jī)

從上面的描述，我們可以看出，調(diào)速的本質(zhì)都是發(fā)送報(bào)文給單片機(jī)，不同的調(diào)速模式影響的是發(fā)送的數(shù)值和發(fā)送的頻率，因此上位機(jī)和單片機(jī)之間必須要約定協(xié)議，協(xié)議如下所示：

功能命令協(xié)議格式備注電機(jī)正轉(zhuǎn)S+速度值+；速度值必須為正數(shù)，如S+40；電機(jī)正轉(zhuǎn)S+速度值+；速度值必須為負(fù)數(shù)，如S-40；電機(jī)正反轉(zhuǎn)T+時(shí)間+S+速度值+；時(shí)間為換速時(shí)間，如T5+-40;單向混沌S+速度值+;速度值為正數(shù)，生成隨機(jī)數(shù)，定時(shí)發(fā)送雙向混沌S+速度值+;速度值為自然數(shù)，生成隨機(jī)數(shù)，定時(shí)發(fā)送速度反饋V+速度值+；返回的速度值，如V+40；速度清零S+速度值+；速度值設(shè)為0，即S+0;或者S-0;

協(xié)議規(guī)定：?jiǎn)纹瑱C(jī)與上位機(jī)之間的通信格式為：波特率9600，數(shù)據(jù)位8，停止位1，校驗(yàn)位無(wú)，設(shè)定速度范圍為10-300rpm，反饋速度范圍為0-1000rpm，換算時(shí)間范圍為1-10秒，通信編碼格式為ASCII。

上位機(jī)開(kāi)發(fā)功能要求：

• 與單片機(jī)之間的連接提示及斷開(kāi)提示

• 可以自由選擇通訊端口

• 調(diào)試模式可以隨時(shí)調(diào)整

• 混沌模式隨機(jī)數(shù)支持自動(dòng)生成和人為輸入/復(fù)制粘貼

• 支持換速時(shí)間快速設(shè)置

• 支持實(shí)時(shí)速度顯示并可控

• 支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)寫(xiě)入并可控

• 支持發(fā)送命令可存儲(chǔ)、可追溯

• 軟件打開(kāi)時(shí)保持上次關(guān)閉時(shí)的狀態(tài)

3. 上位機(jī)界面設(shè)計(jì)

根據(jù)開(kāi)發(fā)功能要求，整體設(shè)計(jì)界面如下圖所示：

當(dāng)選擇雙向混沌或者單向混沌時(shí)，會(huì)彈出混沌值設(shè)置界面，支持自動(dòng)生成及手動(dòng)輸入，如下圖所示：

4. 上位機(jī)功能實(shí)現(xiàn)

• 首先創(chuàng)建一個(gè)Windows窗體應(yīng)用項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱(chēng)為thinger.com.MCUPro。

• 將單片機(jī)的協(xié)議封裝成一個(gè)類(lèi)MCULib，便于后續(xù)直接調(diào)用，該類(lèi)應(yīng)該具備建立連接、斷開(kāi)連接、設(shè)定速度、接收速度的功能。

• 日志顯示功能：日志顯示采用ListView進(jìn)行顯示，綁定一個(gè)ImageList用來(lái)區(qū)分信息、報(bào)警、錯(cuò)誤，添加日志方法的參數(shù)包含日志等級(jí)及日志內(nèi)容。

• 建立連接和斷開(kāi)連接：這里通過(guò)單按鈕實(shí)現(xiàn)建立連接和斷開(kāi)連接2個(gè)功能。

• 設(shè)置目標(biāo)轉(zhuǎn)速：設(shè)置目標(biāo)轉(zhuǎn)速僅對(duì)電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)及電機(jī)正反轉(zhuǎn)這三種模式有效。

• 速度清零：速度清零時(shí)要判斷當(dāng)前模式是否處于混沌模式，如果處于混沌模式，要先將定時(shí)器停止，否則直接發(fā)送速度為0的命令就行了。

• 混沌模式：當(dāng)調(diào)速方式切換到混沌模式時(shí)，將啟用一個(gè)定時(shí)器，該定時(shí)器周期與換速時(shí)間一致，定時(shí)向MCU中發(fā)送速度指令，速度值來(lái)源于一個(gè)集合，該集合將通過(guò)一個(gè)子窗體獲取，因此單向混沌與雙向混沌的區(qū)別在于集合的不同。

• 混沌速度設(shè)置：混沌值設(shè)置在一個(gè)獨(dú)立的窗體中實(shí)現(xiàn)，可以通過(guò)手動(dòng)添加、隨機(jī)添加或手動(dòng)輸入的方式，速度值之間通過(guò)空格分割，如果手動(dòng)輸入時(shí)，需要注意速度范圍。

• 混沌模式定時(shí)發(fā)送：混沌模式下如果定時(shí)器開(kāi)啟，將從集合中逐個(gè)取出數(shù)據(jù)發(fā)送到MCU中，取完之后停止定時(shí)器。

• 數(shù)據(jù)接收處理：數(shù)據(jù)接收處理方法也是委托的原型方法，將讀取的字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換成字符串進(jìn)行解析，解析獲取到實(shí)際轉(zhuǎn)速后，判斷是否進(jìn)行速度顯示，如果需要進(jìn)行速度顯示，則將數(shù)據(jù)添加到Chart控件中，再判斷是否需要寫(xiě)入文件，如果需要寫(xiě)入文件，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)寫(xiě)入到CSV文件中。

• 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)寫(xiě)入：本案例的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用CSV的方式，第一次寫(xiě)入時(shí)，會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建時(shí)間及標(biāo)題欄，后面不斷地追加數(shù)據(jù)。軟件會(huì)在每次開(kāi)啟或者重啟寫(xiě)入文件時(shí)，自動(dòng)按照當(dāng)前時(shí)間創(chuàng)建一個(gè)新的文件，因此需要編寫(xiě)一個(gè)寫(xiě)入CSV的通用方法。

• 軟件打開(kāi)時(shí)保持上次關(guān)閉時(shí)的狀態(tài)：這個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)的思路是通過(guò)配置文件來(lái)實(shí)現(xiàn)，在每次軟件關(guān)閉時(shí)，將相關(guān)信息以配置文件的形式存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng)軟件運(yùn)行時(shí)，再次從配置文件中進(jìn)行讀取，由于參數(shù)較多，因此采用實(shí)體類(lèi)的方式，也是便于后續(xù)擴(kuò)展。

5. 寫(xiě)在最后

????????這個(gè)項(xiàng)目整體來(lái)說(shuō)難度不是很大，但是很具有代表性，非常適合上位機(jī)初學(xué)者來(lái)練手。很多初學(xué)者學(xué)習(xí)最大的問(wèn)題就是手頭沒(méi)有實(shí)際項(xiàng)目，大家可以把這個(gè)當(dāng)做一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目來(lái)練手。