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(yè)現(xiàn)場進行作業(yè)和實驗時，需要對一些工業(yè)設備的狀態(tài)進行監(jiān)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(tài)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(shù)據。

目前，大多數(shù)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(yè)解決了很多工業(yè)問題，同時在串口通信領域也有很好的應用前景。

1 Visual Studio數(shù)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(fā)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(fā)的模塊，這易于實現(xiàn)串口數(shù)據采集和處理。這里運用C#創(chuàng)建Windows窗體應用程序，首先在窗體加載時觸發(fā)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(shù)，根據所連接的單片機來預先選擇正確的參數(shù)，通過Button的click屬性來讀取這些參數(shù)打開新的串口連接。隨后串口數(shù)據送入電腦虛擬的緩存區(qū)，完成數(shù)據讀取工作。

2 數(shù)據的圖表顯示

在接收到串口數(shù)據之后，還要對串口讀入的字節(jié)串進行分析判斷，這里需要運用C#的控制流來分析字節(jié)串的內容，分離出自己需要的字節(jié)，再對應各種傳感器的信號值與實際監(jiān)測值的關系單位化后得到實際的工業(yè)信息。為了能建立操作指導控制系統(tǒng)[4]，方便監(jiān)測人員更加直觀地觀測工業(yè)設備的狀態(tài)變化，本文通過C#編程實現(xiàn)數(shù)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(shù)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(shù)為橫坐標，單位化后的數(shù)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(xiàn)數(shù)據的折線圖顯示。圖1為用該方法記錄某次加速度數(shù)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(shù)據的序號確立橫坐標，單位化后的數(shù)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(shù)據。這種圖像化的顯示可以為工業(yè)現(xiàn)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(shù)據的效果。

圖2 柱狀圖演示效果

3 數(shù)據報警

一般地，采集的數(shù)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(xiàn)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(shù)據值設定的閾值范圍外就觸發(fā)報警音樂。使用PC自帶的揚聲器發(fā)出警報聲。

4 數(shù)據采集記錄

數(shù)據的采集和記錄是分析數(shù)據必不可少的過程。通過串口采集來的數(shù)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(fā)編程，在PC上就能實現(xiàn)串口數(shù)據的采集記錄。

一般地，C#開發(fā)人員會優(yōu)先想到使用文件流來導出數(shù)據，但是為了數(shù)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(xù)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(chuàng)建配置Excel選項：

利用C#的try…catch語句預先在讀取數(shù)據的代碼段中設立好向Excel單元格內填數(shù)據的語句。當需要記錄時通過button控件觸發(fā)創(chuàng)建新的Excel文檔，這樣即執(zhí)行try{}中的語句往單元格記錄數(shù)據：

更改單元格坐標就不斷繼續(xù)向Excel里填充由串口接收的數(shù)據。

通過簡單設置名為excel和save的兩個button控件就可實現(xiàn)建立Excel表格填充數(shù)據和觸發(fā)保存Excel文檔的功能。圖3是某次加速度數(shù)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(fā)效率高的Visual Studio來編寫上位機程序，在串口數(shù)據采集處理方面有著很好的優(yōu)勢，它簡化了開發(fā)負擔，簡化了設備。便于一般工程系統(tǒng)的數(shù)據采集和處理。

[1]童長飛.C8051F系列單片機開發(fā)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.