智能家居系統(tǒng)中的上位機設計

　　0 引言

　　上位機設計是智能家居系統(tǒng)的一個重要組成部分，擔負著管理、控制、維護和用戶界面操作的重任，高效可靠的上位機設計是整個系統(tǒng)正常運作的重要保障。上位機與系統(tǒng)的通信實際上是與下端單片機的通信。單片機或單片機系統(tǒng)是智能家居控制的核心，當計算機作為單片系統(tǒng)的一個角色時，通常被稱為“工控機”或“上位機”，各獨立的單片機是系統(tǒng)中實現(xiàn)功能的一個模塊，所以有時也稱單片機為模塊。

　　計算機與單片機是通過串口來實現(xiàn)通信的，本文著重討論計算機與單片機的串口通信的實現(xiàn)方法和MSComm控件技術。

　　1上位機在智能家居系統(tǒng)的角色

　　首先，必須認識計算機在智能家居系統(tǒng)的作用，可以概括為以下幾個方面：

　　1.1 通信測試工具

　　傳統(tǒng)的單片機系統(tǒng)的通信測試通過示波器來監(jiān)測，既不直觀又容易丟失信息。將計算機加入到系統(tǒng)中，可以實時監(jiān)測到線路中的信息，并以數(shù)字化呈現(xiàn)，使各個單片機間的通信得到檢驗，及時解決系統(tǒng)存在的問題。所以計算機在加速系統(tǒng)的開發(fā)和保證系統(tǒng)的運行質量的作用就不言而喻了。

　　1.2 系統(tǒng)維護

　　一個單片機系統(tǒng)往往需要對系統(tǒng)中各個不同功能的模塊(單片機)進行參數(shù)的設置，以適應不同的運行環(huán)境，雖然可以通過各模塊的控制面板來調整，但操作通常比較麻煩，非專業(yè)人員不易掌握。同時對于一些需要定義其地理位置的參數(shù)難以實現(xiàn)，不夠直觀。計算機加入到系統(tǒng)中，不但可以解決操作上的問題，同時還可以讀取各模塊的參數(shù)，以便于調整。

　　1.3 單片機

　　計算機可以作為單片機系統(tǒng)的一個模塊，完成相應的功能。計算機應答系統(tǒng)的請求、處理系統(tǒng)中的信息，一方面將信息呈現(xiàn)給用戶，另一方面計算機程序通過自動計算或用戶的輸入，將信息反饋到系統(tǒng)中，參與系統(tǒng)的控制。

　　1.4 主控機

　　在單片機系統(tǒng)中，往往存在一個主控機或主控模塊，負責對整個系統(tǒng)的統(tǒng)籌和設置。單片機系統(tǒng)通常是通過各功能模塊的輸入和響應來實現(xiàn)其功能的，因此必須有一個負責收集輸入任務并指定響應模塊的主控模塊。計算機系統(tǒng)中既可以是一個普通的模塊，又可以是負責總體協(xié)調的主控器。

　　2 通信協(xié)議

　　一個單片機系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構成的。硬件是實現(xiàn)功能的前提，而系統(tǒng)功能則是通過軟件來實現(xiàn)的，為了保證各個模塊通信，實現(xiàn)系統(tǒng)信息交流，必須制訂系統(tǒng)的通信協(xié)議。

　　從物理上來說，系統(tǒng)各模塊是以半雙工的模式來通信的，下文提及的智能照明系統(tǒng)下端模塊就是以半雙工的RS 485總路線為通信架構的。而計算機的RS 232串口是以全雙工的模式來實現(xiàn)通信的，因此，計算機要通過串口參與到單片機系統(tǒng)中必須增加一個RS 232和RS 485總線轉換的模塊。

　　從邏輯上講，要實現(xiàn)各模塊之間的通信，就必須在模塊間約定一個共同遵守的通信協(xié)議。單片機以位(b)為基本單位，傳輸時以8位1字節(jié)(B)來傳輸，單片機以毫秒間距發(fā)送若干個字節(jié)為一個數(shù)據(jù)包，也稱為一幀，幀之間又規(guī)定若干毫秒的間隙。通過計算機程序可以捕獲線路中每一幀信息。

　　下面以智能照明系統(tǒng)為例，講述單片機系統(tǒng)的通信協(xié)議。

　　本協(xié)議采用異步串行通信方式，字節(jié)幀格式：1個起始位+8個數(shù)據(jù)位+1個停止位，無校驗位。

　　幀格式如下：

　　l幀=幀頭(F4H F5H)+數(shù)據(jù)包+幀尾(F4HFBH)<255B

　　數(shù)據(jù)包=有效字節(jié)數(shù)(1B)+傳輸層數(shù)據(jù)+校驗和(1B)<251B

　　幀數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收過程中前后兩字節(jié)數(shù)據(jù)傳送延時不得超過O.5s。

　　各模塊分配兩個字節(jié)的地址碼，第一字節(jié)代表模塊類型，第二字節(jié)代表模塊在系統(tǒng)中分配的順序。各模塊獲取總線上的幀后，對自己的地址幀響應，其他的幀拋掉。

　　以下是本協(xié)議中的關于“燈開?？刂啤钡膮f(xié)議：

　　描述：該信息是輸出子模塊的各路燈的開或關控制。

　　構成：該信息發(fā)送時由信息頭和信息內容構成，返回時由信息頭構成。

　　主控器或PC機發(fā)給輸出模塊時：

　　系統(tǒng)的通信按照規(guī)定的各條協(xié)議來執(zhí)行。

　　3 計算機通信的實現(xiàn)

　　計算機硬件上通過RS 232與RS 485接口轉換與下端模塊進行通信。而軟件的實現(xiàn)有多種方法，下面主要介紹在VB 6.0通過MSComm控件來實現(xiàn)通信的方法。

　　3.1 將MSComm控件引入到VB平臺

　　MSComm控件通過串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應用程序提供串行通訊功能。MSComm控件在串口編程時非常方便，程序員不必去花時間去了解較為復雜的API函數(shù)，而且在VC，VB，Delphi等語言中均可使用。

　　MSComm是Mierosoft公司提供的簡化Windows下串行通信編程的Ac tiveX控件，它為應用程序提供了通過串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡便方法。具體的來說，它提供了兩種處理通信問題的方法：一是事件驅動(Eventdriyen)方法，一是查詢法。

　　3.2 MSComm控件的設置

　　3.2.1 MSComm控件的屬性

　　MSComm控件有很多重要的屬性，正確設置其屬性是程序進行正常通信的保證，下面介紹幾個必須熟悉的屬性。

　　CommPort：設置并返回通訊端口號。

　　Settings：以字符串的形式設置并返回波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位。

　　PortOpen：設置并返回通訊端口的狀態(tài)，也可以打開和關閉端口。

　　Input：從接收緩沖區(qū)返回和刪除字符。

　　InputMode：接收模式，取O值時，接收文本數(shù)據(jù);取1時，接收二進制數(shù)據(jù)。

　　Output：向傳輸緩沖區(qū)寫一個字符串。

　　Rthrehold：響應模式，取整數(shù)。當接收字符后，若Rthrehold屬性設置為O，則不產(chǎn)生OnComm事件;若設置為1，則接收緩沖區(qū)收到每一個字符都會使MSComm控件產(chǎn)生OnComm事件。

　　Sthreshold：發(fā)送模式，設置O(缺省值)，數(shù)據(jù)傳輸事件不會產(chǎn)生OnComm事件;設置為1，當傳輸緩沖區(qū)完全空時，MSComm控件產(chǎn)生OnComm事件。如果在傳輸緩沖區(qū)中的字符數(shù)小于value，CommEvent屬性設置為comEvSend，并產(chǎn)生OnComm事件。

　　Handshake：通信握手模式，取值為O時，無握手;取值為1時，表示XOn/Xoff握手;取值為2時，表示Request-to\-send/clear-to-send握手;取值為3時，表示eqLlest-to-send&clear-to-send握手皆可。

　　3.2.2 MSComm控件兩種處理通訊的方式

　　MSComm控件提供下列兩種處理通訊的方式：事件驅動方式和查詢方式。

　　(1)事件驅動方式

　　事件驅動通訊是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。在許多情況下，在事件發(fā)生時需要得到通知，例如，在串口接收緩沖區(qū)中有字符，或者CarrierDetect(CD)或Request To Send(RTS)線上一個字符到達或一個變化發(fā)生時。在這些情況下，可以利用MSComm控件的OnComm事件捕獲并處理這些通訊事件。OnComm事件還可以檢查和處理通訊錯誤。所有通訊事件和通訊錯誤的列表，參閱CommEvent屬性。在編程過程中，就可以在OnComm事件處理函數(shù)中加入自己的處理代碼。這種方法的優(yōu)點是程序響應及時，可靠性高。每個MSComm控件對應著一個串行端口。如果應用程序需要訪問多個串行端口，必須使用多個MSComm控件。

　　(2)查詢方式

　　查詢方式實質上還是事件驅動，但在有些情況下，這種方式顯得更為便捷。在程序的每個關鍵功能之后，可以通過檢查CommEvent屬性的值來查詢事件和錯誤。如果應用程序較小，并且是自保持的，這種方法可能是更可取的。例如，如果寫一個簡單的電話撥號程序，則沒有必要對每接收一個字符都產(chǎn)生事件，因為惟一等待接收的字符是調制解調器的“確定”響應。

　　3.3 計算機信息發(fā)送和接收的實現(xiàn)

　　下面以智能照明系統(tǒng)中PC機與主控器的通信，說明計算機與單片機通信的實現(xiàn)方法。以下是實現(xiàn)的主要子程序。

　　頁面裝載程序：

　　通信建立后，計算機就可以與下端單片機通過設定的協(xié)議進行通信，可以測試下端模塊的響應。

　　4 MSComm控件的問題和解決辦法

　　在實際應用中，MSComm控件對于一問一答式的通信，效果還是可以的，所以用于單模塊的通信測試問題不大。但是，如果計算機作為單片系統(tǒng)的一個角色，要實時捕獲總線上的信息并響應，存在失幀和誤幀的問題，如果系統(tǒng)要求不高，還可以對付，而象智能照明這樣要求信息持續(xù)、實時、準確的系統(tǒng)，利用MSComm控件處理串口通信就難以勝任了。

　　在智能照明系統(tǒng)中，采用了自編制的動態(tài)庫Transdata，dll程序，作為處理串口通信的接口，誤幀率和失幀率較低，能滿足產(chǎn)品化的要求。

　　Transdata.dll使用說明：

　　(1)初始化串口并處于通訊狀態(tài)<函數(shù)>

　　Init_OpenCom(byval m_str as string，byval nbaud as Integer)as Boolean

　　參數(shù)說明：m_str為串口名稱，如“coml”“com2”等;nbaud為波特率，可為1200，2400，4800，9600等;返回值為Boolean，若為true則成功，否則失敗false。

　　(2)關閉串口結束通訊<過程>

　　CloseCom()

　　(3)發(fā)送通訊數(shù)據(jù)<過程>

　　SendData(n_str as byte，byval ncount as Integer)

　　參數(shù)說明：n_str為要發(fā)送byte的數(shù)組的第一個字節(jié);如要發(fā)dim ndata(11)as byte這個數(shù)組，只需用ndata(0)作為n_str參數(shù)即可;nc-ount為要發(fā)送的字節(jié)數(shù)。

　　(4)接收返回的數(shù)據(jù)<函數(shù)>

　　GetData(byval m_str as string)as string