【C#上位机必看】你们想要的练手项目来了

?        最近有越来越多做电气的小伙伴开始学习C#来做上位机开发,很多人在学习一段时间后,都有这种感觉,似乎学到了很多知识,但是不知道怎么应用,因此我找了一个真实的上位机小项目,让大家来练练手。这篇文章主要对这个项目案例及开发过程做个整体介绍。

1. 项目案例介绍

        很多人对单片机有一种特殊的情怀,总是感觉单片机很神秘或很复杂。单片机简称MCU,即Micro Control Unit,是将CPU、存储器(RAM和ROM)、多种IO接口等集成在一块芯片上,形成一个芯片级计算机,可以这么说,在我们的生活和工作中,单片机无处不在。

        单片机MCU的使用分为两种,一种是单片机开发,就是嵌入式开发,一般采用C语言编程,另一种是单片机应用,比如和单片机进行通信控制,而作为上位机开发人员,我们更多偏向于后者,上位机按照既定的协议对单片机实现控制。控制系统的使用者是操作人员,他们不可能去直接操作单片机,因此上位机的职责是将单片机和操作人员联系起来,通过UI界面给操作人员提供展示和控制,再将指令传递给单片机来执行动作,最终形成一套完整的控制系统。

        本案例是一个基于单片机的串口通信案例,主要是通过上位机来实现对电机的速度控制,并显示电机实时速度。调速模式会有多种,包括电机正转、电机反转、电机正反转、双向混沌、单向混沌五种模式。

2. MCU协议分析

针对五种调速模式的描述如下所示:

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调速模式 调速说明
电机正转 发送一个大于0的速度给单片机
电机反转 发送一个小于0的速度给单片机
电机正反转 发送一个速度正负值及换速时间给单片机
单向混沌 随机或手动生成N个的随机正数,定时发送给单片机
双向混沌 随机或手动生成N个随机自然数,定时发送给单片机

从上面的描述,我们可以看出,调速的本质都是发送报文给单片机,不同的调速模式影响的是发送的数值和发送的频率,因此上位机和单片机之间必须要约定协议,协议如下所示:

功能命令 协议格式 备注
电机正转 S+速度值+; 速度值必须为正数,如S+40;
电机正转 S+速度值+; 速度值必须为负数,如S-40;
电机正反转 T+时间+S+速度值+; 时间为换速时间,如T5+-40;
单向混沌 S+速度值+; 速度值为正数,生成随机数,定时发送
双向混沌 S+速度值+; 速度值为自然数,生成随机数,定时发送
速度反馈 V+速度值+; 返回的速度值,如V+40;
速度清零 S+速度值+; 速度值设为0,即S+0;或者S-0;

协议规定:单片机与上位机之间的通信格式为:波特率9600,数据位8,停止位1,校验位无,设定速度范围为10-300rpm,反馈速度范围为0-1000rpm,换算时间范围为1-10秒,通信编码格式为ASCII。

上位机开发功能要求:

  • 与单片机之间的连接提示及断开提示
  • 可以*选择通讯端口
  • 调试模式可以随时调整
  • 混沌模式随机数支持自动生成和人为输入/复制粘贴
  • 支持换速时间快速设置
  • 支持实时速度显示并可控
  • 支持实时数据写入并可控
  • 支持发送命令可存储、可追溯
  • 软件打开时保持上次关闭时的状态

3. 上位机界面设计

根据开发功能要求,整体设计界面如下图所示:

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当选择双向混沌或者单向混沌时,会弹出混沌值设置界面,支持自动生成及手动输入,如下图所示:

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4. 上位机功能实现

  • 首先创建一个Windows窗体应用项目,项目名称为thinger.com.MCUPro。

  • 将单片机的协议封装成一个类MCULib,便于后续直接调用,该类应该具备建立连接、断开连接、设定速度、接收速度的功能。

  • 日志显示功能:日志显示采用ListView进行显示,绑定一个ImageList用来区分信息、报警、错误,添加日志方法的参数包含日志等级及日志内容。

  • 建立连接和断开连接:这里通过单按钮实现建立连接和断开连接2个功能。

  • 设置目标转速:设置目标转速仅对电机正转、电机反转及电机正反转这三种模式有效。

  • 速度清零:速度清零时要判断当前模式是否处于混沌模式,如果处于混沌模式,要先将定时器停止,否则直接发送速度为0的命令就行了。

  • 混沌模式:当调速方式切换到混沌模式时,将启用一个定时器,该定时器周期与换速时间一致,定时向MCU中发送速度指令,速度值来源于一个集合,该集合将通过一个子窗体获取,因此单向混沌与双向混沌的区别在于集合的不同。

  • 混沌速度设置:混沌值设置在一个独立的窗体中实现,可以通过手动添加、随机添加或手动输入的方式,速度值之间通过空格分割,如果手动输入时,需要注意速度范围。

  • 混沌模式定时发送:混沌模式下如果定时器开启,将从集合中逐个取出数据发送到MCU中,取完之后停止定时器。

  • 数据接收处理:数据接收处理方法也是委托的原型方法,将读取的字节数组转换成字符串进行解析,解析获取到实际转速后,判断是否进行速度显示,如果需要进行速度显示,则将数据添加到Chart控件中,再判断是否需要写入文件,如果需要写入文件,将实时数据写入到CSV文件中。

  • 实时数据写入:本案例的实时数据存储采用CSV的方式,第一次写入时,会自动创建时间及标题栏,后面不断地追加数据。软件会在每次开启或者重启写入文件时,自动按照当前时间创建一个新的文件,因此需要编写一个写入CSV的通用方法。

  • 软件打开时保持上次关闭时的状态:这个功能的实现的思路是通过配置文件来实现,在每次软件关闭时,将相关信息以配置文件的形式存储起来,当软件运行时,再次从配置文件中进行读取,由于参数较多,因此采用实体类的方式,也是便于后续扩展。

5. 写在最后

        这个项目整体来说难度不是很大,但是很具有代表性,非常适合上位机初学者来练手。很多初学者学习最大的问题就是手头没有实际项目,大家可以把这个当做一个实际项目来练手。

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