基于串行通信的智能家居上位機(jī)設(shè)計(jì)

0 引言
上位機(jī)設(shè)計(jì)是智能家居系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，擔(dān)負(fù)著管理、控制、維護(hù)和用戶界面操作的重任，高效可靠的上位機(jī)設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)作的重要保障。上位機(jī)與系統(tǒng)的通信實(shí)際上是與下端單片機(jī)的通信。單片機(jī)或單片機(jī)系統(tǒng)是智能家居控制的核心，當(dāng)計(jì)算機(jī)作為單片系統(tǒng)的一個(gè)角色時(shí)，通常被稱為“工控機(jī)”或“上位機(jī)”，各獨(dú)立的單片機(jī)是系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)功能的一個(gè)模塊，所以有時(shí)也稱單片機(jī)為模塊。
計(jì)算機(jī)與單片機(jī)是通過串口來實(shí)現(xiàn)通信的，本文著重討論計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的串口通信的實(shí)現(xiàn)方法和MSComm控件技術(shù)。

1上位機(jī)在智能家居系統(tǒng)的角色
首先，必須認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)在智能家居系統(tǒng)的作用，可以概括為以下幾個(gè)方面：
1．1 通信測(cè)試工具
傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)的通信測(cè)試通過示波器來監(jiān)測(cè)，既不直觀又容易丟失信息。將計(jì)算機(jī)加入到系統(tǒng)中，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到線路中的信息，并以數(shù)字化呈現(xiàn)，使各個(gè)單片機(jī)間的通信得到檢驗(yàn)，及時(shí)解決系統(tǒng)存在的問題。所以計(jì)算機(jī)在加速系統(tǒng)的開發(fā)和保證系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量的作用就不言而喻了。
1．2 系統(tǒng)維護(hù)
一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)往往需要對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)不同功能的模塊(單片機(jī))進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，以適應(yīng)不同的運(yùn)行環(huán)境，雖然可以通過各模塊的控制面板來調(diào)整，但操作通常比較麻煩，非專業(yè)人員不易掌握。同時(shí)對(duì)于一些需要定義其地理位置的參數(shù)難以實(shí)現(xiàn)，不夠直觀。計(jì)算機(jī)加入到系統(tǒng)中，不但可以解決操作上的問題，同時(shí)還可以讀取各模塊的參數(shù)，以便于調(diào)整。
1．3 單片機(jī)
計(jì)算機(jī)可以作為單片機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)模塊，完成相應(yīng)的功能。計(jì)算機(jī)應(yīng)答系統(tǒng)的請(qǐng)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(jì)算機(jī)程序通過自動(dòng)計(jì)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(jī)
在單片機(jī)系統(tǒng)中，往往存在一個(gè)主控機(jī)或主控模塊，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)籌和設(shè)置。單片機(jī)系統(tǒng)通常是通過各功能模塊的輸入和響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)其功能的，因此必須有一個(gè)負(fù)責(zé)收集輸入任務(wù)并指定響應(yīng)模塊的主控模塊。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中既可以是一個(gè)普通的模塊，又可以是負(fù)責(zé)總體協(xié)調(diào)的主控器。

2 通信協(xié)議
一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成的。硬件是實(shí)現(xiàn)功能的前提，而系統(tǒng)功能則是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的，為了保證各個(gè)模塊通信，實(shí)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(gòu)的。而計(jì)算機(jī)的RS 232串口是以全雙工的模式來實(shí)現(xiàn)通信的，因此，計(jì)算機(jī)要通過串口參與到單片機(jī)系統(tǒng)中必須增加一個(gè)RS 232和RS 485總線轉(zhuǎn)換的模塊。
從邏輯上講，要實(shí)現(xiàn)各模塊之間的通信，就必須在模塊間約定一個(gè)共同遵守的通信協(xié)議。單片機(jī)以位(b)為基本單位，傳輸時(shí)以8位1字節(jié)(B)來傳輸，單片機(jī)以毫秒間距發(fā)送若干個(gè)字節(jié)為一個(gè)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(jì)算機(jī)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(jī)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(gè)起始位+8個(gè)數(shù)據(jù)位+1個(gè)停止位，無校驗(yàn)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(yàn)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(shí)不得超過O.5s。
各模塊分配兩個(gè)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(duì)自己的地址幀響應(yīng)，其他的幀拋掉。
以下是本協(xié)議中的關(guān)于“燈開?？刂?rdquo;的協(xié)議：
描述：該信息是輸出子模塊的各路燈的開或關(guān)控制。
構(gòu)成：該信息發(fā)送時(shí)由信息頭和信息內(nèi)容構(gòu)成，返回時(shí)由信息頭構(gòu)成。
主控器或PC機(jī)發(fā)給輸出模塊時(shí)：

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

3 計(jì)算機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)
計(jì)算機(jī)硬件上通過RS 232與RS 485接口轉(zhuǎn)換與下端模塊進(jìn)行通信。而軟件的實(shí)現(xiàn)有多種方法，下面主要介紹在VB 6．0通過MSComm控件來實(shí)現(xiàn)通信的方法。
3．1 將MSComm控件引入到VB平臺(tái)
MSComm控件通過串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通訊功能。MSComm控件在串口編程時(shí)非常方便，程序員不必去花時(shí)間去了解較為復(fù)雜的API函數(shù)，而且在VC，VB，Delphi等語(yǔ)言中均可使用。
MSComm是Mierosoft公司提供的簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供了通過串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)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(qū)動(dòng)(Eventdriyen)方法，一是查詢法。
3．2 MSComm控件的設(shè)置
3．2．1 MSComm控件的屬性
MSComm控件有很多重要的屬性，正確設(shè)置其屬性是程序進(jìn)行正常通信的保證，下面介紹幾個(gè)必須熟悉的屬性。
CommPort：設(shè)置并返回通訊端口號(hào)。
Settings：以字符串的形式設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位。
PortOpen：設(shè)置并返回通訊端口的狀態(tài)，也可以打開和關(guān)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(shí)，接收文本數(shù)據(jù)；取1時(shí)，接收二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
Output：向傳輸緩沖區(qū)寫一個(gè)字符串。
Rthrehold：響應(yīng)模式，取整數(shù)。當(dāng)接收字符后，若Rthrehold屬性設(shè)置為O，則不產(chǎn)生OnComm事件；若設(shè)置為1，則接收緩沖區(qū)收到每一個(gè)字符都會(huì)使MSComm控件產(chǎn)生OnComm事件。
Sthreshold：發(fā)送模式，設(shè)置O(缺省值)，數(shù)據(jù)傳輸事件不會(huì)產(chǎn)生OnComm事件；設(shè)置為1，當(dāng)傳輸緩沖區(qū)完全空時(shí)，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(shè)置為comEvSend，并產(chǎn)生OnComm事件。
Handshake：通信握手模式，取值為O時(shí)，無握手；取值為1時(shí)，表示XOn／Xoff握手；取值為2時(shí)，表示Request-to＼-send／clear-to-send握手；取值為3時(shí)，表示eqLlest-to-send＆clear-to-send握手皆可。