基于串行通信的智能家居上位機設計

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(zhì)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(diào)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(diào)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(diào)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(gòu)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(gòu)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(zhuǎn)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?rdquo;的協(xié)議：
描述：該信息是輸出子模塊的各路燈的開或關控制。
構(gòu)成：該信息發(fā)送時由信息頭和信息內(nèi)容構(gòu)成，返回時由信息頭構(gòu)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(zhuǎn)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ActiveX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(qū)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。