【免费学习】自由口通信上位机实战案例

1、引言

                组态软件作为一种通用软件，体系结构较为庞大、功能软件包多、价格也比较昂贵，而且对于一些复杂的业务逻辑或自定义的协议，实现起来比较麻烦。近几年，C#/.NET上位机开发应用越来越广泛，相对于传统的组态软件的方式，C#开发上位机具有灵活、易学、扩展性强的特点。本文使用VS2019作为开发软件，SQLite作为数据存储软件，硬件使用厦门宇电温度控制器，开发一套通用的上位机监控系统。
2、项目背景

                第一次听说宇电这个品牌，是我的一个朋友说让我给他帮个忙，写一个上位机和他的仪表进行通信。我二话没说就答应了，刚开始认为是走Modbus通信，因为市场上大部分仪表都是通过Modbus通信的。然而，当我拿到产品之后，发现宇电仪表推荐使用的是AIBUS通信协议，于是就去宇电官网搜索相关资料了。AIBUS协议是宇电为AI系列仪表开发的一个协议，其指令比Modbus更简单、更可靠，而且通信速率比Modbus更高，同时也具备组网功能，可以在一个RS485总线上连接多达80台仪表。
3、仪表接线配置及协议说明

                我使用的仪表型号是AI-500，在查阅完相关资料之后，开始对仪表进行接线，接线图在仪表的侧面，只是测试通信的话，只需要接好电源、Pt100和485通信。

接线端子	接线说明
1/2	接220V电源
3/4	接485通信接口
18/19/20	接Pt100铂热电阻

                接线完成之后，需要设置一下仪表的相关参数，根据仪表的说明书，主要设置输入规格、通信地址、波特率这三个参数，如下表所示：

参数名称	参数说明	设定值
输入规格	根据接入不同的类型，设置对应的代号	21
通信地址	用于定义仪表的通信地址，同一个总线不能重复	5
波特率	用于定义通信波特率，可设置4800、9600、19200	9600

                参数设置完毕，可以看到仪表上已经可以显示室内温度，下一步就开始编写通信类库。编写之前首先要了解一下AIBUS通信协议：

AI 仪表采用16进制数据格式来表示各种指令代码及数据。AI仪表软件通讯指令经过优化设计，标准的通讯指令只有两条，一条为读指令，一条为写指令，两条指令使得上位机软件编写容易，但能100%完整地对仪表进行操作；标准读和写指令分别如下：

读取： 地址代号 + 52H（82）+ 要读的参数代号 + 00 + 00 + 校验码

写入： 地址代号 + 43H（67）+ 要写的参数代号 + 写入低字节 + 写入高字节 + 校验码

地址代号：AI仪表有效地址为0-80，协议规定地址代号为两个相同的字节，数值为（仪表地址+80H），如地址为5，那么地址代码将对应85H 85H。

参数代号：参数代号表示各个参数对应的值，这个需要参考协议说明书，下面列举部分参数：

参数代号	参数说明	备注
00H	给定值	单位与测量值一致
01H	HIAL上限报警	单位与测量值一致
02H	LOAL下限报警	单位与测量值一致
0BH	InP输入规格	输入规格详细见说明书
16H	Addr通信地址	仪表设备地址

校验码：校验码采用 16 位求和校验方式。

读指令校验码计算方法为：

要读的参数的代号×256+82+ADDR

写指令校验码计算方法为：

要写的参数代号×256+67+要写的参数值+ADDR

公式中 ADDR为仪表地址，范围是 0~80（注意不要加上 80H）。校验码为2 个字节，其低字节在前，高字节在后。

无论是读还是写，仪表都返回以下10个字节数据：

返回：测量值 PV + 给定值SV + 输出值MV及报警状态 + 所读/写参数值 + 校验码

PV、SV 及所读参数值各占 2 个字节，低位字节在前，高位字节在后，整数无法表示小数点，要求用户在上位机处理；MV 占一个字节，数值范围-110~＋110，状态位占一个字节，校验码占 2个字节，共 10个字节。

4、AIBUS通信协议开发

串口通信：在创建好Windows窗体应用后，创建一个类，取名为AIBUS，AIBUS协议基于串口通信，因此首先要实现基本的串口连接与断开，通过调用SerialPort组件实现，代码如下所示：

参数封装：每次通信返回结果可能包含很多参数，这里主要获取5个重要的参数，分别是实际值、设定值、参数值、高限报警、低限报警，并将这5个参数封装成一个类，如下所示：

读取参数：参考协议中的读取报文，读取参数将地址代号与参数代号作为参数，然后将返回值解析成一个AIBUSParam对象，如下所示：

读取校验：读取校验按照协议进行校验和累加，最终结果转换2个字节返回，如下所示：  

解析报文：解析报文首先是判断返回报文校验是否正确，然后按照协议进行解析，返回AIBUSParam对象，如下所示：

验证报文：验证报文主要是做校验判断，对前面N-2个字节做校验，然后与最后2个字节对比，这样就可以知道报文校验是否正确，如下所示：  

写入参数：参考协议中的读取报文，写入参数将地址代号、参数代号与参数值作为参数，返回值仍然解析成一个AIBUSParam对象，如下所示：

写入校验：写入校验按照协议进行校验和累加，最终结果转换2个字节返回，如下所示：

5、温度监控系统TMS上位机开发

                通信库编程完成后，就可以进行上位机开发，本上位机系统主要是实时采集三个不同地点的温度，通过实时曲线进行显示并存储到数据库，便于后续分析。

                UI界面设计如下所示：



                上位机开发主要包括以下几部分：
1、配置信息管理：配置信息主要包括通信端口号、波特率、仪表1地址代号、仪表2地址代号、仪表3地址代号等，这里采用ini的方式进行存储，通过调用底层API的方式读取配置信息，封装成对象。ini文件存储形式如下所示：


2、读取配置文件代码如下：



3、实时日志显示：系统运行过程中的各种状态都将通过日志的形式进行展示，这里采用ListView+委托的方式来实现，代码如下所示：



4、实时读取及显示：实时读取采用的是多线程的方式，通过读取错误次数来判断读取异常，从而实现自动断线重连。

5、实时数据存储：实时数据存储采用SQLite数据库，通过开启一个线程定时器，按照1秒的频率定时向数据库中存储数据，便于后续查询。

                最终上位机运行结果如下所示：



6、整体总结

        本文主要是结合宇电智能温度控制器，通过对其通信协议的分析，开发出对应的通信库，从而实现上位机监控系统开发。在上位机学习过程中，看懂协议、分析协议、开发协议及应用协议，都是必备的技能。