采用VB实现组态软件与下位机的串行通信方法研究

1、引言
    在工业控制领域，组态软件正得到越来越广泛的使用。例如：Fix、InTouch、KingView （组态王）等均是组态软件的代表，它们提供了丰富的工控界面、数据库处理、对象连接等数据管理控制功能，为使用者带来了极大的方便。组态软件以Windows系统作为操作平台，具有图形功能完备、界面一致性好和易学易用等特点，与以往使用机开发的工控系统相比更有通用性，更方便了工程技术人员的应用开发。但在实际应用中，组态软件常常没能提供一些现场设备的通信驱动程序，而这些设备大多采用串口与PC机进行通信。
VB提供的串行通信控件MSComm，让可以方便、快捷地开发串行通信程序，而采用VB在Windows环境下实现符合DDE协议的通信程序也并非难事，因此整个系统的数据流示意图如图1所示。本文以组态王软件与PHILIPS公司的51LPC系列单片机之间的通信为例，研究了采用VB6.0开发串口通信服务程序的原理及其实现方法。



图1 系统数据流示意图
2、串口通信的实现方法
    Windows平台下利用VB实现串口通信主要有以下两种方法：
    1）使用Windows API（Application Program Interface）函数。这种方法可编写移植性强的通信程序，但必须首先用Declare声明VB中所要用的动态链接库DLL，这需要对Windows API函数有深入的了解，编程较复杂；
    2）使用Microsoft公司提供的Active X控件MSComm。该通信控件通过改变对象属性，向对象发送消息及为对象事件编写响应代码，可以方便地完成用户应用程序间的串行通信，既可实现API函数的所有功能，又使得编程效率提高，应用功能增强，并且程序简单明了。
对于MSComm控件实现串口通信的操作很多文献都有论述，该控件的主要属性可参考相关文献，在此不作具体介绍。需要强调的是：在数据发送与接收过程中，都要通过一个Variant类型变量作为中介。发送数据时，必须先将要发送的数据赋给一个Variant类型变量，再把该Variant变量赋值给MSComm的Output属性；同样接受数据时，也应先将MSComm的Input属性赋值给Variant变量，待接收端收到后必须转换成其它类型（如字符型、二进制型）的数据才能进行处理。
VB服务程序中通过串口发送数据的主要程序如下：
Private Sub TxData（）
Dim Data As Byte
Dim Temp1 As Variant 
Do
DoEvents ‘将CPU的控制权让出
Loop Until Not MSComm1.PortOpen
If （Not MSComml.PortOpen） then MSComml.PortOpen=True
End if
mPort=l ;使用COM1口
MSComml.Setting=＂9600,N,8,l＂ ;9600
波特率，无奇偶校验，8位数据，l位停止位
Temp1= Data；利用Temp1为中介
MSComml.OutBufferCount=0 ;清除发送缓冲区
MSComml.Output=Temp1 ;发送打包后的数据
…… 
MSComml.PortOpen=False ;关闭串口
End Sub
下位机采用PHILIPS公司的51LPC系列单片机P87LPC769，它的基本结构、汇编指令与80C51系统兼容，内部自带128B的RAM和4KB的OTP程序存储器。串行口工作在模式1，数据帧信息包括1位起始位，8位数据位和1位停止位。通常设计中为了提高系统的抗干扰和带负载能力以及增加通信距离，实际采用RS-485通信总线、半双工工作方式。PC机的串口端采用RS-232/485转换器，单片机端引脚RXD和TXD外加SN75175和SN75174。
由于现场可能出现的通信干扰，若通信失败，系统将重新发送数据，并统计次数，若失败次数超过次数则表明通讯失败。另外，主机在等待下位机回答时，需要使用DoEvents函数，让出CPU的控制权，以免影响组态软件的正常运行。
    3、与组态软件的DDE通信
    Windows环境下，应用程序和系统间以及应用程序间可通过剪贴板、动态链接库DLL（Dynamic Link Library）、对象链接和嵌入OLE（Object Link Embedded）以及动态数据交换DDE（Dynamic Data）方便地实现数据的实时交换。其中，剪贴板是一种静态交换数据的途径，DLL不被大多数组态软件所支持，OLE不适合串行通信方式。相比之下，DDE是一种简单、又被组态软件广泛支持的数据交换方法。
所谓动态数据交换是指在操作系统环境下各个应用程序间进行实时动态数据交换。一旦提供数据的服务方改变了交换数据的内容，接受数据的客户方将立即自动更新交换数据内容，从而有效地保证了数据传送的一致性。提出交换请求的一方称为客户（Client），对交换请求作出响应或提供服务的一方称为服务器（Server）。串口通信服务程序向组态软件提供串口数据的服务，是服务器端，又称为发送端；而组态软件向通信服务程序发出请求，并接收其发送的数据，是客户端。
Windows应用程序间的DDE对话是通过应用程序名、主题、项目三个标识名来约定的。应用程序名（Application）是进行DDE对话双方的名称，KingView的程序名是View，VB的应用程序名是可执行文件的名称。主题（Topic）是被讨论的数据域（Domain），KingView的主题被规定为TagName，VB的主题由窗体（Form）的LinkTopic属性值。项目（Item）是被讨论的特定数据对象，KingView中，在数据字典的I/O变量的同时，项目名称，而在VB中，项目是一个特定的文本框、标签或者图片框的名称。
    为了建立两者间的DDE连接，首先需要在组态王中定义DDE设备，DDE设备的服务程序名、主题名和数据交换方式。在组态王的数据词典中按照预先需要通讯的变量点数和变量类型建立I/O变量，定义变量的连接设备和项目名。然后在VB程序中设置主窗体的LinkMode属性为1，LinkTopic可任意给定，如FormDDE。另外还需定义控件的属性和方法，设置LinkTopic、LinkItem、LinkMode三个属性。一般的设置为：
Control.LinkTopic=服务器程序名|主题名
Control.LinkItem=项目名
Control.LinkMode＝0，1，2，3
其中：0=关闭DDE，1=热连接，2＝冷连接，3＝通告连接；Control为文本框、标签框或图片框的名字。
本文的VB服务程序中采用Text文本框控件进行DDE通讯，其设置程序主要代码为：
Text1.LinkMode=1－Source
Text1.LinkTopic=View|TagName
这些双方的DDE定义设置完成后，分别按先Server后Client的顺序（即先启动VB服务程序，后启动组态王运行程序）运行应用程序后就可以实现VB和组态王间的DDE通讯了。
其中，将串口读入数据发送给组态软件的例程如下：
Privae Sub MSComml_OnComm（）
Dim Temp2 As Variant
Select Case mEvent
Case comEvReceive ;串口接收到数据
MSComml.InputLen=1 ;读取一个字节
Temp2=MSComml.Input ;读取数据
Text1.Text=CLng（Temp2） ;将数据发送给组态软件
Case … ;其他事件处理
……
End Select
End Sub
4、对DDE通信的改进方法
实际应用中，考虑到工控软件的数据处理能力有限，应将通信协议的转换工作交由通信服务程序完成。串口通信服务程序根据协议提取出每一条指令或数据，再将这些数据和指令同时上传给工控软件。工控软件发送串口数据时，也是向通信服务程序同时发送所有的数据或指令，由通信服务程序实现数据的打包发送。
为此，对VB需开辟多个Text控件，对每个控件，始终存放通信帧数据段中的固定位置的一个或多个字节，如图2所示。



图2 控件Text与对应的数据帧示意图
为使通信程序具有可移植性，可采用动态加载控件的办法，即在通信程序启动时，根据设定的帧长加载相应的Text控件数。但务必在采用变长帧的通信协议时，通信服务程序设定的帧长不应小于可能出现的zui大帧长。
为了实现动态加载Text控件，需建立控件数组。这就需要在通信服务程序主窗口中添加2个Visible属性为False的Text控件，分别命名为TextRe和TextTr，并且将这2个控件的Index
属性都设为0之后就能在程序中用Load方法动态添加Text控件。
实现动态加载Text控件的程序如下：
Privae Sub Form_Load（）
Dim k As Integer
Me.LinkMode=0 ;不允许DDE通信
…… 
If DataLen＞2 Then ;DataLen存储的帧长
For k＝1 To DataLen/2-1 ;每条指令占2个字节
Load TextRe（k）
Load TextTr（k）
Next k
End If
Me.LinkMode=l ;允许DDE通信
End Sub
5、结束语
VB是一种成熟的、面向对象的程序设计语言，采用它编写的Windows环境下PC机与下位机的串行通讯软件具有程序实现简便、通用性强的特点，减轻了软件的工作量。本文利用VB的串行通信控件MSComm，并采用DDE技术较好地实现了上位PC机中组态王软件与下位单片机间的双向通信。组态软件编写的上层人机监控界面直观、友好。实际运行证明该串行通讯服务程序方便可靠，具有较强的实用价值。