目前，工業(yè)組態(tài)軟件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，易控（INSPEC）是北京九思易自動(dòng)化軟件有限公司（ControlEase AutomationSoftware）推出的一套通用數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）軟件，具有最新的.NET Framework 框架平臺(tái)，應(yīng)用極為廣泛。為了與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行交互， INSPEC提供了國(guó)內(nèi)外各種常用的工控設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。但是由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備種類(lèi)繁多，支持的通信協(xié)議各不相同，因此，需要針對(duì)不同的底層設(shè)備編寫(xiě)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，以實(shí)現(xiàn)同組態(tài)軟件的信息交互。許多底層設(shè)備采用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本文針對(duì)基于51單片機(jī)的設(shè)備進(jìn)行了通用的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，通過(guò)此通用驅(qū)動(dòng)程序，設(shè)計(jì)者只需簡(jiǎn)單的設(shè)置就可以將基于51單片機(jī)的儀表、設(shè)備接入INSPEC,無(wú)需重新開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序。而且只需將所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行少量改動(dòng)，即可適應(yīng)各種類(lèi)型的設(shè)備,或與其他類(lèi)型的單片機(jī)進(jìn)行通信。
1 基于51單片機(jī)的設(shè)備與上位組態(tài)軟件的連接
    對(duì)于易控組態(tài)軟件，底層設(shè)備屬于I/O設(shè)備。上位機(jī)通過(guò)硬件通道與硬件設(shè)備建立連接關(guān)系，按照對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議與硬件設(shè)備交換數(shù)據(jù)，并將采集到的運(yùn)行數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)接口傳送至數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)響應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)變量來(lái)改變事件，將輸入數(shù)據(jù)寫(xiě)入硬件設(shè)備。51單片機(jī)提供了一個(gè)全雙工標(biāo)準(zhǔn)接口，通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232及相關(guān)外圍電路來(lái)實(shí)現(xiàn)TTL信號(hào)和RS-232電平信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，并實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)串口RS-232的硬件通信通道連接。通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，完成基于51單片機(jī)的設(shè)備與上位組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)交互。其接口結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 利用開(kāi)發(fā)向?qū)沈?qū)動(dòng)程序的框架[1-2]
    根據(jù)INSPEC組態(tài)軟件I/O系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)范， I/O系統(tǒng)由服務(wù)器類(lèi)(DeviceIoMgr)、通道類(lèi)(Channel)、設(shè)備類(lèi)(Device)、I/O變量類(lèi)(IoTag)構(gòu)成。INSPEC提供了設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)包(SDK)，驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2008。采用C#為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，易控提供驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)模板。
2.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的建立
    設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的建立需運(yùn)行Microsoft Visual Studio 2008，新建項(xiàng)目類(lèi)型為“Visual C# 易控(INSPEC)”，在“我的模板”位置會(huì)出現(xiàn)“設(shè)備通信”模板，輸入項(xiàng)目名稱(chēng)為單片機(jī)通用驅(qū)動(dòng)，支持通道名稱(chēng)選擇串口，根據(jù)向?qū)瓿尚陆?xiàng)目的配置。然后修改項(xiàng)目的三個(gè)重要屬性：
    (1) 程序集名稱(chēng)要遵從“Controlease.IoDrive.廠家名.設(shè)備名”的規(guī)則。在項(xiàng)目屬性設(shè)置窗口中，點(diǎn)擊“應(yīng)用程序”， 將程序集名稱(chēng)修改為ControlEase.IoDrive.Control
Ease.單片機(jī)通用驅(qū)動(dòng)。
　(2) 生成事件是生成I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)的DLL文件。由于易控啟動(dòng)時(shí)從文件夾..\ControlEase\INSPEC\Devices下加載驅(qū)動(dòng)，所以將生成驅(qū)動(dòng)DLL的路徑設(shè)置在此目錄。
　(3) 引用路徑是驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目中引用類(lèi)庫(kù)的路徑，一般設(shè)置在..\ControlEase\INSPEC\目錄下。
2.2 驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)方法
   在易控提供的驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)模板下,為了實(shí)現(xiàn)I/O設(shè)備的自定義功能，主要修改設(shè)備通信模板的讀、寫(xiě)以及特殊操作方法。本通用驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)修改了單片機(jī)通用驅(qū)動(dòng)Protocol.cs類(lèi)中的ReadPacket(SampleTagPacket packet)和WriteTag(IoTag tag)方法。
　(1) 設(shè)備數(shù)據(jù)采集
   易控采用循環(huán)采集的方式來(lái)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)。所有具有“只讀/讀寫(xiě)”屬性的I/O量，都會(huì)按照I/O變量設(shè)置的“查詢(xún)周期”進(jìn)行采集。每次采集過(guò)程都會(huì)進(jìn)入ReadPacket方法中。
　　設(shè)備數(shù)據(jù)采集過(guò)程，默認(rèn)采集方式為變量包采集方式。在該設(shè)備通信程序開(kāi)發(fā)包里，把所有在INSPEC軟件中添加的可讀IoTag都添加到了一個(gè)數(shù)據(jù)包中,采集程序從bool ReadPacket(SampleTagPacket packet)方法進(jìn)入，數(shù)據(jù)采集流程圖如圖2所示。

    數(shù)據(jù)采集部分編程如下：
public override bool ReadPacket(SampleTagPacket packet)
{
      int  sendCount = FormReadOrder(packet);
        int  toReceiveCount = packet.Length * 4 + 5; 
        if (packet.RegType == RegTypeList.CoilStatus.ToString()
      || packet.RegType == RegTypeList.InputStatus.ToString())
{
     toReceiveCount = packet.Length % 8 == 0 ? (packet.
    Length/8+5) : (packet.Length/8+1+5);
}
        int  receiveCount=WriteAndRead(sendCount, toReceive
        Count);
        if (receiveCount < toReceiveCount) 
{        
TraceLog.TraceError(string.Format(Resources.NOT_ENOUGH_
DATA_RECEIVED, receiveCount));
    return false;
}
        if (!CheckOutReceivedData(receiveCount))
{
    return false;
}
    return ParseIO(packet, receiveCount);
}
    在這段代碼中，首先調(diào)用FormReadOrde方法，組成了通信協(xié)議幀，并返回讀命令長(zhǎng)度。然后通過(guò)WriteAndRead方法，完成了串口的讀寫(xiě)操作，即完成了上位機(jī)與設(shè)備間的一次通信。收到返回?cái)?shù)據(jù)以后，調(diào)用CheckOutReceivedData方法，對(duì)從串口接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。最后，調(diào)用數(shù)據(jù)解析ParseI/O方法，將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成I/O變量的值。
    (2) 寫(xiě)設(shè)備變量
    易控中所有的賦值操作，只要I/O變量具有&ldquo;只寫(xiě)/讀寫(xiě)&rdquo;屬性，并且I/O變量關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)變量的值發(fā)生變化，都會(huì)觸發(fā)寫(xiě)操作，并進(jìn)入WriteTag方法。將參數(shù)寫(xiě)到設(shè)備里面，默認(rèn)調(diào)用方式為寫(xiě)IoTag，程序從bool WriteTag(IoTag tag)方法進(jìn)入，寫(xiě)設(shè)備變量流程圖如圖3所示。

    寫(xiě)設(shè)備變量部分編程如下：
public override bool WriteTag(IoTag tag)
{
    int  sendCount = FillWriteFrame(tag);
　　if  (sendCount <= 0)
{
　　 return true;
}
　　 const int toReceiveCount = 10;
　　 int receiveCount = WriteAndRead(sendCount, toReceive-
        Count);
　　 if(!CheckOutReceivedData(receiveCount, toReceiveCount))
{
        return false;
}
    return true;
}
    在這段代碼中，首先調(diào)用FormWriteOrder方法，組成了通信協(xié)議幀，并返回寫(xiě)命令長(zhǎng)度，然后通過(guò)WriteAndRead方法，完成了串口的讀寫(xiě)操作，即上位機(jī)與設(shè)備完成了一次通信。在收到返回?cái)?shù)據(jù)以后，調(diào)用CheckOutReceivedData方法，對(duì)串口接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。
2.3  數(shù)據(jù)打包

    易控進(jìn)行設(shè)備數(shù)據(jù)采集的最小單位是一個(gè)數(shù)據(jù)包（SampleTagPacket）。在默認(rèn)設(shè)備采集過(guò)程中，所有的查詢(xún)周期相同的IoTag都將會(huì)打包到同一個(gè)數(shù)據(jù)包中。這個(gè)數(shù)據(jù)包就是易控的基本采集單位變量包packet，即IoTag的集合。設(shè)備類(lèi)中的CanAddToPacket方法是為讀打包服務(wù)的，該方法將返回一個(gè)Bool值，用來(lái)判斷是否可以打成一個(gè)包。在該方法下設(shè)計(jì)需要打包寄存器的條件，只要返回TRUE，滿(mǎn)足條件的寄存器就會(huì)自動(dòng)打成一個(gè)包。
    CanAddToPacket有兩個(gè)參數(shù)，packet指的就是包，它包括多個(gè)滿(mǎn)足打包條件的tag(tag指準(zhǔn)備要打包的寄存器)。如果滿(mǎn)足打包條件，tag就會(huì)被添加到packet中。具體實(shí)現(xiàn)方法如下：
Protected override bool CanAddToPacket(SampleTagPacket packet, IoTag tag)
    {
             if (packet.RegType != tag.RegType)
      {
             return false;
    }
if(SerialDevice1BaseInfo.IsBitRegister(packet.RegType) &&Get-
CombineLength(packet,tag)>=SerialDevice1BaseInfo.MaxCombine
Length * 16)
    {
             return false;
    }
            if(GetCombineLength(packet,tag)>=SerialDevice1BaseInfo.
            MaxCombineLength * 16)
    {
             return false;
      }
             return base.CanAddToPacket(packet, tag);
    }
2.4 驅(qū)動(dòng)程序通道配置
    INSPEC在I/O通信的通道中配置復(fù)雜的串行端口參數(shù)(如波特率大小，數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度，停止位位數(shù)，有無(wú)奇偶校驗(yàn)等)、初始化和讀寫(xiě)操作,用戶(hù)可以針對(duì)不同設(shè)備的通信協(xié)議進(jìn)行相關(guān)的配置，即可將51單片機(jī)儀表和設(shè)備接入INSPEC，避免了驅(qū)動(dòng)程序的重復(fù)開(kāi)發(fā)。
    通道配置完成后,點(diǎn)擊&ldquo;下一步&rdquo;進(jìn)行設(shè)備的選擇，編寫(xiě)好的設(shè)備驅(qū)動(dòng)&ldquo;單片機(jī)通用設(shè)備&rdquo;已經(jīng)加載到了易控可選設(shè)備中，如圖4所示。由于易控中提供兩種數(shù)據(jù)傳遞類(lèi)型，一種是比較常用的字節(jié)形式（ByteArrayParseInfo），另一種是在智能儀表中常用的ASCII碼字符串形式（StringParseInfo）。根據(jù)協(xié)議能很方便地確認(rèn)設(shè)備采用的是哪一種形式，然后根據(jù)需要定義對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信息類(lèi)，這里選擇的是字符串方式。點(diǎn)擊&ldquo;完成&rdquo;即建好通道。

3 基于51單片機(jī)的通信程序設(shè)計(jì)[3]
    該驅(qū)動(dòng)程序具有較強(qiáng)的通用性，在INSPEC中用戶(hù)只需根據(jù)底層設(shè)備的通信協(xié)議進(jìn)行通道配置即能完成INSPEC與下位機(jī)之間的通信；另一方面，用戶(hù)也可以先配置好INSPEC的通道，并根據(jù)通道配置在下位51單片機(jī)的通信程序里進(jìn)行相關(guān)協(xié)議的編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)上位和下位機(jī)的通信協(xié)議的一致性。
    51單片機(jī)的串行口內(nèi)部有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。用戶(hù)將數(shù)據(jù)存放在SBUF寄存器里來(lái)完成與上位機(jī)INSPEC的數(shù)據(jù)交互。為了更好地體現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序的通用性，在驅(qū)動(dòng)程序里定義了收發(fā)數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)大小，用戶(hù)只需將底層設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到已定義的緩沖區(qū)里就能完成數(shù)據(jù)的交互，編程如下：
    private readonly byte[] mReceiveBuffer = new byte[2048]                                  //用于保存接收到的數(shù)據(jù)
    private readonly byte[] mSendBuffer = new byte[1024]
                                              //用于保存發(fā)送的命令
　　這里單片機(jī)串口工作于方式1，數(shù)據(jù)幀格式為8 bit數(shù)據(jù)位，1 bit停止位，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1用作波特率發(fā)生器，PCON中的SMOD位為0，發(fā)送的波特率為9 600，系統(tǒng)初始化程序如下：
        TMOD=0x22;         //定時(shí)器T1，在方式2中斷產(chǎn)生
                                                         //波特率
        PCON &=0x00;             //波特率不倍增，SMOD=0
        SCON=0x40;
        TH1=0xfd;                     //波特率設(shè)置為9 600
        TL1=0xfd;
4 通用驅(qū)動(dòng)程序在電壓監(jiān)測(cè)儀表上的應(yīng)用
    該應(yīng)用中下位機(jī)采用STC89C52系列單片機(jī)為主控芯片的電壓監(jiān)測(cè)儀表，上位機(jī)監(jiān)控軟件為INSPEC。由于已經(jīng)編寫(xiě)了單片機(jī)的通信協(xié)議，所以在易控中進(jìn)行通道配置時(shí)應(yīng)該與單片機(jī)通信協(xié)議保持一致，即8 bit數(shù)據(jù)位，1 bit停止位，波特率為9 600。通道配置完成后,在設(shè)備中選擇單片機(jī)通用驅(qū)動(dòng)就完成了I/O通信的配置。
    電壓監(jiān)測(cè)儀表中的電壓傳感器將采集的電壓信號(hào)傳給A/D模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,并進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)RS-232端口與上位機(jī)的監(jiān)控軟件INSPEC通信。通過(guò)數(shù)據(jù)交互，可在上位機(jī)上直接顯示現(xiàn)場(chǎng)的電壓值，以達(dá)到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
4.1 上位機(jī)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)[4]
     INSPEC軟件能夠很方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化過(guò)程和裝備的監(jiān)測(cè)和控制。在INSPEC中添加實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)變量，其中包括了控制系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)交互信息：電壓設(shè)定值、監(jiān)測(cè)電壓值、電壓報(bào)警指示和監(jiān)測(cè)電壓的實(shí)時(shí)曲線圖等變量，使監(jiān)控窗口和數(shù)據(jù)通道的變量關(guān)聯(lián)起來(lái)。
4.2 驅(qū)動(dòng)程序的裝載
    在Microsoft Visual Studio 2008開(kāi)發(fā)環(huán)境中，驅(qū)動(dòng)程序編譯后在文件夾..\ControlEase\INSPEC\Devices下生成ControlEase.IoDrive.ControlEase.,單片機(jī)通用驅(qū)動(dòng).dll驅(qū)動(dòng)文件。啟動(dòng)易控開(kāi)發(fā)環(huán)境時(shí),會(huì)自動(dòng)將驅(qū)動(dòng)文件加載到易控的設(shè)備選擇中供用戶(hù)選擇。   
    針對(duì)組態(tài)軟件應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)了基于INSPEC的51系列單片機(jī)通用驅(qū)動(dòng)程序。實(shí)現(xiàn)了INSPEC和單片機(jī)控制的外部設(shè)備進(jìn)行通信，解決了基于51系列單片機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的重復(fù)設(shè)計(jì)問(wèn)題。為以后開(kāi)發(fā)其他設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序提供了設(shè)計(jì)思路和程序框架，對(duì)實(shí)現(xiàn)底層設(shè)備方便接入組態(tài)軟件進(jìn)行了有益的探索。
參考文獻(xiàn)
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[4] 北京九思易自動(dòng)化軟件有限公司．易控(INSPEC)培訓(xùn)教程[M]. 2009．