1　引言

傳統的金剛石合成機控制系統是由一個PLC和一個可顯示終端構成。這種傳統的控制系統一般具有如下缺點：

(1) 系統所有的工作都由PLC完成，其控制精度較差，致使合成的金剛石質量較差;

(2) 顯示終端的平面尺寸過小，這一方面使得操作人員觀察系統的狀態(tài)很不方便，另一方面?也常常會引起誤操作;

(3) 金剛石合成工藝復雜，需控制的參數很多，但原控制系統不能對參數進行保存，這樣在根據不同產品和工藝要求對部分參數進行調整時，每次都必須重新設置所有的參數，操作非常麻煩;

(4) 界面不友好;

(5)不能通過控制系統自動考核操作人員的工作質量。

為了提高控制精度、方便操作，開發(fā)新的控制系統迫在眉睫。筆者針對以上問題，將IPC與PLC有機結合在一起，開發(fā)了一套新的控制系統。通過該系統可在上位機(IPC)和PLC之間通過RS-232與RS-485進行大量串口通信。

2　VC串口通信分析

在32位Windows系統下使用VC開發(fā)串口通信程序通常有如下4種方法：

(1)使用Microsoft公司提供的名為MSCOMM的通信控件;

(2)直接使用Windows應用程序接口(API);

(3)自行設計一個串口通信類;

(4)通過開發(fā)一個ActiveX控件來實現串口通信功能。

在上述幾種方法中，實際上還是使用Windows API函數，然后把串口通信的細節(jié)給封裝起來，同時提供給用戶幾個簡單的接口函數。上述幾種方法各有優(yōu)缺點，但在實際情況下，大多數編程人員喜歡使用API函數自行設計串口通信類。

用Windows API函數進行串口通信的編程流程如圖1所示。其中打開串口是確定串口號與串口的打開方式;初始化串口用于配置通訊的波特率、每字節(jié)位數、校驗位、停止位和讀寫超時等;讀寫串口用于向串口進行發(fā)送數據和從串口接收數據;關閉串口用于將串口關閉并釋放串口資源(Windows系統下串口是系統資源)。

由于絕大多數控制系統中串口通信是比較費時的，而且監(jiān)控系統還要進行數據處理和顯示等，所以一般采用多線程技術，并用AfxBeginThread()函數創(chuàng)建輔助線程來管理串口通信，這樣，主進程就能在進行串口讀寫的同時，處理數據并完成用戶指令的響應，但是設計時一定要處理好數據的共享問題。

串口讀寫既可以選擇同步、異步方式，也可以選擇查詢、定時讀寫和事件驅動方式。由于同步方式容易造成線程阻塞，所以一般采用異步方式;而查詢方式要占用大量的CPU時間，所以一般采用定時讀寫或者事件驅動方式，事件驅動方式相關文獻較多，故此重點討論定時讀寫方式。定時讀寫方式就是上位機向下位機發(fā)送固定格式的數據，在下位機收到后向上位機返回狀態(tài)信息數據。由于數據的傳輸需要時間，所有上位機發(fā)送數據后就調用_sleep()函數進行休眠，休眠的時間可根據需要進行不同的設置。這樣，可以節(jié)省CPU時間，以使系統能夠很好地進行監(jiān)控工作和處理其它事務。

3　VC串口通信的設計與實現

筆者在Windows系統下，采用面向對象的方法和多線程技術，并使用Visual C6.0作為編程工具開發(fā)了一個通用串口通信類CSerialPort，該CSerialPort類封裝了串口通信的基本數據和方法，下面給出CSerialPort類的簡單介紹。

CSerialPort類頭文件中的主要成員變量和成員函數如下：

Class CSerialPort

{

private:

HANDEL m_hPort;

DCB m_Dcb;

COMMTIMEOUTS m_TimeOuts;

DWORD m_Error;

Public:

CSerialPort(); ? //構造函數

virtual～CSerialPort(); ? //析構函數

//InitPort() 函數實現初始化串口

BOOL InitPort(

char* str=“com1”,

UINT BaudRate=9600,

UINT Parity=0,

UINT ByteSize=8,

UINT StopBits=1,

UINT ReadMultiplier=0,

UINT ReadConstant=0,

UINT WriteMultiplier=10,

UINT WriteConstant=1000);

DCB GetDCB();? //獲得DCB參數

//SetDCB()函數實現設置DCB參數

BOOL SetDCB(

UINT BaudRate=9600,

UINT Parity=0,

UNIT ByteSize=8,

UINT StopBits=1);

// GetTimeOuts()函數獲得超時參數

COMMTIMEOUTS GetTimeOuts();

// SetTimeOuts()函數設置超時參數

BOOL SetTimeOuts(

UINT ReadMultiplier=0,

UINT ReadConstant=0,

UINT WriteMultiplier=10,

UINT WriteConstant=1000);

// WritePort()函數實現寫串口操作

void WritePort(HANDLE port,CString);

CString ReadPort(HANDLE port); //讀串口操作

BOOL ClosePort();? //關閉串口

};

下面對該類的重要函數作以說明：

(1)在構造函數CSerialPort()中已對該類的數據成員進行了初始化操作。

(2)初始化串口函數InitPort()函數用于完成串口的初始化工作，包括打開串口、設置DCB參數、設置通信的超時時間等。

打開串口使用CreateFile()函數，其中InitPort()函數中的第一個參數為要打開的串口，通常將該參數賦給CreateFile()函數中的第一個參數;設置DCB參數應調用該類中的SetDCB()函數，并將InitPort()函數中的第2至第5參數賦給SetDCB()函數;設置通信的超時時間應調用該類中的SetTimeOuts()函數，并將InitPort()函數中的第6至第9參數賦給SetTimeOuts()函數。另外，該串口是系統資源，應該根據不同要求對其安全屬性進行設置。

(3)SetDCB()函數用于設置DCB參數，包括傳輸的波特率、是否進行奇偶校驗、每字節(jié)長度以及停止位等。

(4)SetTimeOuts()函數用于設定訪問的超時值，根據設置的值可以計算出總的超時間隔。前面兩個參數用來設置讀操作總的超時值，后面兩個參數用來設置寫操作總的超時值。

(5)WritePort()函數用來完成向串口寫數據。由于該系統需要對多個串口進行通信，所以首先應把串口號作為參數傳遞給該函數;接著該函數把按參數傳遞過來的、要發(fā)送的數據進行編碼(也就是加入校驗，這樣能減少誤碼率)，然后再調用Windows API函數WriteFile()并把數據發(fā)送到串口。[!--empirenews.page--]

(6)ReadPort()函數用來完成從串口讀數據，由于有多個串口，所以應把串口作為參數傳遞進來，然后調用API函數ReadFile()，并把下位機發(fā)送到串口，數據讀出來放到緩存里面，接著對數據進行處理以將其變換成字符串(CString)類型并返回。

(7)GetDCB()函數主要用于獲得串口的當前配置，可通過調用API函數GetCommState()來實現，然后再進行相應的處理。

(8)GetTimeOuts()函數用于獲得訪問超時值。

(9)ClosePort()函數可用來關閉串口。因為在Windows系統中串口是系統資源，因而在不用時，應將其釋放掉，以便于其它進程對該資源的使用。

4 基于串口通信的金剛石合成控制

金剛石合成控制系統采用主從式控制方式，上位機為微機、下位機為PLC。上位機的主要功能是對系統進行實時監(jiān)控，下位機的主要功能是對系統進行實時控制。上位機采用Windows 98操作系統，其監(jiān)控程序可用VC開發(fā)，上、下位機之間通過RS-232與RS-485串口進行通信，它們之間采用的通信波特率為9600bps，無奇偶校驗，每字節(jié)8位，并有1位停止位。上、下位機之間傳送的數據格式可自己定義。由于傳輸數據時可能會引起錯誤，所以加入了校驗算法。該系統通過上位機向下位機發(fā)送數據，下位機收到后就把當前系統的狀態(tài)參數返回給上位機。由于該系統中所控制的參數具有遲滯性，所以應采用定時發(fā)送數據的方法來采集現場狀態(tài)信息。

上位機編程時，可用VC6.0生成一個對話框類型的程序框架，然后將自己編寫的CSerialPort類加入到該工程中，并在主界面類?CCrystal中添加一個CSerialPort類的成員變量serial。當監(jiān)控系統開始工作時，可用AfxBeginThread?函數創(chuàng)建輔助線程來管理串口通信，當調用CSerialPort類中的WritePort? 函數向串口發(fā)送數據后，可調用_sleep? 函數使輔助線程休眠一段時間，以便使PLC有充分的時間返回數據;接著再調用CSerialPort類中的ReadPort()函數并從串口讀數據，然后再調用_sleep()函數使輔助線程再休眠一定的時間。這樣設計后，當進行串口通信時，主線程就能繼續(xù)完成監(jiān)控功能和處理其他事務。輔助線程函數的主要代碼如下：

UINT SerialPro(void* param)

{

Ccrystal* mdlg=(Ccrystal*)param?

CString str;

int flag=1;

//如果初始化串口失敗返回

if(!InitPort(“com2”))

{AfxMessageBox(“打開串口2失敗”);

return 0;

}

//循環(huán)讀寫串口，直到結束

while(flag)

{

//這里把要發(fā)送的數據傳送給變量str

……

//向串口寫數據

mdlg->serial.WritePort(hport，str);

//讓輔助線程休眠100ms

_sleep(100);

//從串口讀數據并賦給變量str

str=mdlg->serial.ReadPort(hport);

//這里把從串口得到的數據進行處理

……

5　結束語

運用面向對象方法和多線程技術設計的通用串口通信類CSerialPort類，通過對Windows API函數的封裝使串口通信變得簡單方便、容易維護。目前，該軟件系統已成功地應用于金剛石合成控制系統，并成功解決了RS-232與RS-485兩種串口通信的問題。經過幾個月的運行表明，該串口通信軟件工作穩(wěn)定，出色地完成了系統的實時監(jiān)控和顯示任務。此外，由于采用了面向對象的方法和模塊化設計，該軟件的維護和升級十分方便;同時該系統具有很好的移植性，按照不同需求稍微改動一些代碼就可以應用于其它控制系統中。