上位机与下位机的关系及串口通信的原理和应用
上位机和下位机在设备控制和数据处理中起着关键作用，这其中包含了许多既有趣又实用的要点。它们如何协作，程序中的那些特殊设置，都是我们值得深入研究的。
上位机的功能
上位机，作为一种软件系统，在数据处理方面扮演着关键角色。它能接收数据，包括汇聚节点传来的数据。不过，它不能独立运作。在实际操作中，上位机接收下位机发送的信号，以了解设备的状态。此外，它还能根据接收到的数据发出控制指令。例如，在工业环境中，当上位机接收到设备传来的温度、压力等数据后，便可以发出调整设备工作状态的指令。
上位机的这一功能常应用于自动化控制系统。以智能农业温室系统为例，传感器收集到的温度等环境数据会被传输至上位机。上位机则会依据事先设定的程序，对这些数据进行分析，并据此发出相应的控制指令。
下位机是一种控制器，可以独立操作。它能直接操控设备，同时获取设备的工作状态。它能够读取设备状态的模拟量数据，并将其转换为数字信号，然后反馈给上位机。在智能家居系统中，下位机能够直接控制灯光、空调等设备。它持续读取设备的状态信息，比如灯光的亮度、空调的温度等，并将这些信息转换为数字信号，发送至上位机。
下位机接收到上位机的指令后，会将其解读为对应的时序信号，并据此操控相关设备。比如，在自动化生产线上，当上位机下达加速生产的指令，下位机会将此指令转换成控制电机加速的时序信号，确保设备能按既定要求运作。
串口通信的参数
串口通信在上下位机之间的通信中扮演着至关重要的角色。波特率，作为衡量符号传输速度的指标，对于不同设备间的串口通信至关重要。若要进行串口通信，各设备间的波特率必须保持一致。以某设备为例，若其波特率为9600，与之通信的另一设备波特率也必须是9600。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;
using System.IO.Ports;
using System.Diagnostics;
namespace serial2
{
public partial class Form1 : Form
{
SerialPort s = new SerialPort(); //实例化一个串口对象，在前端控件中可以直接拖过来，但最好是在后端代码中写代码，这样复制到其他地方不会出错。s是一个串口的句柄
public Form1()
{
InitializeComponent();
Control.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false; //防止跨线程访问出错，好多地方会用到
button1.Text = "打开串口";
int[] item = { 9600,115200}; //定义一个Item数组，遍历item中每一个变量a，增加到comboBox2的列表中
foreach (int a in item)
{
comboBox2.Items.Add(a.ToString());
}
comboBox2.SelectedItem = comboBox2.Items[1]; //默认为列表第二个变量
}
private void Form1_Load(object sender, EventArgs e) //窗体事件要先配置端口信息。
{
string[] ports = SerialPort.GetPortNames();
comboBox1.Items.AddRange(ports);
comboBox1.SelectedItem=comboBox1.Items[0];
//Array.Sort(ports);
}
private void button1_Click(object sender, EventArgs e) //下面讲解中差不多已经讲清楚了
{
try
{
if (!s.IsOpen)
{
s.PortName = comboBox1.SelectedItem.ToString();
s.BaudRate = Convert.ToInt32(comboBox2.SelectedItem.ToString());
s.Open();
s.DataReceived += s_DataReceived;
button1.Text = "关闭串口";
//MessageBox.Show("串口已打开");
}
else
{
s.Close();
s.DataReceived -= s_DataReceived;
button1.Text = "打开串口";
}
}
catch (Exception ee)
{
MessageBox.Show(ee.ToString());
}
}
void s_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e) //数据接收事件，读到数据的长度赋值给count，如果是8位（节点内部编程规定好的），就申请一个byte类型的buff数组，s句柄来读数据
{
int count =s.BytesToRead;
string str=null ;
if (count == 8)
{
byte[] buff = new byte[count];
s.Read(buff, 0, count);
foreach (byte item in buff) //读取Buff中存的数据，转换成显示的十六进制数
{
str += item.ToString("X2")+" ";
}
richTextBox1.Text =System.DateTime.Now.ToString()+": "+ str + "\n" + richTextBox1.Text; //这是跨线程访问richtextbox,原程序和DataReceived事件是两个不同的线程同时在执行
if (buff[0] == 0x04) //如果节点是04发来的数据
{
ID.Text = buff[0].ToString(); //这下面是上位机右边那一段，用来显示处理好的数据的温度、湿度、光照、灰尘、ID信息的。buff【0】中存的是数据的ID信息，显示在ID的Label上面
switch (buff[2]) //判断数据类型 buff【0】和buff【1】代表ID的低位和高位，同理2和3代表数据类型的低位和高位，当2和3的值为1时，4和5代表温度，6和7代表湿度；
{
case 0x01: //当2和3的值为1,4和5是温度，6和7是湿度
{
Tem.Text = (buff[5] * 4 + buff[4] * 0.05 - 30).ToString();
Hum.Text = (buff[6] + buff[7]).ToString();
break;
}
case 0x02://6和7是光照
{
Light.Text = (buff[6] + buff[7]).ToString();
break;
}
case 0x04://6和7是灰尘
{
Dust.Text = (buff[6] + buff[7]).ToString();
break;
}
default:
break;
}
}
}
}
private void button3_Click(object sender, EventArgs e) //每次发一个字节
{
string[] sendbuff = richTextBox2.Text.Split(); //分割输入的字符串，判断有多少个字节需要发送
Debug.WriteLine("发送字节数："+sendbuff.Length);
foreach (string item in sendbuff)
{
int count = 1;
byte[] buff = new byte[count];
buff[0] = byte.Parse(item, System.Globalization.NumberStyles.HexNumber);//格式化字符串为十六进制数值
s.Write(buff, 0, count);
}
}
private void button2_Click(object sender, EventArgs e)//刷新右边的数值
{
int count = 1;
byte[] buff = new byte[count];
buff[0] = byte.Parse("04", System.Globalization.NumberStyles.HexNumber);//这里只显示04节点的信息
s.Write(buff, 0, count);
}
}
}
数据位是衡量通信中实际数据位的指标。停止位则是用来标识一个数据包的结束，这些关键参数确保了串口通信的精确性。奇偶校验位同样不可或缺，它是一种基本的错误检测手段。在数据传输至关重要的场合，奇偶校验能够有效识别传输过程中的错误。
程序中的异常处理
程序出错的风险较高时，使用try语句非常关键。比如，当两个上位机同时需要使用同一串口，例如本实验中我们自编的上位机和从网上下载的上位机都试图占用COM3串口时，若代码未置于try语句中，便可能引发冲突和错误。
将代码置于try块内，并创建catch代码实例，即创建一个异常处理句柄。如此一来，即便程序遭遇错误，也不会中断运行，而是会显示出错误的具体原因。在复杂的程序执行环境中，这种方法能有效防止程序突然崩溃，从而增强系统的稳定性。
上位机的界面按钮设置
这个上位机的界面按钮设置颇为考究。以串口的开启与关闭为例，按常规操作确实需要两个按钮。然而，为了节省空间并实现直观显示，我们选择将这两个功能合并为一个控件。
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
try
{
if (!s.IsOpen)
{
s.PortName = comboBox1.SelectedItem.ToString();
s.BaudRate = Convert.ToInt32(comboBox2.SelectedItem.ToString());
s.Open();
s.DataReceived += s_DataReceived;
button1.Text = "关闭串口";
//MessageBox.Show("串口已打开");
}
else
{
s.Close();
s.DataReceived -= s_DataReceived;
button1.Text = "打开串口";
}
}
catch (Exception ee)
{
MessageBox.Show(ee.ToString());
}
}
在事件操作中，若先点击该按钮且串口处于关闭状态，则会自动打开串口，并且按钮的显示文本将更改为“关闭串口”。相反，如果串口原本就是关闭的，点击按钮后，按钮的显示文本将变为“打开串口”，同时接收到的数据也会被清空。这样的设置既方便又实用。
代码输入时的便利操作
输入变量或方法时，程序提供了便捷的显示功能。其中，“正方体”符号代表“方法”，“小钳子”符号代表“变量”，“闪电”符号代表“事件”。例如，输入s.后，事件会自动显示；紧接着输入“+=”，系统便会给出提示，此时只需按下Tab键即可。
按下tab键，事件处理函数便会自动生成。这项功能显著提升了代码输入的效率，使得开发者能够更加迅速且精确地编写代码。
详细地掌握了上位机、下位机及程序关键点后，大家是否有过类似的开发经历？不妨在评论区留言，分享你的讨论和经验。同时，也请大家点赞并转发这篇文章，让更多的人能够接触到这些知识。