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，應(yīng)用極為廣泛。為了與現(xiàn)場設(shè)備進行交互， INSPEC提供了國內(nèi)外各種常用的工控設(shè)備的驅(qū)動程序。但是由于現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，支持的通信協(xié)議各不相同，因此，需要針對不同的底層設(shè)備編寫相應(yīng)的驅(qū)動程序，以實現(xiàn)同組態(tài)軟件的信息交互。許多底層設(shè)備采用單片機進行設(shè)計，本文針對基于51單片機的設(shè)備進行了通用的驅(qū)動程序設(shè)計，通過此通用驅(qū)動程序，設(shè)計者只需簡單的設(shè)置就可以將基于51單片機的儀表、設(shè)備接入INSPEC,無需重新開發(fā)驅(qū)動程序。而且只需將所設(shè)計的驅(qū)動程序進行少量改動，即可適應(yīng)各種類型的設(shè)備,或與其他類型的單片機進行通信。
1 基于51單片機的設(shè)備與上位組態(tài)軟件的連接
    對于易控組態(tài)軟件，底層設(shè)備屬于I/O設(shè)備。上位機通過硬件通道與硬件設(shè)備建立連接關(guān)系，按照對應(yīng)的通信協(xié)議與硬件設(shè)備交換數(shù)據(jù)，并將采集到的運行數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后通過數(shù)據(jù)庫接口傳送至數(shù)據(jù)庫，同時響應(yīng)數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)變量來改變事件，將輸入數(shù)據(jù)寫入硬件設(shè)備。51單片機提供了一個全雙工標(biāo)準(zhǔn)接口，通過電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232及相關(guān)外圍電路來實現(xiàn)TTL信號和RS-232電平信號之間的轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)與計算機串口RS-232的硬件通信通道連接。通過設(shè)備驅(qū)動程序，完成基于51單片機的設(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 利用開發(fā)向?qū)沈?qū)動程序的框架[1-2]
    根據(jù)INSPEC組態(tài)軟件I/O系統(tǒng)的驅(qū)動設(shè)計規(guī)范， I/O系統(tǒng)由服務(wù)器類(DeviceIoMgr)、通道類(Channel)、設(shè)備類(Device)、I/O變量類(IoTag)構(gòu)成。INSPEC提供了設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)包(SDK)，驅(qū)動程序的開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2008。采用C#為開發(fā)語言，易控提供驅(qū)動程序開發(fā)模板。
2.1 設(shè)備驅(qū)動程序的建立
    設(shè)備驅(qū)動程序的建立需運行Microsoft Visual Studio 2008，新建項目類型為“Visual C# 易控(INSPEC)”，在“我的模板”位置會出現(xiàn)“設(shè)備通信”模板，輸入項目名稱為單片機通用驅(qū)動，支持通道名稱選擇串口，根據(jù)向?qū)瓿尚陆椖康呐渲?。然后修改項目的三個重要屬性：
    (1) 程序集名稱要遵從“Controlease.IoDrive.廠家名.設(shè)備名”的規(guī)則。在項目屬性設(shè)置窗口中，點擊“應(yīng)用程序”， 將程序集名稱修改為ControlEase.IoDrive.Control
Ease.單片機通用驅(qū)動。
　(2) 生成事件是生成I/O設(shè)備驅(qū)動的DLL文件。由于易控啟動時從文件夾..\ControlEase\INSPEC\Devices下加載驅(qū)動，所以將生成驅(qū)動DLL的路徑設(shè)置在此目錄。
　(3) 引用路徑是驅(qū)動項目中引用類庫的路徑，一般設(shè)置在..\ControlEase\INSPEC\目錄下。
2.2 驅(qū)動程序的設(shè)計方法
   在易控提供的驅(qū)動程序開發(fā)模板下,為了實現(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、寫以及特殊操作方法。本通用驅(qū)動程序的設(shè)計修改了單片機通用驅(qū)動Protocol.cs類中的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)采集的方式來采集現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)。所有具有“只讀/讀寫”屬性的I/O量，都會按照I/O變量設(shè)置的“查詢周期”進行采集。每次采集過程都會進入ReadPacket方法中。
　　設(shè)備數(shù)據(jù)采集過程，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都添加到了一個數(shù)據(jù)包中,采集程序從bool ReadPacket(SampleTagPacket packet)方法進入，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，并返回讀命令長度。然后通過WriteAndRead方法，完成了串口的讀寫操作，即完成了上位機與設(shè)備間的一次通信。收到返回數(shù)據(jù)以后，調(diào)用CheckOutReceivedData方法，對從串口接收到的數(shù)據(jù)進行校驗。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/讀寫&rdquo;屬性，并且I/O變量關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫變量的值發(fā)生變化，都會觸發(fā)寫操作，并進入WriteTag方法。將參數(shù)寫到設(shè)備里面，默認(rèn)調(diào)用方式為寫IoTag，程序從bool WriteTag(IoTag tag)方法進入，寫設(shè)備變量流程圖如圖3所示。

    寫設(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，并返回寫命令長度，然后通過WriteAndRead方法，完成了串口的讀寫操作，即上位機與設(shè)備完成了一次通信。在收到返回數(shù)據(jù)以后，調(diào)用CheckOutReceivedData方法，對串口接收到的數(shù)據(jù)進行校驗。
2.3  數(shù)據(jù)打包

    易控進行設(shè)備數(shù)據(jù)采集的最小單位是一個數(shù)據(jù)包（SampleTagPacket）。在默認(rèn)設(shè)備采集過程中，所有的查詢周期相同的IoTag都將會打包到同一個數(shù)據(jù)包中。這個數(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)備類中的CanAddToPacket方法是為讀打包服務(wù)的，該方法將返回一個Bool值，用來判斷是否可以打成一個包。在該方法下設(shè)計需要打包寄存器的條件，只要返回TRUE，滿足條件的寄存器就會自動打成一個包。
    CanAddToPacket有兩個參數(shù)，packet指的就是包，它包括多個滿足打包條件的tag(tag指準(zhǔn)備要打包的寄存器)。如果滿足打包條件，tag就會被添加到packet中。具體實現(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)位長度，停止位位數(shù)，有無奇偶校驗等)、初始化和讀寫操作,用戶可以針對不同設(shè)備的通信協(xié)議進行相關(guān)的配置，即可將51單片機儀表和設(shè)備接入INSPEC，避免了驅(qū)動程序的重復(fù)開發(fā)。
    通道配置完成后,點擊&ldquo;下一步&rdquo;進行設(shè)備的選擇，編寫好的設(shè)備驅(qū)動&ldquo;單片機通用設(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)需要定義對應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信息類，這里選擇的是字符串方式。點擊&ldquo;完成&rdquo;即建好通道。

3 基于51單片機的通信程序設(shè)計[3]
    該驅(qū)動程序具有較強的通用性，在INSPEC中用戶只需根據(jù)底層設(shè)備的通信協(xié)議進行通道配置即能完成INSPEC與下位機之間的通信；另一方面，用戶也可以先配置好INSPEC的通道，并根據(jù)通道配置在下位51單片機的通信程序里進行相關(guān)協(xié)議的編寫，實現(xiàn)上位和下位機的通信協(xié)議的一致性。
    51單片機的串行口內(nèi)部有兩個物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，可同時發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。用戶將數(shù)據(jù)存放在SBUF寄存器里來完成與上位機INSPEC的數(shù)據(jù)交互。為了更好地體現(xiàn)驅(qū)動程序的通用性，在驅(qū)動程序里定義了收發(fā)數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)大小，用戶只需將底層設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲到已定義的緩沖區(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/計數(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)動程序在電壓監(jiān)測儀表上的應(yīng)用
    該應(yīng)用中下位機采用STC89C52系列單片機為主控芯片的電壓監(jiān)測儀表，上位機監(jiān)控軟件為INSPEC。由于已經(jīng)編寫了單片機的通信協(xié)議，所以在易控中進行通道配置時應(yīng)該與單片機通信協(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)備中選擇單片機通用驅(qū)動就完成了I/O通信的配置。
    電壓監(jiān)測儀表中的電壓傳感器將采集的電壓信號傳給A/D模塊進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,并進入單片機進行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)RS-232端口與上位機的監(jiān)控軟件INSPEC通信。通過數(shù)據(jù)交互，可在上位機上直接顯示現(xiàn)場的電壓值，以達到對現(xiàn)場電壓的實時監(jiān)測。
4.1 上位機監(jiān)控界面的設(shè)計[4]
     INSPEC軟件能夠很方便地實現(xiàn)對自動化過程和裝備的監(jiān)測和控制。在INSPEC中添加實時數(shù)據(jù)庫變量，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)測電壓值、電壓報警指示和監(jiān)測電壓的實時曲線圖等變量，使監(jiān)控窗口和數(shù)據(jù)通道的變量關(guān)聯(lián)起來。
4.2 驅(qū)動程序的裝載
    在Microsoft Visual Studio 2008開發(fā)環(huán)境中，驅(qū)動程序編譯后在文件夾..\ControlEase\INSPEC\Devices下生成ControlEase.IoDrive.ControlEase.,單片機通用驅(qū)動.dll驅(qū)動文件。啟動易控開發(fā)環(huán)境時,會自動將驅(qū)動文件加載到易控的設(shè)備選擇中供用戶選擇。   
    針對組態(tài)軟件應(yīng)用中驅(qū)動程序的開發(fā)問題,本文設(shè)計了基于INSPEC的51系列單片機通用驅(qū)動程序。實現(xiàn)了INSPEC和單片機控制的外部設(shè)備進行通信，解決了基于51系列單片機設(shè)備驅(qū)動程序的重復(fù)設(shè)計問題。為以后開發(fā)其他設(shè)備驅(qū)動程序提供了設(shè)計思路和程序框架，對實現(xiàn)底層設(shè)備方便接入組態(tài)軟件進行了有益的探索。
參考文獻
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[2] ROBINSON S, CORNES O． C#高級編程[M]. 康博，譯. 北京:清華大學(xué)出版社，2002.
[3] 李全利，遲榮強.單片機原理及接口技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2004.
[4] 北京九思易自動化軟件有限公司．易控(INSPEC)培訓(xùn)教程[M]. 2009．