易 馳，文小玲，鄒艷華，周 洵

（武漢工程大學(xué) 電氣信息學(xué)院，湖北 武漢 430205）

隨著城市化進(jìn)程的加快、物業(yè)管理智能化的推進(jìn)普及，城市的供水、供氣單位越來越多地投入使用新型智能遠(yuǎn)傳水表、氣表。目前，RS485、M-bus遠(yuǎn)傳表已經(jīng)在居民小區(qū)廣泛地投入運(yùn)用。但由于起步晚、技術(shù)不成熟等種種因素，安裝了自動(dòng)抄表系統(tǒng)的小區(qū)，都或多或少會(huì)出現(xiàn)一些問題，如抄不到表讀數(shù)、表頭壞死等。同時(shí)，新表的更替和使用也涉及到表地址的改寫，表頭密碼的設(shè)置等問題。因此，在抄表維護(hù)工作人員電腦上設(shè)計(jì)一種基于串口通信原理的直讀表軟件成為一種必然。這將極大地方便水、氣表表頭模塊的檢測(cè)和抄表系統(tǒng)的日常維護(hù)等工作。本文運(yùn)用VC++6.0設(shè)計(jì)一種能夠讀取表讀數(shù)和表地址、設(shè)置表地址和表密碼，并能測(cè)試串口通信情況的直讀表軟件。

1 硬件系統(tǒng)組成原理

硬件系統(tǒng)組成原理框圖如圖1所示，主要由表頭、RS232-RS485轉(zhuǎn)換器、PC機(jī)組成。RS232-RS485轉(zhuǎn)換器內(nèi)部包涵了485接口電路、光電隔離和232接口電路。通過該轉(zhuǎn)換器可以將485總線制設(shè)備（光電直讀表模塊）與計(jì)算機(jī)的串口相連，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與485總線制設(shè)備的通信。表頭模塊內(nèi)部除了包含單片機(jī)、光電隔離電路外，同時(shí)還集成了功能很強(qiáng)的可實(shí)現(xiàn)全雙工通信的485接口電路，可以同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，能夠方便地和遠(yuǎn)端上位機(jī)進(jìn)行通信。

圖1 硬件系統(tǒng)組成示意圖

硬件系統(tǒng)各組成部分之間的接線很方便，將485型表的4根線準(zhǔn)確地接在RS232-RS485轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)的485端口上，即A、B信號(hào)線和P、G電源線分別正確連接；同時(shí)232串口線一端連接轉(zhuǎn)換器，另一端連接電腦，轉(zhuǎn)換器電源口接上12 V直流電源，RS485轉(zhuǎn)換器可由P、G線給表頭單片機(jī)模塊上電，指令信號(hào)則由A、B信號(hào)線傳遞，因此在計(jì)算機(jī)中用直讀表通信軟件即可讀得表數(shù)據(jù)。

2 軟件設(shè)計(jì)

讀表軟件的主要功能是通過對(duì)軟件界面窗口按鈕的操作，設(shè)置串口通信參數(shù)、查詢表的通信情況和表的數(shù)據(jù)信息等，包括上位機(jī)與表之間發(fā)送、接收指令的顯示；查詢表的類型，實(shí)時(shí)讀取表的數(shù)據(jù)、密碼、地址編碼；修改表的地址編碼、密碼和開關(guān)閥門狀態(tài)。

本軟件依據(jù)硬件設(shè)備廠家配套的通信協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)開發(fā)，此數(shù)據(jù)通信協(xié)議適用于RS485型/Mbus型直讀水表、RS485型氣表、RS485型電表和總線制光電直讀直飲水表，采用異步串行方式（一位起始位/八位數(shù)據(jù)位/兩位停止位/無奇偶校驗(yàn)/波特率 2 400），采用 CRCCCITT（循環(huán)冗余碼）檢驗(yàn)技術(shù)，保證通信數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。通信用數(shù)據(jù)包以“數(shù)據(jù)包頭”開頭，“數(shù)據(jù)包尾”結(jié)尾。從上位機(jī)到表的發(fā)送指令以及從表到上位機(jī)的返回指令格式如表1、表2所示。其中，CRC校驗(yàn)碼為有效數(shù)據(jù)的校驗(yàn)碼。CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)長度為2 B，CRC—CCITT是一個(gè)17位生成多項(xiàng)式 G＝[1 0001 0000 0010 0001]，用多項(xiàng)式形式表示為 G（x）＝x16＋x12＋x5＋1，由它產(chǎn)生的檢驗(yàn)碼R的二進(jìn)制位數(shù)是 16 bit（2 B）。

表1 發(fā)送數(shù)據(jù)包幀格式

表2 返回?cái)?shù)據(jù)包幀格式

軟件采用Microsoft Communications Control（以下簡稱MSComm）控件實(shí)現(xiàn)表模塊單元與上位PC機(jī)間的串口數(shù)據(jù)通信。MSComm是Microsoft公司提供的簡化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供了通過串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡便方法[1]。MSComm提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)通信命令的使用接口，利用它可以建立與串口的連接，并可以通過串口連接到其他通信設(shè)備、發(fā)出命令、交換數(shù)據(jù)以及監(jiān)視和響應(yīng)串行連接中發(fā)生的事件和錯(cuò)誤。而且，MSComm控件在 VC++、VB、Delphi等語言中均可使用，利用MSComm控件編寫串口通信程序時(shí)，程序員不必花時(shí)間去了解較為復(fù)雜的API函數(shù)。

本軟件的設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 程序設(shè)計(jì)流程圖

根據(jù)流程圖，具體設(shè)計(jì)步驟如下：

（1）建立項(xiàng)目，打開 VC＋＋6.0，建立一個(gè)基于對(duì)話框的MFC應(yīng)用程序COMTOOL，在項(xiàng)目中插入MSComm控件，對(duì)于軟件界面的設(shè)計(jì)，在VC下運(yùn)用dialog對(duì)話框，可以拖拽控件，對(duì)控件布局，極為方便[2]；

（2）在對(duì)話框中添加發(fā)送和接收數(shù)據(jù)框。向主對(duì)話框中添加兩個(gè)編輯框，一個(gè)用于顯示接收數(shù)據(jù)包，ID為IDC_ReceiveEdit；另一個(gè)用于輸入發(fā)送數(shù)據(jù)，ID為IDC_SendEdit；再添加一個(gè)按鈕，功能是按一次就把發(fā)送編輯框中的內(nèi)容發(fā)送一次，將其ID設(shè)為IDC_Send。再打開 ClassWizard－＞Member Viariables選項(xiàng)卡， 選擇CSCommTestDlg類，為IDC_ReceiveEdit添加CString變量m_strReceive， 為 IDC_SendEdit添 加 CString變 量m_strSend。說明：m_strReceive和m_strSend分別用來放入接收和發(fā)送的字符數(shù)據(jù)。

（3）設(shè)置串口參數(shù)和打開串口。串口參數(shù)設(shè)置區(qū)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在操作軟件時(shí)，只有正確的設(shè)置好串口的配置參數(shù)，才能保證串行口的正常通信。同時(shí)需要設(shè)計(jì)一個(gè)按鈕來打開串口，在界面做一個(gè)“打開串口”按鈕，點(diǎn)擊此按鈕打開串口時(shí)，同時(shí)會(huì)顯示串口參數(shù)的配置信息。

串口參數(shù)設(shè)置區(qū)的設(shè)計(jì)主要是向主對(duì)話框界面中添加以上參數(shù)相應(yīng)的編輯框，并將編輯框命名相應(yīng)的參數(shù)，把串口選擇、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗(yàn)位等編輯框拖拽在一個(gè)顯示框內(nèi)，命名為“串口設(shè)置”，這樣方便串口參數(shù)的設(shè)置和顯示，“串口設(shè)置”區(qū)的界面設(shè)計(jì)包括：串口選擇、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗(yàn)位的設(shè)置。向主對(duì)話框界面中添加以上參數(shù)相應(yīng)的編輯框，在工程COMTOOL的主程序文件中對(duì)串口選擇、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗(yàn)位進(jìn)行初值定義，程序如下：

在指令發(fā)送、接收編輯框和串口參數(shù)配置設(shè)計(jì)完成后，在軟件界面上設(shè)計(jì)一個(gè)用來決定串口通信開和關(guān)的按鈕，即 Push Button控制鍵，將其命名為“打開串口/關(guān)閉串口”按鈕。在該按鈕的處理函數(shù)中打開串口，即在相應(yīng)的處理函數(shù)OnOpenClose（）中添代碼即可實(shí)現(xiàn)按鈕功能。

（4）構(gòu)造發(fā)送指令。在串行通信的情況下，由于表的基本數(shù)據(jù)信息會(huì)以數(shù)據(jù)包的形式傳送，為了上位機(jī)能獲取表的數(shù)據(jù)信息，因此在程序設(shè)計(jì)起初階段必須構(gòu)造相應(yīng)的發(fā)送指令，使表頭模塊返回對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息包（即返回指令）。先為發(fā)送按鈕添加一個(gè)單擊消息即BN_CLICKED處理函數(shù)，打開 ClassWizard－＞Message Maps，選擇類CSCommTestDlg，選擇IDC_BUTTON_MANUALSEND， 雙 擊BN_CLICKED添加 OnSend（）函數(shù)，并在函數(shù)中添加發(fā)送數(shù)據(jù)功能代碼，現(xiàn)在可以連接設(shè)備測(cè)試軟件是否能發(fā)送和接收指令，配置好串口參數(shù)，點(diǎn)擊發(fā)送按鈕，如數(shù)據(jù)通信成功，進(jìn)行下一步[3]。

不同的功能按鈕對(duì)應(yīng)不同的發(fā)送指令，將每個(gè)按鈕賦予一個(gè)變量參數(shù)，當(dāng)按鈕操作一次，設(shè)定的發(fā)送指令字符串便賦給變量參數(shù)，同時(shí)發(fā)送指令數(shù)據(jù)包就發(fā)送出去，因此才能完成軟件的讀取表讀數(shù)、改寫表地址等不同功能。例如“手動(dòng)讀表”按鈕的功能代碼如下：

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)表不同的數(shù)據(jù)信息的讀取，即為了發(fā)送不同的指令從而獲取相應(yīng)不同的返回?cái)?shù)據(jù)包，軟件界面上會(huì)設(shè)計(jì)不同的功能按鈕，如 “手工讀表”、“地址設(shè)置”、“密碼設(shè)置”等，每個(gè)功能按鈕會(huì)有不同的發(fā)送指令，這樣就能實(shí)現(xiàn)不同的功能。每個(gè)按鈕的處理函數(shù)中會(huì)設(shè)計(jì)相應(yīng)的發(fā)送指令。例如：m_strSend=_T（"FE FE FE 42 42 42 42 53 FF FF FF FF 52 2D 3E 45"）這條廣播讀表指令以字符串形式賦值給“手動(dòng)讀表”按鈕的變量參數(shù)m_strSend，這樣每當(dāng)操作“手動(dòng)讀表”或其他按鈕，就會(huì)發(fā)送一條指令。

（5）CRC校驗(yàn)。點(diǎn)擊發(fā)送指令按鈕，每發(fā)送一條指令，正常情況下表模塊會(huì)返回一條指令。在主體程序的設(shè)計(jì)中，這里添加一個(gè)接收返回?cái)?shù)據(jù)包的功能區(qū)，將返回的指令數(shù)據(jù)包暫時(shí)存儲(chǔ)，以便對(duì)其進(jìn)行CRC校驗(yàn)，判斷返回的數(shù)據(jù)包是否是有效數(shù)據(jù)。CRC校驗(yàn)環(huán)節(jié)是為了測(cè)試返回?cái)?shù)據(jù)包是否是所需要的有效返回指令，即是否是發(fā)送指令對(duì)應(yīng)的返回指令，實(shí)現(xiàn)CRC校驗(yàn)環(huán)節(jié)的主要程序段如下：

（6）解析數(shù)據(jù)包程序。在 CRC校驗(yàn)無誤后，才對(duì)返回的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，故實(shí)現(xiàn)解析功能的程序設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，解析的目的是將返回?cái)?shù)據(jù)包中的有效數(shù)據(jù)段轉(zhuǎn)換成表的相應(yīng)信息，并正確地顯示在軟件界面上。如實(shí)現(xiàn)地址改寫的主要解析程序如下所示：

（7）添加表數(shù)據(jù)顯示框和設(shè)置按鈕。為了清楚反映表的數(shù)據(jù)信息，故設(shè)在軟件界面上添加不同的數(shù)據(jù)顯示框，也是設(shè)計(jì)的一部分?；就ㄐ懦晒螅驮趯?duì)話框中添加發(fā)送和接收數(shù)據(jù)框類似，添加表的數(shù)據(jù)顯示框，并對(duì)每個(gè)顯示框設(shè)置函數(shù)變量，變量的值就是表的數(shù)據(jù)；添加表的設(shè)置按鈕，如“地址設(shè)置”等按鈕，并添加相應(yīng)的處理函數(shù)，在處理函數(shù)中編寫代碼就能實(shí)現(xiàn)按鈕的相應(yīng)功能。

（8）解析重置和清空緩存。程序設(shè)計(jì)中，“解析重置，緩存清空”這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)是為了在一次通信結(jié)束，表的數(shù)據(jù)正確顯示后，將緩存數(shù)據(jù)包的功能區(qū)清空，以便下一次通信返回?cái)?shù)據(jù)包的緩存，從而使軟件能夠多次、反復(fù)地對(duì)表模塊發(fā)送相同或不同指令，快捷地完成“讀表”、“修改地址”等各種功能。這里在“解析重置”的設(shè)計(jì)中參數(shù)rec_w起到關(guān)鍵作用。例如，在“手動(dòng)讀表”中rec_w=1，同時(shí)對(duì)應(yīng)這條發(fā)送指令的解析代碼中也將rec_w=1，故不同的發(fā)送指令會(huì)有不同的解析函數(shù)段，這樣，完成一次讀表操作后需要將rec_w的值重置為0，以便下次rec_w重新賦值進(jìn)行不同的操作。而對(duì)于“緩存清空”的代碼設(shè)計(jì)如下所示：

如程序設(shè)計(jì)流程圖所示，基于這種設(shè)計(jì)思想，實(shí)際操作時(shí)軟件的工作流程如下：程序配置好通信串口參數(shù)后，一直處于等待OnComm事件狀態(tài)。上位機(jī)需要讀取表的數(shù)據(jù)時(shí)，通過讀表軟件發(fā)送一條讀表指令數(shù)據(jù)包，當(dāng)接收到表模塊返回的數(shù)據(jù)包后放入程序中的緩存功能函數(shù)中，再經(jīng)過CRC校驗(yàn)返回?cái)?shù)據(jù)包是否正確，校驗(yàn)成功后才調(diào)用解析子函數(shù)[4]，對(duì)接收指令數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，然后將解析出的表的參數(shù)完整顯示在讀表軟件界面上，最后將解析函數(shù)重置并將緩存功能函數(shù)中數(shù)據(jù)清空，結(jié)束本次數(shù)據(jù)通信。

3 測(cè)試結(jié)果分析

經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行成功后，設(shè)計(jì)好的界面如圖3所示。

從圖3中可以看到，使用該軟件調(diào)試串口通信、讀取表數(shù)據(jù)非常方便、直觀。當(dāng)連接好表等相關(guān)設(shè)備時(shí)，用戶根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的串行端口，設(shè)定所需的波特率（在此選用2 400），再設(shè)置奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位；點(diǎn)擊“串口打開”按鈕串口便打開，再點(diǎn)擊“手工讀表”便可以進(jìn)行指令的傳送和接收，并能正確顯示表的讀數(shù)、地址等相關(guān)信息；當(dāng)在表與上位機(jī)通信正常情況下，點(diǎn)擊“地址設(shè)置”按鈕便可以將表的地址更改；“密碼設(shè)置”等按鈕的操作與“地址設(shè)置”類似，并且實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能。同時(shí)，可以通過“清空顯示”按鈕清除接收數(shù)據(jù)在接收文本框中的顯示。

圖3 完善后的軟件界面

本軟件經(jīng)過測(cè)試后可以進(jìn)行上位機(jī)與表之間數(shù)據(jù)包的發(fā)送與接收，并能正確解析出返回指令中表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如表的讀數(shù)，表的地址等表的信息清楚地顯示在軟件界面上；同時(shí)，表地址的重新設(shè)置，表密碼的修改等功能均能實(shí)現(xiàn)。軟件適用于常見的RS485型/Mbus型水表、RS485型氣表和RS485型電表，對(duì)遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)的維護(hù)和安裝工作有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]封亞斌．采用串口通信技術(shù)實(shí)現(xiàn) Modbus數(shù)據(jù)通信[J]．自動(dòng)化儀表，2004，25（10）：56-58．

[2]張新村，嚴(yán)殊．基于ARM的 Linux系統(tǒng)下 Qt串口助手的設(shè)計(jì)[J]．軟件導(dǎo)刊，2011，（8）：64-66．

[3]龔建偉，熊光明．Visual C++/Turbo C串口通信編程實(shí)踐[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2007．

[4]宋國清，劉暢．基于 BTF340開發(fā)板的 Modbus從機(jī)協(xié)議實(shí)現(xiàn)[J]．雞西大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，11（1）：44-45．