0、前言

网友提问如下:

粉丝提问
项目框架
本地进程之间
pipe
shm
msg 消息队列,
sem

两个pc之间
socket /unix
raw 套接字:

BSD socket 
unix ->   bill joy  bsd分支,

汇总下这个网友的问题,其实就是实现一个网关程序,内容分为几块:

  1. 下位机,通过串口与上位机相连;
  2. 下位机要能够接收上位机下发的命令,并解析这些命令;
  3. 下位机能够根据这些命令配置对应的外设、读取对应的传感器的数据上传到上位机;
  4. 主程序串口操作模块:通过串口下发命令或者读取下位机上传的数据信息;
  5. 主程序网络通信模块:接收远程服务器下发的命令,并将下位机采集的数据上传到服务器。

整体看来,这个相当于是一个小的项目了,内容难度都比较大,下面我们会分为几篇独立的文章来讲解。

本篇只讨论如何给下位机编写一个简单的上位机。

一、环境简介

1. 软硬件环境

下位机:CC2530
OS:vmware + ubuntu

在这里彭老师采用的是CC2530,读者也可以采用其他的板子,我们只需要该板子有串口,可以和PC通信,同时板子上有可设置的led灯、继电器以及可以采集数据的传感器即可。

2. 硬件连接图

硬件连接图如下:
物理连接图
该款CC2530已经集成了CH340芯片,usb线连接电脑,即可被识别。

3. pc下识别串口

如果该串口被PC获取,名字为COMn【n为某整数】。

windows下串口

4. ubuntu下识别串口

首先需要vmware抓取串口【串口在同一时刻要么被windows抓取要么被vmware抓取】,按下图所示,点击连接即可:

虚拟机抓取串口

但是往往ubuntu中没有ch340的驱动,经过实际测试,ubuntu14及之前的版本都没有这个驱动,ubuntu16以上的版本有这个驱动。

如果没有ch340驱动可以用以下方法安装对应的驱动:

1 make 
2 sudo make load3 ls /dev/ttyUSB0

ubuntu安装串口驱动

按照上述步骤,会生成设备文件**/dev/ttyUSB0**。

ls /dev/ttyUSB0 -l
crw-rw---- 1 root dialout 188, 0 Jan 15 05:45 /dev/ttyUSB0

c : 字符设备
rw-rw---- :文件操作权限
188, 0 : 主次设备号

3、4节提到的usb转串口驱动和linux下驱动源码后台【GH】回复 ch340 即可获得
驱动

【注意】
如果是其他开发板,自行安装其他的串口驱动。

二、模块设计

上位机和下位机的通信往往都是通过串口,linux下往往生成字符设备ttyUSB0【有的是ttyS0】,操作串口设备就只需要操作该字符设备即可。

下面我们设计上下位机的软件模块。

1. 信令

设计上位机,首先需要设计上位机下发给下位机的指令格式,上位机按照该指令格式发送命令给下位机,下位需严格按照该指令格式进行解析指令。

信令格式
含义如下:

  • device:要操作的设备
  • data :对应的设备及其额外的数据
  • CRC :校验码
  • # :信令终止符

信令格式可以根据需要扩展或者精简。

其中device定义如下【可以根据实际情况进行扩展】:

#define DEV_ID_LED_ON    0X1#define DEV_ID_LED_OFF    0X2#define DEV_ID_DELAY 0X3#define DEV_ID_GAS  0X4

【注意】
为便于理解,我们暂不考虑效率问题。

2. 上传数据

下位机需要采集传感器的数据并通过串口上传,数据结构定义如下:

struct data{unsigned char device;unsigned char crc;   
unsigned short data;};

  • device 设备
  • data 采集的数据
  • crc 校验码

3. 功能模块

现在就可以开始设计软件的各个功能模块了。

下位机

下位机流程图

下位主要任务就是循环接收上位机通过串口下发的数据,然后解析该指令内容,操作对应的硬件。

上位机

上位机

上位机主要任务是打印菜单,由用户针对菜单做出选择,然后按照指令格式封装命令,并通过串口将该命令下发给下位机。

三、 下位机功能函数

cc2530的操作原理,本文不讨论,如果是其他开发板,只需要修改串口操作函数。

1. LED初始化

/****************************************************************************
* 名    称: InitLed()
* 功    能: 设置LED灯相应的IO口
* 入口参数: 无
* 出口参数: 无
****************************************************************************/void InitLed(void){P1DIR |= 0x01;               //P1.0定义为输出口LED1 = 0;   }

2. 初始化UART

/****************************************************************
* 名    称: InitUart()
* 功    能: 串口初始化函数
* 入口参数: 无
* 出口参数: 无
*****************************************************************/void InitUart(void){ 
    PERCFG = 0x00;           //外设控制寄存器 USART 0的IO位置:0为P0口位置1 P0SEL = 0x0c;            //P0_2,P0_3用作串口(外设功能)P2DIR &= ~0xC0;          //P0优先作为UART0
    U0CSR |= 0x80;           //设置为UART方式U0GCR |= 11;   
    U0BAUD |= 216;           //波特率设为115200UTX0IF = 0;              //UART0 TX中断标志初始置位0U0CSR |= 0x40;           //允许接收 IEN0 |= 0x84;            //开总中断允许接收中断  }

3. 串口发送函数

/**********************************************************************
* 名    称: UartSendString()
* 功    能: 串口发送函数
* 入口参数: Data:发送缓冲区   len:发送长度
* 出口参数: 无
***********************************************************************/void UartSendString(char *Data, int len){uint i;for(i=0; i<len; i++){U0DBUF = *Data++;while(UTX0IF == 0);UTX0IF = 0;}}

4. 串口中断处理函数

/**********************************************************************
* 名    称: UART0_ISR(void) 串口中断处理函数 
* 描    述: 当串口0产生接收中断,将收到的数据保存在RxBuf中
**********************************************************************/#pragma vector = URX0_VECTOR __interrupt void UART0_ISR(void) { 
    URX0IF = 0;       // 清中断标志 RxBuf = U0DBUF;                           }

5. 烟雾传感器数据读取

/****************************************************************
* 名    称: myApp_ReadGasLevel()
* 功    能: 烟雾传感器数据读取
* 入口参数: 无
* 出口参数: 无
*****************************************************************/uint16 myApp_ReadGasLevel( void ){
  uint16 reading = 0;
  
  /* Enable channel */
  ADCCFG |= 0x80;
  
  /* writing to this register starts the extra conversion */
  ADCCON3 = 0x87;
  
  /* Wait for the conversion to be done */
  while (!(ADCCON1 & 0x80));
  
  /* Disable channel after done conversion */
  ADCCFG &= (0x80 ^ 0xFF);
  
  /* Read the result */
  reading = ADCH;
  reading |= (int16) (ADCH << 8); 
  reading >>= 8;
  
  return (reading);}

6. LED灯控制函数

/****************************************************************
* 名    称: led_opt()
* 功    能: LED灯控制函数
* 入口参数:  RxData:接收到的指令  flage:led的操作,点亮或者关闭
* 出口参数: 无
*****************************************************************/void led_opt(char RxData[],unsigned char flage){switch(RxData[1]){case 1:  LED1 = (flage==DEV_ID_LED_ON)?ON:OFF;break;/* TBD for led2 led3*/default:break;}return;}

7. 主程序

/****************************************************************************
* 主程序入口函数
****************************************************************************/void main(void){
CLKCONCMD &= ~0x40;           //设置系统时钟源为32MHZ晶振while(CLKCONSTA & 0x40);      //等待晶振稳定为32M
CLKCONCMD &= ~0x47;           //设置系统主时钟频率为32MHZ   InitLed();                    //设置LED灯相应的IO口InitUart();                   //串口初始化函数   
UartState = UART0_RX;         //串口0默认处于接收模式memset(RxData, 0, SIZE);  
while(1){ //接收状态 if(UartState == UART0_RX)             
{ //读取数据,遇到字符'#'或者缓冲区字符数量超过4就设置UartState为CONTROL_DEV状态if(RxBuf != 0) 
{ 
//以'#'为结束符,一次最多接收4个字符       if((RxBuf != '#')&&(count < 4))     
{
RxData[count++] = RxBuf; 
}else{
 //判断数据合法性,防止溢出if(count >= 4)            
{ 
//计数清0
count = 0;             
//清空接收缓冲区memset(RxData, 0, SIZE);}else{//进入发送状态 
UartState = CONTROL_DEV;}}
RxBuf  = 0;}}//控制控制外设状态 if(UartState == CONTROL_DEV)            {//判断接收的数据合法性//RxData[]:  | device | data |crc | # |//check_crc:   crc = device ^ data//if(RxData[2] == (RxData[0]^RxData[1])){switch(RxData[0]){case DEV_ID_LED_ON :led_opt(RxData,DEV_ID_LED_ON);break;case DEV_ID_LED_OFF:led_opt(RxData,DEV_ID_LED_OFF);break;case DEV_ID_DELAY:break;case DEV_ID_GAS:send_gas();break;default:break;}}UartState = UART0_RX;count = 0;     
//清空接收缓冲区memset(RxData, 0, SIZE);           
}}}

四、 上位机功能函数

结构体

#define DEV_ID_LED_ON    0X1#define DEV_ID_LED_OFF    0X2#define DEV_ID_DELAY 0X3#define DEV_ID_GAS  0X4struct data{unsigned char device;unsigned char crc;unsigned short data;};

函数

void uart_init(void ){int nset1,nset2;
serial_fd = open( "/dev/ttyUSB0", O_RDWR);if(serial_fd == -1){printf("open() error\n");exit(1);}
nset1 = set_opt(serial_fd, 115200, 8, 'N', 1);if(nset2 == -1){printf("set_opt() error\n");exit(1);}}int Menu() {int option;system("clear");printf("\n\t\t************************************************\n");printf("\n\t\t**               ALARM SYSTERM                **\n");printf("\n\t\t**               1----LED                     **\n");printf("\n\t\t**               2----GAS                   **\n");printf("\n\t\t**               0----EXIT                    **\n");printf("\n\t\t************************************************\n"); 
while(1){ 
printf("Please choose what you want: ");scanf("%d",&option); 
if(option<0||option>2)printf("\t\t    choose error!\n");else 
break;}return option; }// RxData[]:  | device | data |crc | # |void led(){int lednum = 0;int onoff;char cmd[4];//选择led灯while(1){printf("input led number :[1 2]\n#");scanf("%d",&lednum);//check  if(lednum<1 || lednum >2){printf("invalid led number\n");system("clear");continue;}else{break;}}printf("operation: 1 on , 0  off\n");scanf("%d",&onoff);if(onoff == 1){
cmd[0] = DEV_ID_LED_ON;}else if(onoff == 0){
cmd[0] = DEV_ID_LED_OFF;}else{printf("invalid led number\n");return;}
cmd[1] = lednum;//fulfill crc  area
cmd[2] = cmd[0]^cmd[1];  
cmd[3] = '#';//表示结束符tcflush(serial_fd, TCIOFLUSH);int i = 0;for(i=0;i<4;i++){printf("%d ",cmd[i]);}printf("\n");write(serial_fd,&cmd,sizeof(cmd));sleep(1);}// RxData[]:  | device | data |crc | # |void gas(){int len ;unsigned short  GasLevel;struct data msg;char gas[4]={0};char cmd[4];
cmd[0] = DEV_ID_GAS;
cmd[3] = '#';//表示结束符write(serial_fd,&cmd,sizeof(cmd));sleep(1);
len = read(serial_fd,&msg,sizeof(struct data));//转换读取的gas数据格式
GasLevel = msg.data;
gas[0] = GasLevel / 100 + '0';
gas[1] = GasLevel / 10%10 + '0';
gas[2] = GasLevel % 10 + '0';printf("%s\n",gas);getchar();}void run(){int x;while(1){
x=Menu(); 
switch(x) 
{case 1:led();break;case 2:gas();break; 
case 0:printf("\n\t\t     exit!\n\n");close(serial_fd);exit(0);default:
fg=1;break;
 }
 if(fg)
 break;
 }}int main() {uart_init();run();return 0;}

五、 运行结果

1. 上位机运行界面

主菜单

2. 点亮led灯

点亮led1:
点亮led1

3. 灭灯

熄灭led1

4. 读取烟雾传感器数据

获取烟雾数据

烟雾的数据是079,可以点根华子,你会发现每次读取的值都是在变化。

OK!
至此为止,一个简易的CC2530上位机我们就编写完毕,如果想将从串口获取的数据的值发送到远端服务器,后续文章我们将继续讨论。

代码后台回复,**【cc2530上位机】**即可获得。