0、前言
网友提问如下：
粉丝提问
项目框架
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：
- 下位机，通过串口与上位机相连；
- 下位机要能够接收上位机下发的命令，并解析这些命令；
- 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；
- 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；
- 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 load
3 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115200
UTX0IF = 0; //UART0 TX中断标志初始置位0
U0CSR |= 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 rxdatacount='RxBuf;' else ifcount>= 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 0X4
struct 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。
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后台回复，【cc2530上位机】即可获得源码。