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：

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 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))     
    { 
     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  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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