最近有越来越多做电气的小伙伴开始学习C#来做上位机开发，很多人在学习一段时间后，都有这种感觉，似乎学到了很多知识，但是不知道怎么应用，因此我找了一个真实的上位机小项目，让大家来练练手。这篇文章主要对这个项目案例及开发过程做个整体介绍。
1. 项目案例介绍
很多人对单片机有一种特殊的情怀，总是感觉单片机很神秘或很复杂。单片机简称MCU，即Micro Control Unit，是将CPU、存储器（RAM和ROM）、多种IO接口等集成在一块芯片上，形成一个芯片级计算机，可以这么说，在我们的生活和工作中，单片机无处不在。
单片机MCU的使用分为两种，一种是单片机开发，就是嵌入式开发，一般采用C语言编程，另一种是单片机应用，比如和单片机进行通信控制，而作为上位机开发人员，我们更多偏向于后者，上位机按照既定的协议对单片机实现控制。控制系统的使用者是操作人员，他们不可能去直接操作单片机，因此上位机的职责是将单片机和操作人员联系起来，通过UI界面给操作人员提供展示和控制，再将指令传递给单片机来执行动作，最终形成一套完整的控制系统。
本案例是一个基于单片机的串口通信案例，主要是通过上位机来实现对电机的速度控制，并显示电机实时速度。调速模式会有多种，包括电机正转、电机反转、电机正反转、双向混沌、单向混沌五种模式。
2. MCU协议分析
针对五种调速模式的描述如下所示：
【新阁在线教育 服务号：thinger_as】| 调速模式 | 调速说明 |
|---|---|
| 电机正转 | 发送一个大于0的速度给单片机 |
| 电机反转 | 发送一个小于0的速度给单片机 |
| 电机正反转 | 发送一个速度正负值及换速时间给单片机 |
| 单向混沌 | 随机或手动生成N个的随机正数，定时发送给单片机 |
| 双向混沌 | 随机或手动生成N个随机自然数，定时发送给单片机 |
从上面的描述，我们可以看出，调速的本质都是发送报文给单片机，不同的调速模式影响的是发送的数值和发送的频率，因此上位机和单片机之间必须要约定协议，协议如下所示：
| 功能命令 | 协议格式 | 备注 |
|---|---|---|
| 电机正转 | S+速度值+； | 速度值必须为正数，如S+40； |
| 电机正转 | S+速度值+； | 速度值必须为负数，如S-40； |
| 电机正反转 | T+时间+S+速度值+； | 时间为换速时间，如T5+-40; |
| 单向混沌 | S+速度值+; | 速度值为正数，生成随机数，定时发送 |
| 双向混沌 | S+速度值+; | 速度值为自然数，生成随机数，定时发送 |
| 速度反馈 | V+速度值+； | 返回的速度值，如V+40； |
| 速度清零 | S+速度值+； | 速度值设为0，即S+0;或者S-0; |
协议规定：单片机与上位机之间的通信格式为：波特率9600，数据位8，停止位1，校验位无，设定速度范围为10-300rpm，反馈速度范围为0-1000rpm，换算时间范围为1-10秒，通信编码格式为ASCII。
上位机开发功能要求：
- 与单片机之间的连接提示及断开提示
- 可以自由选择通讯端口
- 调试模式可以随时调整
- 混沌模式随机数支持自动生成和人为输入/复制粘贴
- 支持换速时间快速设置
- 支持实时速度显示并可控
- 支持实时数据写入并可控
- 支持发送命令可存储、可追溯
- 软件打开时保持上次关闭时的状态
3. 上位机界面设计
根据开发功能要求，整体设计界面如下图所示：
当选择双向混沌或者单向混沌时，会弹出混沌值设置界面，支持自动生成及手动输入，如下图所示：
4. 上位机功能实现
首先创建一个Windows窗体应用项目，项目名称为thinger.com.MCUPro。
将单片机的协议封装成一个类MCULib，便于后续直接调用，该类应该具备建立连接、断开连接、设定速度、接收速度的功能。
日志显示功能：日志显示采用ListView进行显示，绑定一个ImageList用来区分信息、报警、错误，添加日志方法的参数包含日志等级及日志内容。
建立连接和断开连接：这里通过单按钮实现建立连接和断开连接2个功能。
设置目标转速：设置目标转速仅对电机正转、电机反转及电机正反转这三种模式有效。
速度清零：速度清零时要判断当前模式是否处于混沌模式，如果处于混沌模式，要先将定时器停止，否则直接发送速度为0的命令就行了。
混沌模式：当调速方式切换到混沌模式时，将启用一个定时器，该定时器周期与换速时间一致，定时向MCU中发送速度指令，速度值来源于一个集合，该集合将通过一个子窗体获取，因此单向混沌与双向混沌的区别在于集合的不同。
混沌速度设置：混沌值设置在一个独立的窗体中实现，可以通过手动添加、随机添加或手动输入的方式，速度值之间通过空格分割，如果手动输入时，需要注意速度范围。
混沌模式定时发送：混沌模式下如果定时器开启，将从集合中逐个取出数据发送到MCU中，取完之后停止定时器。
数据接收处理：数据接收处理方法也是委托的原型方法，将读取的字节数组转换成字符串进行解析，解析获取到实际转速后，判断是否进行速度显示，如果需要进行速度显示，则将数据添加到Chart控件中，再判断是否需要写入文件，如果需要写入文件，将实时数据写入到CSV文件中。
实时数据写入：本案例的实时数据存储采用CSV的方式，第一次写入时，会自动创建时间及标题栏，后面不断地追加数据。软件会在每次开启或者重启写入文件时，自动按照当前时间创建一个新的文件，因此需要编写一个写入CSV的通用方法。
软件打开时保持上次关闭时的状态：这个功能的实现的思路是通过配置文件来实现，在每次软件关闭时，将相关信息以配置文件的形式存储起来，当软件运行时，再次从配置文件中进行读取，由于参数较多，因此采用实体类的方式，也是便于后续扩展。
5. 写在最后
这个项目整体来说难度不是很大，但是很具有代表性，非常适合上位机初学者来练手。很多初学者学习最大的问题就是手头没有实际项目，大家可以把这个当做一个实际项目来练手。
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