C++ --- Komunikacja RS232

[SunRiver]

Tym razem w języku C++  poznamy podstawy komunikacji przez port COM. Wielu zakrzyknie że przecież portu COM już niema w żadnym komputerze
, tak to prawda , ale są przejściówki na układach FTDI czy Microchipa i innych , które to udostępniają virtualny port COM poprzez USB. Ponadto
połączenie RS232 przez port COM  to nadal podstawa wymiany informacji między wieloma urządzeniami z komputerem.
Obiektem naszego zainteresowania będzie sterowanie diodą z komputera  podłączoną do płytki Arduino , czy też innego klona tej platformy.  
Nasz pierwszy program popełnimy w konsoli dla ułatwienia. To co zaczynamy ??

Przejdź do FILE-NEW-Project i wybierz nowy projekt CLR CONSOLE APP jak widać na obrazku niżej. Nadaj nazwę projektowi np.
"ArduinoComm" i kliknij OK.



Wybierz Plik ArduinoComm.cpp i otwórz go dwuklikiem :



Uff.... teraz musimy sobie ustalić co właściwie ma robić nasz program

> Poprosi użytkownika o wprowadzenie portu szeregowego który chcemy używać i przechowa jego nazwę w zmiennej PortName
> Następnie Spyta czy chcemy włączyć światło czy nie
-- jeśli tak zostanie wysłane 1 włączenia portu
-- jeśli nie zostanie wysłane 0 wyłączenie portu
-->> Program będzie pracował w pętli czekając na zadanie od użytkownika lub jego zakończenie
-->> Musimy tez ustalić szybkość transmisji użytej do komunikacji z naszą płytką

W tym celu dodamy do naszego programu parę linijek kodu z podstawowymi funkcjami:

Kod: [Zaznacz cały] [Rozwiń/Zawiń]

1. String^ answer;
2.         String^ portName;
3.         int baudRate=9600;
4.         Console::WriteLine("Podaj nazwę portu COM i wcisnij ENTER");
5.         portName=Console::ReadLine();

GeSHi © Rozszerzenie Codebox Plus

I w ten prosty sposób już działa nasz port COM:) ale .... warto nadmienić, że ...

.NET Framework zawiera gotowe klasy zdefiniowane dla portu szeregowego. Nazywa sie ona SerialPort i jest dostępna w przestrzeni nazw
"SYSTEM:: IO:: Ports " Będziemy używać również innych metod w przestrzeni nazw SYSTEM dlatego na początek użyjemy tej:
dopisując do naszego kodu linijki:

Kod: [Zaznacz cały] [Rozwiń/Zawiń]

1. using namespace System;
2. using namespace System::IO::Ports;

GeSHi © Rozszerzenie Codebox Plus

Port szeregowy jako obiekt potrzebuje nazwy portu i szybkości transmisji w swoim konstruktorze , dodamy więc następujące wiersze do kodu.
W naszym przypadku Obiekt Serial PORT będzie się nazywał "ARDUINO".

Kod: [Zaznacz cały] [Rozwiń/Zawiń]

1. SerialPort^ arduino;
2. arduino = gcnew SerialPort(portName, baudRate);

GeSHi © Rozszerzenie Codebox Plus

Otwarcie PORTU:

podobnie jak w przypadku plików tekstowych pierwszą rzeczą jaką musimy zrobić jest ich otwarcie. 
Open jest metodą klasy portu szeregowego, która jest częścią stworzonego obiektu ARDUINO. Dopiszemy teraz więc metodę otwarcia:

Kod: [Zaznacz cały] [Rozwiń/Zawiń]

1. arduino->Open();

GeSHi © Rozszerzenie Codebox Plus

W ten sposób możemy już otworzyć port i nawiązać połączenie.

PĘTLA:

W naszym Programiku użyjemy pętli "do while" W pętli tej zmiennej string przypiszemy przechowywanie odpowiedzi na 2 pytania :

>Czy chcesz kontynuować?
>Włączyć lub Wyłączyć diodę ?

Kod: [Zaznacz cały] [Rozwiń/Zawiń]

1. do
2. {}
3. while(String::Compare(answer,"yes")==0);

GeSHi © Rozszerzenie Codebox Plus

Nasza pętla jest prosta , ale nieco pusta więc czas na ...

Ciało pętli:

Wysyłanie danych ze zmiennej String do tablicy obiektu ARDUINO odbędzie się za pomocą metody WriteLine.
Dodamy następne linijki kodu, myślę że ich znaczenie jest oczywiste:

Kod: [Zaznacz cały] [Rozwiń/Zawiń]

1. //  on lub off
2. Console::WriteLine("Wpisz \"on\" by włączyć lub \"off\" by wyłączyć");
3. // uzyskana odpowiedź
4. answer=Console::ReadLine();
5. //sprawdzenie czy wpisano jedną z opcji
6. if(String::Compare(answer,"on")==0)
7. arduino->WriteLine("1"); // wysyła 1 do sunduino
8. else if(String::Compare(answer,"off")==0)
9. arduino->WriteLine("0"); // wysyła 0 do Sunduino
10. else
11. Console::WriteLine(answer+" nie wybrano żadnej opcji");
12. // Pytanie czy kontynuować
13. Console::WriteLine("Jeszcze RAZ? yes/no");
14.                        
15. answer=Console::ReadLine();
16. // czyszczenie ekranu
17. Console::Clear(); // czyszczenie ekranu konsoli

GeSHi © Rozszerzenie Codebox Plus

Jak widzicie to jest banalnie proste, a jakże skuteczne. Jednak żeby nie było niedomówień ....

NASZ pełny program w C++ :

powinien wyglądać następująco:

Kod: [Zaznacz cały] [Rozwiń/Zawiń]

1. #include "stdafx.h"
2.  
3. using namespace System;
4. using namespace System::IO::Ports;
5.  
6. int main(array<System::String ^> ^args)
7. {
8.  
9.         String^ answer;
10.         String^ portName;
11.         int baudRate=9600;
12.         Console::WriteLine("Wpisz nazwę portu i wcisnij ENTER");
13.         portName=Console::ReadLine();
14.         //
15.         SerialPort^ arduino;
16.         arduino = gcnew SerialPort(portName, baudRate);
17.        
18.         // otwarcie portu
19.         try
20.         {
21.                 arduino->Open();
22.  
23.                 do
24.                 {
25.                        
26.                 Console::WriteLine("Wpisz \"on\" by właczć lub \"off\" by wyłączyć");
27.                        
28.                         answer=Console::ReadLine();
29.                        
30.                         if(String::Compare(answer,"on")==0)
31.                                 arduino->WriteLine("1");
32.                         else if(String::Compare(answer,"off")==0)
33.                                 arduino->WriteLine("0");
34.                         else
35.                                 Console::WriteLine(answer+" nie wybrano żadnej opcji");
36.                                                 Console::WriteLine("Jeszcze raz? yes/no");
37.                        
38.                         answer=Console::ReadLine();
39.                        
40.                         Console::Clear();
41.                 }while(String::Compare(answer,"yes")==0);
42.                
43.                 arduino->Close();
44.         }
45.         catch (IO::IOException^ e  )
46.         {
47.                 Console::WriteLine(e->GetType()->Name+": Port nie gotowy!");
48.         }
49.         catch (ArgumentException^ e)
50.         {
51.                 Console::WriteLine(e->GetType()->Name+": nie prawidłowa nazwa portu musi sie zaczynac od COM");
52.         }
53.        
54.         Console::Write("Wciśnij ENTER by skończyć program");
55.         Console::Read();
56.     return 0;
57. }

GeSHi © Rozszerzenie Codebox Plus

I to wszystko możemy projekt zapisać i skompilować , program od strony PC jest gotowy. teraz jednak musimy napisać program dla
naszej płytki żeby sprawdzić czy wszystko działa tak jak chcieliśmy:



Otwieramy zatem Arduino IDE lub VSC czy VS z wtyczkami i piszemy :

Kod: [Zaznacz cały] [Rozwiń/Zawiń]

1. int ledPin = 13;
2. int state=0;
3. void setup() {
4.     pinMode(ledPin, OUTPUT);
5.     Serial.begin(9600);
6. }
7.  
8. void loop() {
9.   if (Serial.available() > 0)
10.   {
11.     state = Serial.read();
12.  
13.     switch(state)
14.     {
15.       case '1':
16.         digitalWrite(ledPin,HIGH);
17.       break;
18.       case '0':
19.         digitalWrite(ledPin,LOW);
20.       break;
21.       default:
22.       break;
23.     }
24.   }
25. }

GeSHi © Rozszerzenie Codebox Plus

W zasadzie program jest tak banalny, ze nie musimy go omawiać , ale warto wspomnieć, że połączenie RS232 nawiązujemy
z szybkością 9600bps. Teraz możemy skompilować nasz program i wgrać do mikrokontrolera.
I to na tyle , najprostsza metoda sterowania z poziomu komputera diodą led na naszej płytce ładnie działa.
Pobawcie się trochę

oczywiście w Visual Studio C++ Express lub Community , możemy stworzyć coś poważniejszego i ładniejszego ...
dlatego teraz zajmiemy się trochę bardziej zaawansowaną obsługą połączenia RS232 z naszą płytką, gdyż nie tylko będziemy
wysyłać komendę do płytki , ale też i odbierać i prezentować wyniki pomiaru na komputerze w okienkowej aplikacji ....

Zaczynamy:

Po uruchomieniu VC++ wybieramy typ projektu tym razem zamiast jak wcześniej projekcie CLR Console Application wybieramy :
Windows Form Application . Dzięki temu nasz program będzie prawdziwie Winzgrozowy i przyprawiał niektórych o mdłości ...
Nadajemy też naszemu projektowi nazwę co widać na screenie poniżej np: Woltomierz i klikamy ok.



Teraz po dłuższej chwili system wygeneruje całe stado na pozór zbędnych plików.



Wszystko ładnie widać po lewej stronie. Dla nas szczególnie interesujący jest Header Files i zawarty tam plik Form1.h,
który otwarty widać pośrodku ekranu. Jak widać jest to puste okienko windowsowe. Możemy tu dowolnie modyfikować jego rozmiar,
oraz inne parametry jak nazwa co czynimy w okienku Properities po prawej stronie ekranu -- na fotce schowany za toolbox,
jak też dodawać nowe elementy, które są dostępne w widocznym właśnie po prawej Toolbox-ie.

Przystępujemy do budowy/rysowania aplikacji:

W naszym okienku musimy pododawać potrzebne nam klawisze i pola oraz opisy zatem do dzieła:

Jako że będziemy używać portu serial -- wyszukujemy na toolboxie w sekcji Components kontrolki serialPort i przeciągamy na nasze okienko
jak widać kontrolka układa się u dołu ekranu, podobnie postępujemy z kontrolka Timer. Teraz poumieszczamy przyciski checkboxy i labele
wszystkie znajdziemy w toolboxie w sekcji Common Controls - wybieramy nam potrzebne i przeciągamy na nasze okienko gdzie teraz
możemy modyfikować ich parametry jak rozmiar i opisy w properities,  a nasza aplikacja może wyglądać np tak:



Właściwie już na tym etapie możemy skompilować nasz program i będzie on działał , ale nie tak jak chcemy bo przecież mamy tylko okienko z przyciskami i nic więcej. Teraz więc musimy pokazać elementom do czego mają służyć.

Zatem do dzieła :

na pierwszy ogień weźmiemy nasz przycisk połącz klikamy go prawym klawiszem myszki i wybieramy View Code gdzie w pustej sekcji:

Kod: [Zaznacz cały] [Rozwiń/Zawiń]

1. private: System::Void button1_Click(System::Object^  sender, System::EventArgs^  e) {
2.  
3. }

GeSHi © Rozszerzenie Codebox Plus

musimy pokazać przyciskowi co ma robić więc opisujemy fragment kodu opisujący zachowanie naszego przycisku, a całość powinna wyglądać tak:

Kod: [Zaznacz cały] [Rozwiń/Zawiń]

1.  private: System::Void button1_Click(System::Object^  sender, System::EventArgs^  e)
2. {
3.  
4.                                  if (!port_open) {
5.  
6.  
7.                                          this->serialPort1->PortName=this->comboBox1->Text;
8.                                          serialPort1->Open();
9.                                          this->button1->Text="Zamknij";
10.                                                  port_open=true;
11.                                  
12.                                  } else { serialPort1->Close();
13.                                          this->button1->Text="Połącz";
14.                                  port_open=false;}
15.  
16.  }
17.                          

GeSHi © Rozszerzenie Codebox Plus

Od tej pory nasz klawisz wie, że ma otwierać port, ale też ma się zmieniać napis na klawiszu który będzie informował nas o możliwym działaniu
oraz czy port otwarty czy tez nie. No ładnie , ale nie wiemy jaki port ma być otwarty wiec zajmijmy się naszym drugim obiektem --- czyli naszą kontrolka serialPort  podobnie prawym klawiszem myszki - view Code i w jego sekcji dopisujemy:

Kod: [Zaznacz cały] [Rozwiń/Zawiń]

1. private: System::Void serialPort1_DataReceived(System::Object^  sender, System::IO::Ports::SerialDataReceivedEventArgs^  e) {
2.  
3. unsigned char data0, data1;
4.  
5. if (serialPort1->ReadByte()==0xAB) {
6. data0=serialPort1->ReadByte();
7. data1=serialPort1->ReadByte();
8.  
9. volty=Math::Round((float(data0*256+data1)/1024*5.00),2);
10.  
11.  
12. data_count++;
13.  
14. }
15. serialPort1->ReadByte();
16.                          }

GeSHi © Rozszerzenie Codebox Plus

Jak widzicie opisałem zadania naszego portu , oraz umieściłem w zmiennej volty funkcję,
która odczytane dane z ADC przeliczy na napięcie i w tej postaci będzie wyświetlane w sekcji label1. Oczywiście szybkość portu określamy
w properities dla controlki na identyczną jak w programie dla płytki xxxduino.

Tak , ale mamy kilka portów serial i chcemy mieć możliwość wybierania no to do dzieła.
Pod przyciskiem połącz (button1) umieściliśmy combobox i w procedurce przycisku dodaliśmy zależność i wszystkie porty jakie
mamy pojawią się w naszym combo odpowiada za to ta linijka  kodu umieszczona w sekcji button1:

Kod: [Zaznacz cały] [Rozwiń/Zawiń]

1. this->serialPort1->PortName=this->comboBox1->Text;

GeSHi © Rozszerzenie Codebox Plus

Tak tu was postraszyłem ze będzie to trudne , ale kłopotem będzie wybieranie naszego kanału ADC i jego uruchomieniem. W tym celu w sekcji
naszego timera umieszczamy kod:

Kod: [Zaznacz cały] [Rozwiń/Zawiń]

1. his->label1->Text=Convert::ToString(volty)+ " V";
2.  
3. this->label3->Text=Convert::ToString(data_count*10)+ " reads/s";
4. data_count=0;

GeSHi © Rozszerzenie Codebox Plus

a w sekcji listBox1:

Kod: [Zaznacz cały] [Rozwiń/Zawiń]

1. array<unsigned char>^start ={0xAC,(0x10+channel)};    
2. array<unsigned char>^stop ={0xAC,0x00};
3.                                  if (!adc_on) {
4.                                          serialPort1->Write(start,0,2);
5.                                           this->button2->Text="Stop";
6.                                                  adc_on=true;
7.                                  
8.                                  } else {
9.                                                          serialPort1->Write(stop,0,2);
10.                                          this->button2->Text="Start";
11.                                  adc_on=false;}

GeSHi © Rozszerzenie Codebox Plus

I to w zasadzie wszystko , ciężko cokolwiek opisać w przypadku VisualStudio i tworzenia aplikacji na windows gdyż wszechobecne kreatory skutecznie generują 98% kodu samym nam zostawiając niewiele roboty, czego nie opisałem znajdziecie w kompletnym źródle programu który po
wypakowaniu folderu otwieramy plikiem Voltage_Meter.sln

(Jak się znajdzie dodam)

A tak się prezentuje nasz programik po uruchomieniu :



Tymczasem czas na drugą połowę czyli program dla naszej płytki xxxDuino, który prezentuje się następująco:

Kod: [Zaznacz cały] [Rozwiń/Zawiń]

1. int voltage =0;
2. int channel =0;
3. int voltage1 =0;
4. int chanel1 =1;
5.  
6. unsigned char incomingByte = 0;
7. boolean measure=false;
8.  
9. void setup() {
10.  
11.   Serial.begin(9600);
12. }
13.  
14. void loop() {
15.  
16.   if (measure) {
17.  
18.     voltage=analogRead(channel);
19.     voltage=analogRead(chanel1);
20.     Serial.print(0xAB,BYTE);
21.     Serial.print(voltage>>8,BYTE);
22.     Serial.print(voltage%256,BYTE);
23.     Serial.print(voltage1>>8,BYTE);
24.     Serial.print(voltage1%256,BYTE);
25.     delay(50);
26.  
27.   }
28.  
29.   if (Serial.available() > 0) {
30.     delay(10);
31.  
32.     if(Serial.read()==0xAC) {
33.       incomingByte =Serial.read();
34.  
35.       switch (incomingByte) {
36.  
37.       case 0x10:
38.         measure=true;
39.         channel=0;
40.         chanel1=0;
41.         break;
42.  
43.       case 0x11:
44.         measure=true;
45.         channel=1;
46.         chanel1=1;
47.         break;
48.  
49.       case 0x12:
50.         measure=true;
51.         channel=2;
52.         chanel1=2;
53.         break;
54.  
55.       case 0x00:
56.         measure=false;
57.         break;
58.  
59.       }
60.  
61.     }
62.  
63.   }                
64.  
65. };

GeSHi © Rozszerzenie Codebox Plus

Jak widać nic specjalnego tu niema, ale w razie pytań zapraszam do komentarzy.
Tymczasem po wgraniu naszego programu do płytki możemy się cieszyć naszym woltomierzem na PC

!	Wiadomość z: Lothar TEAM
	UWAGA !! Zakres pomiarowy to 0 - 5V dla wyższych napięć należy się postarać o właściwy dzielnik napięcia.  Podłączenie napięcia wyższego niż 5V do pinu mikrokontrolera spowoduje trwałe jego uszkodzenie.

Żeby nie było ostrzegałem
Powodzenia