引 言

上位機(jī)又稱 PC 機(jī)或Host Computer，是可以發(fā)送控制命令的主機(jī)或計(jì)算機(jī)。下位機(jī)是指具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸控制等功能，可以直接獲取硬件設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的主機(jī)，一般由PLC 和單片機(jī)組成。上位機(jī)與下位機(jī)之間是從屬關(guān)系，上位機(jī)是控制者，利用軟件程序發(fā)送相關(guān)指令給下位機(jī)； 下位機(jī)是受控制者，將該指令翻譯成相應(yīng)的時(shí)序信號(hào)，然后直接控制對(duì)應(yīng)設(shè)備完成用戶需要的對(duì)應(yīng)操作，同時(shí)下位機(jī)在完成對(duì)數(shù)據(jù)和硬件設(shè)備的讀取操作后，再將數(shù)據(jù)編碼傳回上位機(jī)[1,2]?？傮w而言，上位機(jī)主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理、調(diào)配、狀態(tài)監(jiān)控、信息處理和分析等工作，下位機(jī)主要在現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和和控制。在某些特殊場合，上位機(jī)和下位機(jī)的控制和被控制角色可以互換。上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。

Visual Basi（cVB）6.0 是微軟公司開發(fā)的可視化編程語言，是基于Windows 環(huán)境面向?qū)ο蟮膽?yīng)用程序。VB6.0 擁有強(qiáng)大的可視化用戶界面設(shè)計(jì)功能，可開發(fā)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、多媒體應(yīng)用系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用在控制應(yīng)用領(lǐng)域，也是使用最廣泛的編程語言之一 [3]。

1 底層通信設(shè)計(jì)

在本文介紹的上位機(jī)程序設(shè)計(jì)中，底層需與藍(lán)牙 4.0 匹配，并實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)，使其在可視界面上顯示等功能（VB 可調(diào)用.exe，.text 等可執(zhí)行文件，由于VB 中提供了多種對(duì)文件進(jìn)行操作的關(guān)鍵字，如本程序中用到的open 關(guān)鍵字可對(duì)文件進(jìn)行訪問或創(chuàng)建操作，但僅限于文本格式，因此可對(duì)藍(lán)牙 4.0接收的電腦中的數(shù)據(jù)文本進(jìn)行讀寫操作）。

Visual Basic 還提供了shell 函數(shù)，該函數(shù)具有執(zhí)行.exe，.com，.bat 等可執(zhí)行文件，打開文件夾、網(wǎng)址、任務(wù)管理器等， 調(diào)用系統(tǒng)軟件（計(jì)算器、筆記本、畫圖等程序），實(shí)現(xiàn)用戶注銷、關(guān)閉系統(tǒng)、重啟系統(tǒng)等功能。在本文底層程序設(shè)計(jì)中需要考慮如何使用VB 實(shí)現(xiàn)與藍(lán)牙 4.0 的匹配通信，當(dāng)前大部分筆記本電腦都自帶藍(lán)牙功能，但由于這些藍(lán)牙設(shè)備是硬件系統(tǒng)，而 VB 只能調(diào)用軟件程序，因此 VB 無法直接調(diào)用電腦自帶的藍(lán)牙設(shè)備。為解決該問題，我們決定在電腦上外接一個(gè)藍(lán)牙模塊，通過VB 調(diào)用外設(shè)藍(lán)牙驅(qū)動(dòng)與上位機(jī)連接的遠(yuǎn)程硬件。本程序利用 shell 函數(shù)執(zhí)行外設(shè)藍(lán)牙在電腦上自動(dòng)安裝的exe 驅(qū)動(dòng)，并在可視界面上顯示藍(lán)牙配對(duì)窗口。

2 界面設(shè)計(jì)

用戶界面是應(yīng)用程序的重要組成部分，應(yīng)具有非常友好的人機(jī)界面，既方便使用，又能體現(xiàn)出絕大部分程序功能。Visual Basic 為用戶提供了如窗體、菜單、各種命令按鈕等大量控件，用戶只需使用鼠標(biāo)將這些控件拖動(dòng)到窗體相應(yīng)位置， 并對(duì)其外觀屬性進(jìn)行簡單設(shè)置，便能設(shè)計(jì)出用戶所需的應(yīng)用程序界面[4]。

窗體是應(yīng)用程序的重要組成部分。在程序運(yùn)行時(shí)，每個(gè)窗體都對(duì)應(yīng)一個(gè)窗口。窗體是用戶和應(yīng)用程序之間的交互接口， 是VB 中的重要對(duì)象，可作為其他控件的 父對(duì)象 。即窗體除具有自身的屬性、方法外，還可以作為其他控件的容器，在其中仿真除窗體之外的其他控件，如文本框、圖片框、按鈕等。窗體文件的擴(kuò)展名為.frm，根據(jù)其功能的不同，可以分為SDI 窗體（單文檔窗體）和 MDI 窗體（多文檔窗體）。該程序的界面設(shè)計(jì)采用多文檔窗體，可對(duì)用戶登錄界面和數(shù)據(jù)可視化界面進(jìn)行窗體操作，使得該程序更人性化和商業(yè)化。該程序界面設(shè)計(jì)如圖 1，圖 2 所示。

圖 1 用戶登錄界面

圖 2 數(shù)據(jù)可視化界面

3 數(shù)據(jù)庫通信設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)在上位機(jī)應(yīng)用控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位，是上位機(jī)應(yīng)用程序連接訪問后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的橋梁。Visual Basic 作為一種功能強(qiáng)大的桌面開發(fā)軟件，為用戶提供了多種訪問數(shù)據(jù)庫的方法。

3.1 Visual Basic訪問數(shù)據(jù)庫的基本原理

Visual Basic 設(shè)計(jì)了多種訪問數(shù)據(jù)庫的方法，其中接口對(duì)象法和數(shù)據(jù)控件法是最基本的兩種方式。DAO、RDO 和ADO 是最常用的訪問數(shù)據(jù)庫的方法。DAO 是利用JET 數(shù)據(jù)庫引擎面向?qū)ο蟮慕涌?；RDO 是用于訪問ODBC 的面向?qū)ο蟮慕涌?；ADO 是基于面向?qū)ο竽Ｐ偷脑L問技術(shù)，這三種方式均通過JET 數(shù)據(jù)庫引擎完成[5]。主要過程為VB 通過用戶界面向數(shù)據(jù)庫發(fā)送連接請(qǐng)求，成功連接后，數(shù)據(jù)庫對(duì)VB 發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和儲(chǔ)存，最后將數(shù)據(jù)處理結(jié)果返回給VB 并顯示。

3.2 關(guān)于數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中一種專門管理數(shù)據(jù)資源的系統(tǒng)。MySQL 是一個(gè)快速、健壯的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。MySQL 數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、安全、功能等方面優(yōu)勢明顯， 如MySQL 的每個(gè)表可以處理多達(dá) 5 千萬條記錄 ；MySQL 數(shù)據(jù)寫入速度相比 SQLServe、Access 提高了約 99%，并優(yōu)化了查詢算法，減少了數(shù)據(jù)查詢用時(shí)；MySQL 設(shè)置了嚴(yán)格的訪問權(quán)限，以保證已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的安全；MySQL 提供了TCP/IP， ODBC 和JDBC 等多種數(shù)據(jù)庫連接方式。

此外，MySQL 占用磁盤空間較少，僅 100 多兆，安裝、啟動(dòng)與執(zhí)行較為方便。對(duì)于一般用戶和中小企業(yè)而言，得益于MySQL 的開源性，大大降低了軟件開發(fā)成本，受到了廣大使用者的歡迎[6]。

3.3 SQL語言

SQL 語言是結(jié)構(gòu)化查詢語言的簡稱。SQL 語言是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)庫查詢和程序設(shè)計(jì)語言，主要用于存取數(shù)據(jù)及查詢、管理和更新關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[7]。

SQL 語言是高級(jí)的非過程化編程語言，可運(yùn)行在許多具有完全不同底層結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間。SQL 語言具有優(yōu)秀的可移植性，基本上獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫本身，可在不同的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)上運(yùn)行。SQL 語句可嵌套使用， 具有極大地靈活性。

3.4 關(guān)鍵程序設(shè)計(jì)

通過用戶界面與數(shù)據(jù)庫的交流和通信，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)化的功能。在本程序設(shè)計(jì)過程中直接操作MySQL 數(shù)據(jù)庫源碼，可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與數(shù)據(jù)庫引擎的鏈接，將接收的多組數(shù)據(jù)打包發(fā)送到數(shù)據(jù)庫中不同表的相應(yīng)位置。因VB 只能將數(shù)據(jù)追加至SQL 源碼，或?qū)υ创a進(jìn)行覆蓋，故在程序設(shè)計(jì)中用到了堆棧操作。堆棧采用先進(jìn)后出（FILO）的方式處理數(shù)據(jù)，因?yàn)閮H讀取上一條發(fā)送的數(shù)據(jù)，故使用堆棧相對(duì)于RAM 更加高效。

程序運(yùn)行流程如圖 3 所示。啟動(dòng)上位機(jī)后， 在用戶交互界面上點(diǎn)擊藍(lán)牙并成功配對(duì)后，VB 會(huì)調(diào)用shell 函數(shù)（shell Bluetooth.exe ，1）啟動(dòng)電腦上的 Bluetooth 設(shè)備界面， 程序先判斷電腦藍(lán)牙是否已與外部收集數(shù)據(jù)的硬件中的內(nèi)部藍(lán)牙完成連接，若未成功連接，則需先啟動(dòng)電腦上自帶的驅(qū)動(dòng)藍(lán)牙。藍(lán)牙連接成功后，點(diǎn)擊測量，上位機(jī)通過藍(lán)牙接收外部硬件發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后保存在堆棧與數(shù)據(jù)庫中，并顯示在交互界面的顯示屏上。上位機(jī)讀取數(shù)據(jù)后用戶將會(huì)進(jìn)行兩種操作，其一，將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)表格進(jìn)行存儲(chǔ)和整理分析操作；其二，用戶調(diào)用上一條已傳送到數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)并查看。

最終效果如圖 4 所示。圖（a）所示為數(shù)據(jù)庫源碼中已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，圖（b）是用戶點(diǎn)擊 測量 后，將上位機(jī)接收到的數(shù)據(jù)顯示在用戶交互界面上，圖（c）是用戶點(diǎn)擊 發(fā)送 后， 上位機(jī)將新接收的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)表格存儲(chǔ)區(qū)域的狀態(tài)。在程序運(yùn)行中圖（a）和圖（c）不可見。

從上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫 MySQL 源碼中特定表格位 置的程序代碼如下（利用堆棧）：

4 結(jié) 語

Visual Basic 功能強(qiáng)大，用戶界面設(shè)計(jì)方便、簡潔，被廣 泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)中 [7]。相比 WiFi 等無線通信 技術(shù)，藍(lán)牙作為一種短距離無線通信技術(shù)，具有低成本、低 功耗和低輻射等特點(diǎn)，成為設(shè)計(jì)上位機(jī)短距離無線數(shù)據(jù)傳輸 的首選。在上位機(jī)與數(shù)據(jù)庫連接和傳輸數(shù)據(jù)的過程中，本文 將 VB6.0 與 MySQL 結(jié)合，利用堆棧原理，將數(shù)據(jù)直接傳輸 到數(shù)據(jù)庫 MySQL 語言源碼中的特定位置，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中數(shù) 據(jù)的調(diào)用。