作者：刘刚
数据采集是指通过上位机把数据采集到服务器数据库中，是一些生产调度监测系统合远程控制的核心技术。Delphi是一种功能强大的高级编程语言，其具有可视化面向对象的特征，特别适合Windows平台下的图形界面和用户程序的编制，利用delphi这种编程语言就可以开发出稳定高效的远程多串口数据采集程序。它比VisualBasic的优势在于它支持多线程方式编程，适合开发多串口数据采集程序，下面我就介绍一下在Windows平台下用Delphi开多串口数据采集程序的方法。
1 串口工作原理及软件实现方法
串口进行通信的方式有两种：同步通信方式和异步通信方式。同步通信方式要求通信双方以相同的时钟频率进行，而且准确协调，通过共享一个单个时钟或定时脉冲源保证发送方和接收方的准确同步，效率较高；异步通信方式不要求双方同步，收发方可采用各自的时钟源，双方遵循异步的通信协议，以字符为数据传输单位，发送方传送字符的时间间隔不确定，发送效率比同步传送效率低。
在Windows平台下，Win32 API支持同步和异步两种I/O操作。同步操作的方式的程序设计相对比较简单，但是I/O操作函数在I/O操作结束前不能返回，这将挂起调用线程，直到I/O操作结束；异步操作方式要相对复杂一些，但是可以让I/O操作在后台运行，而不会挂起调用线程，这在大数据量通信情况下对改善调用线程的响应速度是相当有效的。同时由于Win9x和WinNT下对串行通信的处理不同，这就导致了在Win9x下开发的同步方式串行通信程序在NT下会发生工作线程之间的协作阻塞，即当读线程在等待WaitCommEvent的时候，写线程不能正常工作，停在那里，整个程序处于瘫痪状态。这个问题是Windows的API函数处理串行通信的一个BUG，所以对于适应性强的程序都是选择异步方式。下面，本文对在Windows平台下对串口进行开发的方法进行介绍：
1． 汇编程序直接读写串口
汇编语言的编译效率和执行效率都很高，使用汇编语言直接对串口进行操作可以部分弥补串行通信速度较慢的缺陷，具体做法是：用汇编语言编写读、写串口的函数，在通信程序中直接调用，或者在Delphi中直接内嵌汇编程序进行对端口的读写。
例如： asm
mov dx,0001h mov ax,005eh int 14h end;
这样可以达到直接读到端口的效果。但是在WinNT和Win2000下，系统使用了保护机制，不允许用户态的程序直接读取端口，所以在WinNT和Win2000下，这种方法不能被允许执行。Ring3的用户态的程序要进入Ring0去读写端口必须先提供一个驱动（sys）程序，然后通过DLL导出函数供用户程序调用，显然，这种方法比较不容易实现。
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2． 使用API函数进行串口编程
Windows系统通信一般都以WOSA（Windows Open Service Architecture，即Windows开放式服务体系）模型为基础，在此模型中位于上层的应用程序通过调用各种通信API（Application Programming Interfaces，即应用程序接口）与位于下层的设备驱动程序进行数据交换。
在Windows平台下，Windows将设备看作是文件进行管理，对设备的操作也可以看作是对文件的操作。Win32 API提供了CreateFile（），WriteFile（），ReadFile（），WaitForSingleObject（），WaitForMultipleObjects（），CreateEvent（），CreateMutex（），CreateSemaphore（），CreateThread（）等函数，其基本步骤如下：
（1） 利用CreateFile（）函数打开串口。该函数有七个参数，其中dwCreationDistribution参数取OPEN_EXISTING，表明打开的串口对应于实际的物理串口；lpFileName参数是要打开的串口名称，如\"COM1\"；DwFlagsAndAttributes参数决定对串口的操作是同步操作还是异步操作；DwDesiredAccess参数是访问方式，可取GENERIC_READ或GENERIC_WRITE；DwShareMode参数是共享模式，对串口物理设备必须取0；LpSecurityAttributes参数是安全属性，取值为NULL；DwFlagsAndAttributes是文件属性和标识，一般取值为FILE_ATTRIBUTE_NORMAL。该函数返回串口操作的句柄。
（2） 对该串口句柄对应的设备进行配置，如波特率、数据位、停止位、是否奇偶校验等。这部分首先使用GetCommState（）函数得到当前的串口配置信息，将这些信息存放在一个DCB结构中，然后对该DCB结构里面的内容进行重新按要求设置，最后调用SetCommState（）函数使修改的设置生效。
（3） 配置串口事件。SetCommMask（）函数可以设置多个串口信息事件，其串口的信息事件可以是以下任意的组合：
EV_BREAK：在输入时Windows检测到中断； EV_CTS ：CTS信号改变状态； EV_DSR ：DSR信号改变状态； EV_ERR ：发生线状态错误； EV_RING ：检测到振铃指示；
EV_RLSD ：接收线信号探测状态发生改变；
EV_RXCHAR：接收缓冲区里收到字符；EV_RXFLAG：收到事件字符，并放入接收缓冲区； EV_TXEMPTY：输出缓冲区空。
（4） 创建串口监视线程监视串口事件。首先使用WaitForSingleObject（）、WaitForCommEvent（）、WaitForMultipleObjects（）等等待函数对线程进行控制，当没有数据收发时，将线程阻塞，减少其CPU的资源占用；当有数据收发时，线程自动启动，完成数据的收发。最后调用CreateThread（）函数启动线程。
（5） 串口使用结束，用CloseHandle（）函数关闭串口，回收资源。
由此可见，利用Win32 API函数编写串口通信程序比较复杂，需要掌握大量的系统和通信知识，其优点是实现的功能强大，应用面广泛，适合编写较为复杂的低层次应用程序。
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3． 使用MSComm控件进行串口编程
Microsoft Communication Control（MSComm）是Microsoft公司提供的Windows下串行通信编程的AcitiveX控件。该控件具有丰富的与串口通信密切相关的属性及事件，提供了一系列标准通信命令接口，可以用它创建全双工、事件驱动、高效实用的通信程序。MSComm控件通过串口传输和接收数据，为应用程序提供串行通信功能。
MSComm的主要属性及事件：
（1） CommPort：设置或返回串行端口号，缺省值1；
（2） Setting：设置或返回串口通信参数，格式为\"波特率，奇偶校验位，数据位，停止位\"；
（3） PortOpen：打开或关闭串行端口；
（4） InBufferSize：设置或返回接收缓冲区的大小，缺省值为1024字节；
（5） InBufferCount：返回接收缓冲区内等待读取的字节数，可通过设置该属性为0来清空接收缓冲区；
（6） RThreshold：该属性为一阀值，它确定当接收缓冲区内的字节个数达到或超过该值后就产生代码为ComEvReceive的OnComm事件；
（7） SThreshold：该属性为一阀值，它确定当发送缓冲区内的字节个数少于该值后就产生代码为ComEvSend的OnComm事件；
（8） InputLen：设置或返回接收缓冲区内用Input读入的字节数，设置该属性为0表示Input读取整个缓冲区的内容；
（9） Input：从接收缓冲区读取一串字符；
（10） InputMode：返回从Input中取回的数据类型，可以是ANSI码和二进制数据数组；
（11） OutBufferSize：设置或返回发送缓冲区的大小，缺省值为512字节；
（12） OutBufferCount：返回发送缓冲区内等待发送的字节数，可通过设置该属性为0来清空缓冲区；
（13） OutPut：向发送缓冲区传送一串字符。
如果在通信过程中发生错误或事件，就会触发OnComm事件，并由CommEvent属性代码反映错误类型，在通信程序的设计中可根据该属性值来执行不同的操作。CommEvent属性值及其含义如下：
（1） ComEvSend：值为1，发送缓冲区的内容少于SThreshold指定的值；
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（2） ComEvReceive：值为2，接收缓冲区内字符数达到RThreshold指定的值；
（3） ComEvFrame：值为1004，硬件检测到帧错误；
（4） ComEvRxOver：值为1008，接收缓冲区溢出；
（5） ComEvTxFull：值为1010，发送缓冲区溢出；
（6） ComEvRxParity：值为1009，奇偶校验错误；
（7） ComEvEOF：值为7，接收数据中出现文件尾（ASCII码为26）字符。
所以，MSComm控件主要提供下列两种处理通信的方式：
（1） 事件驱动通信方式。当串口发送或接收到数据时，可以利用MSComm控件OnComm事件捕获并处理这些通信事件。OnComm事件还可以检查和处理通信错误。
（2） 查询方式。在关键程序之后可以通过检查CommEvent属性来查询事件和错误。 3 系统功能设计
本远程数据采集子系统就是利用MSComm控件，通过Moderm同远端的下位机进行通信，发送命令，获得下位机采集的实时数据，通信流程如下：
初始化Modern
成 功? 拨号等待
成 功?
发送控制命令 出错返回 接收数据
数据接收完毕挂机
当PC机检测到下位机摘机的信号，将控制命令写入MSComm的发送缓冲区，控制命令为定长的数据
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报，格式如下：
命令代码 8位 起始时间 16位 终止时间 16位 校验码 16位
其中，当命令代码不是向下位机要数据的命令的时候，起始时间和终止时间均为0。下位机上传的数据报也为定长数据报，格式如下：
数据报标志 16位 数据报序号 16位 序号校验码 16位 数据 1024B 结束标志 16位
数据报标志表明正在传输是数据，为0xFFFF，数据报序号说明当前传输的是第几个数据报，当序号校验码出错时，PC机停止接收数据，并向下位机发重传命令，此时控制命令的起始时间字段填入需要重传的数据报的序号。最后一个数据报将结束标志置为0xFFFF，检测线程检测到该标志时，认为数据接收完毕，向主线程发消息，通知主线程做进一步的处理。
数据传输模式采用二进制数据流形式即MSComm的InputMode属性设置为ComInputModeBinary，收到数据之后使用如下程序进行转换
vDataBuffer: oleVariant; DataBuffer: variant;
vDataBuffer := MSComm1.Input;
DataBuffer := VarArrayCreate([0,2048], varByte); DataBuffer := vDataBuffer;
主线程向下位机发要数据命令的同时，生成检测线程，每收到1032个字节，检测线程对收到的数据报的结束标志和数据报序号进行检验，发现数据报序号错误立即向主线程发错误消息，主线程停止从缓冲中取数据，向下位机发重传数据报的命令。检测线程发现数据报接收完毕，向主线程发消息，主线程结束检测线程，回收资源。
清楚了用Delphi进行多串口数据采集的思想和方法再结合数据库编程技术，我们就可以很容易的编制出高效稳定的数据采集程序，串口编程应用范围很广，例如监控、远程医疗、工业控制等方面都有着广泛的应用。
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