C# 上位机开发学习笔记『12』- 三层分级配置文件

上位机与下位机通讯是经过物理介质连接设备, 通过特定通讯协议, 访问变量地址, 最终得到变量, 以周期性或者其他方式读或者写变量, 通过这种方式可以把整个通讯过程按层级进行划分

为什么需要三层分级？

在实际项目中，设备通讯有明显的层次关系：

• 「最底层是物理/链路层」：一台设备对应一个串口（或TCP连接），有固定的波特率、奇偶校验、扫描周期、超时时间、连接状态等。这些是“设备级”属性，属于Device层。
• 「中间是协议分组层」：同一设备上往往有多个通讯功能块。比如Modbus通讯协议下面，功能码03读保持寄存器为一组，功能码06写单个寄存器为另一组；或者不同地址段分批读写以优化效率。这些分组有起始地址、读写数量、功能码、数据类型转换规则等，属于Group层。
• 「最上层是业务变量层」：最终我们关心的不是寄存器，而是“温度”“压力”“运行状态”等工程量。每个变量有名称、单位、量程上下限、报警阈值、是否参与趋势曲线、是否需要死区滤波等，属于Variable层。

如果把这三层混在一起配置，修改一个寄存器地址可能要翻遍代码；加一台新设备就要复制粘贴一堆代码。三层分级后，每一层职责单一，修改互不干扰，配置即插即用。

这种分层符合“单一职责原则”和“开闭原则”：新增协议只需扩展Group类型，新增变量只需加Variable节点，核心轮询逻辑几乎不动。

三层模型的具体定义

1. Device层 (设备层或者物理层)

包含的属性: 设备名称, 设备连接状态, 首次连接标志位, 串口号, 波特率, 停止位, 奇偶校验, 数据位, 断线检测...

特点：一台物理设备对应一个Device实例，通常是根节点

1. Group层 (组层或者协议层)

包括的属性: 组名称, 组状态, 重连次数, 延迟时间, 从站地址, 存储区, 起始地址, 读写数量...

特点：一个Device下可以挂多个Group，实现分批轮询、读写分离，避免单次请求过长导致超时

1. Variable层 (变量层)

包括的属性: 变量名称, 变量地址, 数据类型, 斜率, 偏置, 高报警开启, 低报警开启, 高报警值, 低报警值, 最大值, 最小值...

特点：最贴近工艺人员视角，一个Group下通常挂10-50个变量

配置界面：TreeView + PropertyGrid 的组合

实际开发中，使用WinForms的TreeView控件做主配置树，左侧显示层次结构，右侧用PropertyGrid显示选中节点的详细属性。

典型树形结构如下：

选中任意节点，右侧PropertyGrid自动显示对应类的属性，修改后实时保存 

配置完成后，可以通过序列化保存成JSON格式。JSON结构自然嵌套

运行时加载与轮询逻辑

程序启动时，读取JSON，反序列化成对象列表（用Newtonsoft.Json）。

然后启动一个后台线程（或Timer），按Device遍历：

1. 检查连接状态，不通则尝试重连。
2. 遍历每个Group，根据协议类型调用对应通讯库（这里可以用之前写的ModbusLib通讯库）。
3. 批量读写后，把原始数据解析到Variable实例，应用比例、偏移、报警判断。
4. 触发UI更新、报警事件、历史记录等。