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LIS系统通讯程序原理与实现 一、BSLIS仪器数据采集方法
BSLIS对检验仪器的数据采集主要通过串行口通讯、USB端口通讯、TCP/IP通讯、定时监控数据库和手工录入等几种方法。串行口通讯最为普遍，采用RS-232C标准，一般的仪器都支持此标准。定时监控数据库对仪器管理机上已有的检验信息数据定时直接进行读取，而后转发到BSLIS系统，一般在国产仪器中较常见。另外，检验科还有很多手工进行测试的项目，其信息的采集主要依靠手工的录入。下面对各种方式进行简要的介绍： （一）RS-232通讯方式
RS-232是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一个接口标准，其全名为RS-232C，其中RS是推荐标准的意思，C代表标准的版本号。该标准是用于连接数据终端设备DTE和数据通讯设备DCE的接口规范。它被广泛应用于检验自动化设备同PC之间的通讯。RS-232C有很多种型号，一般常见的有9脚和25脚两种。该标准支持的速率为0-20000bps，限制电缆长度为50英尺，电缆长度如果大于50英尺时，也可以使用，但为了保证信号的质量，必须仔细测试。 RS-232C标准规定：正电压为3-15V，负电压为-3--15V。但在实现RS-232C标准时各厂家生产的产品并没有完全统一，因此在实际应用中有许多特别情况。 RS-232通讯很受传输距离的限制，但将RS-232接口转换成双端平衡传送和差分接收方法，并对信号进行光电隔离，无需外接电源，可以实现延长RS-232通讯距离和抗干扰保护接口之目的，通讯距离可达2公里。 从通讯方式上来看，目前，根据仪器的不同，主要有两种方式：单向通讯、双向通讯。 Ø 单向通讯：仪器只向LIS工作站发送检验数据，不接收LIS工作站发出的任何指令。 Ø 双向通讯：仪器不仅向LIS工作站发送检验数据，还能接受从LIS工作站发出的指令。 RS-232因价格便宜，应用方便，所以在现代自动化实验室中，约有90%的仪器采用该通讯方式同外部进行数据交换。而且，一些仪器还支持双向通讯。 （二）USB端口通讯
由于信息技术的进步，串口通讯也朝高速化方向发展，近年来在个人计算机的快速发展下，使用串口通讯发展出了USB（Universal Serial Bus，通用串行总线），其信号传输方式也是串行通讯（一次只传送一位）。其通讯速率达12Mbps，在1999年所发表的USB2.0的版本已经将其速度提升到480Mbps。 USB在实验室数据通讯中的应用主要有两种情况。一种是仪器提供USB接口，则可以直接利用USB口进行大批量数据传输（可以传输图片）。另一种，仪器本身没有USB接口，只提供RS-232接口，我们可以将工作站中的USB口转换为RS-232，通过RS-232同仪器进行通讯，这种方式可以利用USB传输速率快，不占用系统资源的优点，将一个USB口转换成多个RS-232口，实现一个工作站连接多台仪器。 一些BSLIS用的计算机主板上仅有1个串口，要实现一台计算机连接多台仪器，可使用USB转串口的方法实现。 补充说明： 在使用USB转串口通讯时候，LIS通讯程序端“校验位”不为“None”，而此时仪器上设置“检验位”为“None”。具体可以在“Even”、“Odd”等中选择一个试验。 （三）TCP/IP通讯方式
目前许多智能仪器均提供了局域网接口，允许用户通过TCP/IP协议与仪器通讯。TCP/IP通讯在实现上经常借助于Socket技术。在不同的平台上有不同的Socket API，开发的模式也不尽相同。 在常见的Microsoft平台下，一般采用WinSock API。Winsock API一般采用异步方式通讯，此时，不能用类似于for 语句的循环来实现对多组数据的发送，更不能用循环语句来接收数据。比如，你可以用for 语句来实现若干文件的复制，这很普遍也很正常，但在 Socket编程以及大多数网络应用编程中都是行不通的，因网络通讯的基本方式是请求和应答。 在Unix平台下大多采用阻塞方式开发，此时可以利用一些传统的方法。 这两种方式，各有优缺点，一般认为对于复杂逻辑采用后者较好，如果采用异步的方式，则要不断更新状态。另外，和所有的通讯编程一样，Socket编程也遵循数据分包传送这一基本规则。也就是说，在 Socket编程中，每次发送和接收一个包，以保证数据传输的安全性和稳定性，同时也不至于过多地占用系统资源。 因为采用网络接口，其通讯速度非常快，功能也很强大，因此，这种通讯方式往往被用于一些需要进行图片传输的仪器，典型的有：拜尔120血液分析仪、B-D公司的流式细胞仪等。但采用此种方法也有一定的缺陷，其主要是接口程序开发相对复杂一些。另外，由于网络病毒的影响，对仪器的正常运行也构成了一定的威胁。 （四）定时监控数据库
采用此种方式的仪器，一般都是一些小规模的产品或国产仪器。该类型仪器在设计同外部进行通讯时没有采用国际标准，甚至有的仪器就没有同外部进行通讯的接口。 对于这种仪器，一般采用的方法是在仪器管理机上植入“DataSpy For BSLIS”（定时数据库监控器），按照一个时间间隔定时扫描相关数据库，再通过串口通讯转发到BSLIS工作站。这种方式通讯的最大优点是，避免了仪器管理机与LIS、HIS的网络连接，减少了网络病毒等不利因素的干扰。典型的仪器如：北京普利生的血流变、一些酶标仪、骨髓分析工作站、精子分析仪、尿液分析工作站等等。 为了提高灵活性和降低医院信息化成本，DataSpy For BSLIS提供了支持BSLIS系统植入到仪器管理机的工作模式。这样可减少1台BSLIS工作站。 （五）手工输入
虽然目前实验室已基本实现了自动化，大量引进自动化分析仪器，但仍有许多项目必须采用手工操作进行分析。在处理此类数据时，必须采用人工录入将项目及其结果引入到系统。对于此类模式，BSLIS提供了灵活多变的“项目组套”，允许成批输入项目，大大提高了工作效率，降低了人工成本。 BSLIS支持的手工输入模式有： 单个样本内项目组套输入、单个样本内新增单个项目输入、批量样本内新增项目组套输入、批量样本内新增单个样本输入。还支持批量删除、批量修改结果等。 二、Windows下RS-232串口通讯实现基本原理和方法
与以往DOS下串口通讯程序不同的是，Windows不提倡应用程序直接控制硬件，而是通过Windows操作系统提供的设备驱动程序来进行数据传递。串行口在Win 32中是作为文件来进行处理的，而不是直接对端口进行操作，对于串口通讯，Win 32 提供了相应的文件I/O函数与通讯函数，通过了解这些函数的使用，可以编制出符合不同需要的通讯程序。与通讯设备相关的结构有COMMCONFIG ，COMMPROP，COMMTIMEOUTS，COMSTAT，DCB，MODEMDEVCAPS，MODEMSETTINGS共7个，与通讯有关的Windows API函数共有26个，详细说明可参考MSDN帮助文件。下面介绍实现串口通讯的三种方法： Ø 方法一：使用微软串口通讯控件MSComm 此方法适用于支持ActiveX/COM技术的任何语言，典型的支持语言有VC++、Delphi、PB、VB等。控件可以在VC++安装盘上找到，文件名为 MsComm32.ocx。 下面以VC++为例说明程序实现： 首先，在对话框中创建通讯控件，若Control工具栏中缺少该控件，可通过菜单Project --> Add to Project --> Components and Control插入即可，再将该控件从工具箱中拉到对话框中。此时，你只需要关心控件提供的对 Windows 通讯驱动程序的 API 函数的接口。换句话说，只需要设置和监视MSComm控件的属性和事件。 在ClassWizard中为新创建的控件定义成员对象（CMSComm m_Serial），通过该对象便可以对串口属性进行设置，MSComm 控件共有27个属性，这里只介绍几个常用属性： 属性名称
属性作用
CommPort
设置并返回通讯端口号，缺省为COM1。
Settings
以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位。
PortOpen
设置并返回通讯端口的状态，也可以打开和关闭端口。
Input
从接收缓冲区返回和删除字符。
Output
向发送缓冲区写一个字符串。
InputLen
设置每次Input读入的字符个数，缺省值为0，表明读取接收缓冲 区中的全部内容。
InBufferCount
返回接收缓冲区中已接收到的字符数，将其置0可以清除接收缓冲区。
InputMode
定义Input属性获取数据的方式（为0：文本方式；为1：二进制方式）。
Rthreshold 和SThreshold
表示在 OnComm 事件发生之前，接收缓冲区或发送缓冲区中可以接收的字符数。
以下是通过设置控件属性对串口进行初始化的实例： BOOL CSampleDlg:: PortOpen()
{
BOOL m_Opened;
......
m_Serial.SetCommPort(2); // 指定串口号
m_Serial.SetSettings("4800,N,8,1"); // 通讯参数设置
m_Serial.SetInBufferSize(1024); // 指定接收缓冲区大小
m_Serial.SetInBufferCount(0); // 清空接收缓冲区
m_Serial.InputMode(1); // 设置数据获取方式
m_Serial.SetInputLen(0); // 设置读取方式
m_Opened=m_Serail.SetPortOpen(1); // 打开指定的串口
return m_Opened;
}
---- 打开所需串口后，需要考虑串口通讯的时机。在接收或发送数据过程中，可能需要监视并响应一些事件和错误，所以事件驱动是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。使用 OnComm 事件和 CommEvent 属性捕捉并检查通讯事件和错误的值。发生通讯事件或错误时，将触发 OnComm 事件，CommEvent 属性的值将被改变，应用程序检查 CommEvent 属性值并作出相应的反应。在程序中用ClassWizard为CMSComm控件添加OnComm消息处理函数： void CSampleDlg::OnComm()
{
......
switch(m_Serial.GetCommEvent())
{
case 2:
// 串行口数据接收，处理；
}
}
Ø 方法二：在单线程中实现自定义的串口通讯类 控件简单易用，但由于必须拿到对话框中使用，在一些需要在线程中实现通讯的应用场合，控件的使用显得捉襟见肘。此时，若能够按不同需要定制灵活的串口通讯类将弥补控件的不足，以下将介绍如何在单线程中建立自定义的通讯类。 该通讯类CSimpleComm需手动加入头文件与源文件，其基类为CObject，大致建立步骤如下： （1）打开串口，获取串口资源句柄 通讯程序从CreateFile处指定串口设备及相关的操作属性。再返回一个句柄，该句柄将被用于后续的通讯操作，并贯穿整个通讯过程。CreateFile()函数中有几个值得注意的参数设置：串口共享方式应设为0，串口为不可共享设备；创建方式必须为OPEN_EXISTING,即打开已有的串口。对于dwFlagAndAttribute参数，对串口有意义的值是FILE_FLAG_OVERLAPPED，该标志表明串口采用异步通讯模式，可进行重叠操作；若值为NULL，则为同步通讯方式，在同步方式下，应用程序将始终控制程序流，直到程序结束，若遭遇通讯故障等因素，将导致应用程序的永久等待，所以一般多采用异步通讯。 （2）串口设置 串口打开后，其属性被设置为默认值，根据具体需要，通过调用GetCommState(hComm,&dcb)读取当前串口设备控制块DCB（Device Control Block）设置，修改后通过SetCommState(hComm,&dcb)将其写入。再需注意异步读写的超时控制设置， 通过COMMTIMEOUTS结构设置超时，调用SetCommTimeouts(hComm,&timeouts)将结果写入。以下是温度监控程序中串口初始化成员函数： BOOL CSimpleComm::Open( ) { DCB dcb; m_hIDComDev=CreateFile( "COM2", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0,NULL,OPEN_EXISTING,FILE_ATTRIBUTE_NORMAL| FILE_FLAG_OVERLAPPED, NULL ); // 打开串口，异步操作 if( m_hIDComDev == NULL ) return( FALSE ); dcb.DCBlength = sizeof( DCB ); GetCommState( m_hIDComDev, &dcb ); // 获得端口默认设置 dcb.BaudRate=CBR_4800; dcb.ByteSize=8; dcb.Parity= NOPARITY; dcb.StopBits=(BYTE) ONESTOPBIT; ...... } （3）串口读写操作 主要运用ReadFile（）与WriteFile（）API函数，若为异步通讯方式，两函数中最后一个参数为指向OVERLAPPED结构的非空指针，在读写函数返回值为FALSE的情况下，调用GetLastError（）函数，返回值为ERROR_IO_PENDING，表明I/O操作悬挂，即操作转入后台继续执行。此时，可以用WaitForSingleObject()来等待结束信号并设置最长等待时间，举例如下： BOOL bReadStatus; bReadStatus = ReadFile( m_hIDComDev, buffer, dwBytesRead, &dwBytesRead, &m_OverlappedRead ); if(!bReadStatus) { if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING) { WaitForSingleObject(m_OverlappedRead.hEvent,1000); return ((int)dwBytesRead); } return(0); } return ((int)dwBytesRead); 定义全局变量m_Serial作为新建通讯类CSimpleComm的对象，通过调用类的成员函数即可实现所需串行通讯功能。与方法一相比，方法二赋予串行通讯程序设计较大的灵活性，端口的读写可选择较简单的查询式，或通过设置与外设数据发送时间间隔TimeCycle相同的定时器：SetTimer(1,TimeCycle,NULL)，进行定时读取或发送。 CSampleView:: OnTimer(UINT nIDEvent) { char InputData[30]; m_Serial.ReadData(InputData,30); // 数据处理 } 若对端口数据的响应时间要求较严格，可采用事件驱动I/O读写，Windows定义了9种串口通讯事件，较常用的有： EV_RXCHAR： 接收到一个字节，并放入输入缓冲区。 EV_TXEMPTY： 输出缓冲区中的最后一个字符发送出去。 EV_RXFLAG： 接收到事件字符(DCB结构中EvtChar成员)，放入输入缓冲区。 在用SetCommMask()指定了有用的事件后，应用程序可调用WaitCommEvent()来等待事件的发生。SetCommMask(hComm,0)可使WaitCommEvent()中止。 Ø 方法三：多线程下实现串行通讯 方法一、二适用于单线程通讯。在很多工业控制系统中，常通过扩展串口连接多个外设，各外设发送数据的重复频率不同，要求后台实时无差错捕捉，采集，处理，记录各端口数据，这就需要在自定义的串行通讯类中创建端口监视线程，以便在指定的事件发生时向相关的窗口发送通知消息。 线程的基本概念可详见VC++参考书目，Windows内部的抢先调度程序在活动的线程之间分配CPU时间，Win 32 区分两种不同类型的线程，一种是用户界面线程UI（User Interface Thread）,它包含消息循环或消息泵，用于处理接收到的消息；另一种是工作线程（Work Thread），它没有消息循环，用于执行后台任务。用于监视串口事件的线程即为工作线程。 多线程通讯类的编写在端口的配置，连接部分与单线程通讯类相同，在端口配置完毕后，最重要的是根据实际情况，建立多线程之间的同步对象，如信号灯，临界区，事件等，相关细节可参考VC++ 中的同步类。 一切就绪后即可启动工作线程： CWinThrea *CommThread = AfxBeginThread(CommWatchThread,// 线程函数名 (LPVOID) m_pTTYInfo, // 传递的参数 THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL, // 设置线程优先级 (UINT) 0, // 最大堆栈大小 (DWORD) CREATE_SUSPENDED , // 创建标志 (LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL); // 安全性标志 同时，在串口事件监视线程中： if(WaitCommEvent(pTTYInfo->idComDev,&dwEvtMask,NULL)) { if((dwEvtMask & pTTYInfo->dwEvtMask )== pTTYInfo->dwEvtMask) { WaitForSingleObject(pTTYInfo->hPostEvent,0xFFFFFFFF); ResetEvent(pTTYInfo->hPostEvent); // 置同步事件对象为非信号态 ::PostMessage(CSampleView,ID_COM1_DATA,0,0); // 发送通知消息 } } 用PostMessage()向指定窗口的消息队列发送通知消息，相应地，需要在该窗口建立消息与成员函数间的映射，用ON_MESSAGE将消息与成员函数名关联。 BEGIN_MESSAGE_MAP(CSampleView, CView) //{{AFX_MSG_MAP(CSampleView) ON_MESSAGE(ID_COM1_DATA, OnProcessCom1Data) ON_MESSAGE(ID_COM2_DATA, OnProcessCom2Data) ..... //}}AFX_MSG_MAP END_MESSAGE_MAP() 然后在各成员函数中完成对各串口数据的接收处理，但必须保证在下一次监测到有数据到来之前，能够完成所有的中间处理工作。否则将造成数据的捕捉错误。 多线程的实现可以使得各端口独立，准确地实现串行通讯，使串口通讯具有更广泛的灵活性与严格性，且充分利用了CPU时间。但在具体的实时监控系统中如何协调多个线程，线程之间以何种方式实现同步也是在多线程串行通讯程序实现的难点。 以VC++ 6.0 为工具，实现串行通讯的三种方法各有利弊： 实现方法
MsComm控件
单线程
多线程
优点
简单易用。
较灵活，利用程序编制简单。可在非对话框的DLL等中使用。
灵活、准确，CPU利用率高，适用于要求较高的实时监控系统。
缺点
只在对话框中使用。
一般只使用一些简单应用，性能不好。
线程的同步较难。
根据不同需要，选择合适的方法，将达到事半功倍的效果。 BSLIS系统需要监控实时性较强的检验仪器设备的数据，运用了第三种原理实现，采用了目前在VC++开发环境下使用较为普遍的CserialPort 类（12-11-1997版），本人对其做了修改，使支持快速接收大批量的检验结果数据。 CserialPort 和对话框通过WM_COMM_RXCHAR等Windows自定义事件传递信息，使用CserialPort类编制程序时，需要在主对话框中处理这些事件的窗口成员函数。 下面是CserialPort类中主要的成员函数功能说明： 成员函数
功能说明
InitPort
带串口参数打开串口，函数参数是波特率、数据位等。调用此函数自动启动串口数据监控。
StartMonitoring
开始数据监控。
RestartMonitoring
在串口参数不修改的情况下，重新启动串口监控。
StopMonitoring
关闭串口数据监控。
SetReadBuffSize
设置每次读取串口数据最大字符个数。Add By Trueway Lee
WriteToPort
向串口写数据。
关于CserialPort类的具体实现请见程序和代码注释。 三、BSLIS通讯程序介绍
BSLIS通讯程序目前最新版本是BSCOM 2.1（20004.03.02），使用VC++ 6.0编制。 通讯程序分两部分组成： Ø BSCOM.EXE 可执行主程序 实现Windows环境下对每个串口的数据监控。收到数据后调用预先关联的仪器DLL，实现数据解析，最终形成统一格式的串口数据文件，以便LIS系统PB管理程序调用处理。 BSCOM.EXE 一般不做修改。涉及到仪器特殊处理的都在DLL内实现。BSCOM.EXE只负责最简单的数据接收和发送处理。 Ø 可自由装配的仪器支持DLL 被 BSCOM.EXE 主程序调用。每个串口对应一个DLL，若两个串口连接同一型号仪器，可关联同一个DLL。DLL主要实现数据解析。每个串口和DLL的关联在BSCOM主程序界面内实现配置。 为了在BSLIS仪器DLL支持代码的书写方便。BSLIS项目组编制了一些字符串函数的通用处理例程。以便精简DLL字符串实现代码，提高程序的可读性和可修改性。关于如何编制仪器支持DLL，详细见《BSLIS仪器DLL编制步骤》。 BSCOM最新版支持仪器双向通讯、使检验工作实现全面自动化。 Ø BSCOM.EXE 主程序和各仪器DLL之间的调用关系： BSCOM 主程序 串口1 串口2 串口3
LIS_NOVA.DLL
NOVA血气分析仪
LIS_ACT5.DLL ACT5分类血球仪
LIS_HITACHI7020.DLL 日本 7020 生化分析仪
四、BSLIS通讯程序实现流程
BSCOM主程序 m_Port （1个串口对应1个对象）
CPortPropertyPage::OnCommunication() 发数据 收数据 { ... // 根据DLL名调用相关仪器解析库函数 串口多线程监控循环 ReceiveChar(...); ... } CComDlg::ThreadProc( ) 定时发回应码 多线程回应监控 CComDlg::OnTimer(UINT nIDEvent) 发送线程消息
仪器支持DLL内部 pParser（多线程解析对象） （一种仪器对应一个DLL） （2） 调用解析函数 ResolveData(...) // 内部解析函数 多线程循环 ReceiveChar(...) // 引出函数 { （3）删除结点 （1）取结点 ... TfxSendAck(...); // 遇到特殊字符发回应 ... 解析数据队列 // 向解析数据队列内加结点 pParser->AddBuff (m_sData); }
串口解析后文件
LIS系统PB管理程序 Ø 从串口解析后文件导入数据； Ø 从数据库中取得项目信息； Ø 形成报告数据； Ø 审核； Ø 打印。
检验仪器设备
五、BSCOM主程序内部实现介绍
下面是 BSCOM 应用程序主要用到的内部实现类及其成员函数说明：
（具体函数调用关系请看BSCOM.EXE 源代码和注释） 类名称
成员函数
通途说明
CComApp
BSCOM应用程序对象。
InitInstance
应用程序入口。
OnceInstance
判断是否已存在程序实例。
ExitInstance
应用程序出口。
CComDlg
BSCOM主程序窗口对象。
OnInitDialog
初始化对话框。实现自动创建多个串口配置页面入口，并进行共享内存初始化。
ThreadProc
多线程回应监控。监控来自DLL对串口的数据发送事件。
OnTimer
定时执行事件。用于定时对仪器发送数据，以实现一些预发数据才可收数据的仪器。
DoThread
创建回应监控线程。被OnInitDialog调用。
InitProperty
动态创建串口配置界面。 被OnInitDialog调用。
CPortPropertySheet
容器，用于存放若干个CPortPropertyPage。
CPortPropertyPage
每个串口的参数配置页对象。
GetAck
用界面中的“回应码”设置序列形成向仪器发送的回应字符串。
Init
初始化基本界面元素数据。
SetComNo
刷新界面中本地支持的仪器列表。
ReadIniFile
从INI配置文件获得串口设置。
OnComopen
根据配置参数打开串口。
InitComPtr
根据仪器名称设置，动态载入相关仪器DLL。
OnCommunication
通讯处理事件，被串口对象在收到数据后触发调用，在此函数中再调用DLL中的相关数据处理函数 ReceiveChar。
CSerialPort
串口类。每个CPortPropertyPage页面中包含一个CserialPort类用于监控一个串口数据。同时支持向串口发送数据。
InitPort
根据参数打开串口。
WriteToPort
向串口发送数据函数。
SetReadBuffSize
设置每次读取串口数据最大字符个数。
六、几种BSLIS和仪器通讯方式说明
BSLIS和仪器有三种通讯方式： Ø 其一：直接连接 检验仪器
BSLIS计算机
串口 并口
这种方式最普通，绝大多数仪器和BSLIS联网采用此方式。 Ø 其二：间接连接 检验仪器
仪器管理机 DataSpy监控
串口 并口
BSLIS计算机
串口 并口 TCP/IP
中间通过仪器自带的管理机连接，这种情况下，需要在仪器管理机上安放DataSpy监控程序监控数据再发送到BSLIS系统所在PC。这种模式搞清楚管理机上的数据格式是关键，一般为Access数据库或者DBF文件。
这种模式BSCOM.EXE 统一使用 LIS_DATASPY.DLL 解析数据，DataSpy监控程序需针对每种仪器型号编制不同的程序。 Ø 其三：特殊间接连接 检验仪器
仪器管理机 BSLIS系统
串口 并口
这种模式是第二种模式的一个特例。
第二种模式连接的必要条件：管理机上有空余串口。在没有空余串口时，我们只能把BSLIS系统“植入”仪器管理机，采取第三种模式。 第三种模式连接的必要条件：管理机能联上局域网，和医院LIS系统网络实现互通（需经过仪器公司、检验科确认），这样做需要仪器承担联网后不安全以及影响仪器正常工作的各项因素的风险，所以一定要确认。请LIS实施工程师注意做好这项工作。
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