在上位机软件开发中，除了向设备发送控制指令之外，还有一个非常常见的功能，就是实时监控设备的运行状态。
例如一台自动化设备，上位机可能需要持续显示：
设备是否在线
当前运行模式
温度
电压
转速
运行时间
当前任务状态
设备是否处于忙碌状态
这些状态通常来自串口、TCP、CAN 或其他通信方式。
如果把所有状态处理都直接写在界面代码中，随着设备参数越来越多，代码会变得比较混乱。因此实际开发中，可以单独设计一个设备状态监控模块，由它统一接收、保存和通知设备状态变化。
本文简单介绍一种 C# 上位机状态监控系统的实现思路。
一、状态监控系统主要做什么
状态监控和设备控制的作用并不完全一样。
设备控制主要是：
上位机
↓
发送指令
↓
设备执行
而状态监控更多是：
设备
↓
周期上传数据
↓
上位机接收
↓
解析状态
↓
更新内存数据
↓
刷新界面
例如设备每隔1秒上传一次：
温度：36.5℃
电压：12.1V
转速：1200 RPM
状态：Running
上位机收到以后，需要将最新数据保存下来。
一个比较简单的结构可以设计成：
Device Communication
↓
Protocol Parser
↓
DeviceStateMonitor
↓
DeviceState
↓
UI
通信模块只负责收发数据。
协议模块负责解析数据。
DeviceStateMonitor 负责维护当前状态。
界面只读取或者监听状态变化。
这样各个模块职责会比较清楚。
二、定义设备状态模型
首先可以定义一个 DeviceState，用于保存设备当前状态。
例如：
public class DeviceState
{
public bool IsOnline { get; set; }
public DeviceRunState RunState { get; set; }
public double Temperature { get; set; }
public double Voltage { get; set; }
public int Speed { get; set; }
public DateTime LastUpdateTime { get; set; }
}
设备运行状态可以使用枚举：
public enum DeviceRunState
{
Unknown,
Idle,
Running,
Paused,
Stopped
}
例如当前设备状态：
DeviceState state = new DeviceState
{
IsOnline = true,
RunState = DeviceRunState.Running,
Temperature = 36.5,
Voltage = 12.1,
Speed = 1200,
LastUpdateTime = DateTime.Now
};
这样相比在程序中到处使用：
double temperature;
double voltage;
bool connected;
int state;
统一使用 DeviceState 会更加方便。
后续如果设备增加：
压力
流量
电流
工作模式
也可以继续在状态模型中扩展。
三、实现设备状态监控器
接下来创建 DeviceStateMonitor。
它主要负责维护当前设备状态。
例如：
public class DeviceStateMonitor
{
private DeviceState currentState =
new DeviceState();
public DeviceState CurrentState
{
get
{
return currentState;
}
}
public void Update(DeviceState newState)
{
currentState = newState;
currentState.LastUpdateTime =
DateTime.Now;
}
}
设备收到新的数据后：
DeviceState state = new DeviceState
{
IsOnline = true,
RunState = DeviceRunState.Running,
Temperature = 38.2,
Voltage = 12.3,
Speed = 1250
};
monitor.Update(state);
然后其他模块可以读取：
Console.WriteLine(
monitor.CurrentState.Temperature
);
这种实现比较简单。
但在真实上位机软件中，通常还需要解决一个问题：
状态变化以后，如何通知界面刷新？
因此可以增加状态变化事件。
四、设备状态发生变化时通知界面
可以在 DeviceStateMonitor 中增加一个事件：
public class DeviceStateMonitor
{
private DeviceState currentState =
new DeviceState();
public event Action<DeviceState>
StateChanged;
public DeviceState CurrentState
{
get
{
return currentState;
}
}
public void Update(DeviceState newState)
{
currentState = newState;
currentState.LastUpdateTime =
DateTime.Now;
StateChanged?.Invoke(currentState);
}
}
界面或者业务模块进行订阅：
monitor.StateChanged += state =>
{
Console.WriteLine(
$"当前温度：{state.Temperature}"
);
Console.WriteLine(
$"当前转速：{state.Speed}"
);
};
以后每次收到新的设备数据：
monitor.Update(state);
都会触发 StateChanged。
整体过程变成：
设备上传数据
↓
解析 DeviceState
↓
DeviceStateMonitor.Update
↓
StateChanged
↓
界面刷新
如果使用 WPF，还可以继续结合：
INotifyPropertyChanged
或者 MVVM 数据绑定。
这样状态变化之后，界面可以自动刷新，不需要手动给每一个控件赋值。
五、如何判断设备是否掉线
设备状态监控除了显示温度、电压等数据之外，还有一个比较重要的功能：
判断设备是否在线。
例如设备正常情况下每隔2秒上传一次状态。
如果：
10秒没有收到任何设备数据
通常就可以认为设备已经离线。
前面 DeviceState 中已经保存：
LastUpdateTime
因此可以定时检查：
public bool CheckOnline()
{
TimeSpan timeout =
DateTime.Now -
currentState.LastUpdateTime;
if(timeout.TotalSeconds > 10)
{
currentState.IsOnline = false;
return false;
}
currentState.IsOnline = true;
return true;
}
例如：
正常：
12:00:01 收到数据
12:00:03 收到数据
12:00:05 收到数据
设备异常：
12:00:05 最后一次数据
12:00:15 仍然没有新数据
此时：
IsOnline = false
界面可以显示：
设备离线
这种方式比单纯判断：
TcpClient.Connected
更加可靠。
因为 TCP 连接对象显示 Connected，并不一定代表设备当前真的可以正常通信。
实际项目中通常会结合：
TCP连接状态
心跳数据
最后一次收到设备数据的时间
共同判断设备是否在线。
六、状态监控在实际上位机中的扩展
基础的状态监控完成以后，后续通常还会继续增加一些功能。
只通知真正发生变化的状态
例如设备每秒上传一次温度：
36.5
36.5
36.5
36.5
如果数据完全没有变化，没有必要每次都刷新整个界面。
可以比较新旧状态：
if(oldState.RunState != newState.RunState)
{
// 运行状态发生变化
}
对于部分状态，可以只在变化时通知。
保存一定时间的历史数据
例如：
10:01:01 35.2℃
10:01:02 35.5℃
10:01:03 35.7℃
10:01:04 36.0℃
可以保存最近：
100条
或者：
最近10分钟
的数据。
后续就可以用于：
实时曲线
趋势分析
状态回放
不过需要注意不要无限保存。
例如可以使用 Queue：
Queue
超过最大数量后删除最早的数据。
区分快速数据和普通状态
有些设备状态更新频率很高。
例如：
传感器采样数据：100ms一次
设备运行模式：几分钟才变化一次
可以分别管理：
RealtimeData
DeviceState
避免所有数据都使用一个大型 DeviceState 对象频繁刷新。
和报警模块进行配合
状态监控主要负责：
当前设备是什么状态
而异常报警负责：
这个状态是否正常
例如：
DeviceStateMonitor
↓
Temperature = 85℃
↓
AlarmChecker
↓
温度过高报警
这样状态监控和报警系统可以保持独立。
一个相对完整的 C# 上位机结构可以是：
通信模块
↓
协议解析
↓
状态监控
↓
业务逻辑
↓
界面显示
同时：
状态监控
↓
异常检测
↓
报警系统
这种设计在设备越来越复杂以后会比较容易维护，也方便以后增加新的设备参数、状态类型和监控功能。
