WPF：Modbus 状态监控

环境： VS2022+.Net Framework4.8

NuGet包：EasyModbusTCP 5.6.0

程序名：WPFA_EasyModbus

一、功能概述

这是一个基于 WPF (.NET) 的 Modbus TCP 工业设备点位状态监控与控制系统，主要用于与 PLC/工业控制器通过 Modbus TCP 协议通讯，实时监控和操控现场设备的数字量点位。

功能模块	说明
连接管理输入	IP 和端口，连接/断开 Modbus TCP 服务器（默认 192.168.0.7:8234）
离散输入监控	轮询读取 8 路离散输入（DI0~DI7），如"开关灯/称重电源""拍照""测厚""称重""去皮"等按钮/信号状态
线圈状态监控	轮询读取 9 路线圈（CO1、CO3、CO4、CO5、CO8、CO9、CO11、CO13、CO14），如"拍照灯""按钮灯""伸缩杆抬起/压下""照明灯""测厚启动""称重启动"等
线圈写控制	每个线圈点位提供 ON/OFF 按钮，可远程写单个线圈
LED 指示灯	绿色=ON，灰色=OFF，通过 BoolToBrushConverter 或 Color 属性绑定实现
运行日志	带时间戳的日志输出，支持清空
断线自动重连	轮询线程中发现连接断开时自动重连
资源释放	窗口关闭时停止轮询、断开连接、释放资源

二、技术栈分析

技术	用途
WPF (.NET Framework / .NET)	UI 框架，XAML 声明式界面
C#	主要开发语言
MVVM 模式	UI 与逻辑解耦的架构模式
EasyModbus	第三方 Modbus TCP 客户端库，负责 ModbusClient 的读写
数据绑定 (DataBinding)	{Binding} 实现 UI 与 ViewModel 的自动同步
ICommand / Relay	Command 命令模式，替代事件处理
INotifyPropertyChanged	属性变更通知机制，驱动 UI 更新
ObservableCollection	集合变更通知，用于 ItemsControl 绑定
IValueConverter	BoolToBrushConverter 布尔→画刷转换
Task / CancellationToken	后台轮询线程与取消机制
Dispatcher	跨线程更新 UI（后台线程 → UI 线程）
IDisposable	资源释放模式
StringFormat / RelativeSource	XAML 高级绑定技巧（如 {0}:True 参数拼接、AncestorType=Window 找上级 DataContext）

三、MVVM 设计框架原理与应用详解

1、 MVVM 基本原理

MVVM（Model-View-ViewModel）是 MVC 的 WPF 特化版本，核心思想是通过数据绑定把视图和逻辑分离，让 UI 开发者只关心 XAML，逻辑开发者只关心 ViewModel。
View：只负责界面呈现和绑定，几乎不含业务代码
ViewModel：持有状态（属性）和行为（命令），通过 INotifyPropertyChanged 通知 View 更新
Model：数据实体和业务服务（如 BitStatusItem、ModbusService）

关键机制：

数据绑定：View 用 {Binding Xxx} 连接到 ViewModel 的属性，属性变化自动刷新 UI。
命令绑定：View 用 Command="{Binding XxxCommand}" 调用 ViewModel 的方法。
双向绑定：TextBox Text="{Binding IpAddress, UpdateSourceTrigger=PropertyChanged}" 用户输入自动写回 ViewModel。

2、具体应用

（1）Model 层

类	角色
BitStatusItem	单个点位数据模型（Address / Name / Value / ValueText / Color），实现 INotifyPropertyChanged
ModbusService	业务服务模型：封装 EasyModbus 客户端、连接、轮询、读写线圈，并持有两个 ObservableCollection

BitStatusItem.Value 的 setter 是典型的模型自通知

public bool Value
{
get => _value;
set
{
if (_value != value)
{
_value = value;
OnPropertyChanged(); // 通知 Value 变化
OnPropertyChanged(nameof(ValueText)); // 联动通知 ValueText
OnPropertyChanged(nameof(Color)); // 联动通知 Color
}
}
}

这样 UI 上绑定的 {Binding ValueText}、{Binding Color} 会自动刷新，无需手动更新界面。

（2）ViewModel 层

MainViewModel 是核心，它：

持有 Model：_service = new ModbusService()
暴露集合给 View：

public ObservableCollection DiscreteInputs => _service.DiscreteInputs;
public ObservableCollection Coils => _service.Coils;
暴露属性：IpAddress、Port、IsConnected、IsPolling、LogText，均通过 SetProperty 触发通知
暴露命令（ICommand）：
- ConnectCommand / DisconnectCommand
- StartPollCommand / StopPollCommand
- WriteCoilCommand
- ClearLogCommand

MainViewModel 继承自 ViewModelBase，后者实现了 INotifyPropertyChanged 和泛型 SetProperty辅助方法：

复制代码

protected bool SetProperty<T>(ref T field, T value, [CallerMemberName] string name = null)
{
    if (Equals(field, value)) return false;
    field = value;
    OnPropertyChanged(name);
    return true;
}

$CallerMemberName$ 让调用处写 SetProperty(ref _port, value) 即可自动传入属性名 "Port"，减少硬编码。

（3）View 层

MainWindow.xaml 中几乎没有业务逻辑，全部是声明式绑定：

① 绑定 ViewModel 作为 DataContext

复制代码

<Window.DataContext>
    <vm:MainViewModel/>
</Window.DataContext>

② 属性双向绑定

复制代码

<TextBox Text="{Binding IpAddress, UpdateSourceTrigger=PropertyChanged}"/>
<TextBox Text="{Binding Port, UpdateSourceTrigger=PropertyChanged}"/>

③ 命令绑定按钮

复制代码

<Button Content="连接" Command="{Binding ConnectCommand}"/>
<Button Content="开始轮询" Command="{Binding StartPollCommand}"/>

④ 集合绑定

复制代码

<ItemsControl ItemsSource="{Binding DiscreteInputs}">
    <ItemsControl.ItemTemplate>
        <DataTemplate>
            <TextBlock Text="{Binding Name}"/>
            <TextBlock Text="{Binding ValueText}"/>
        </DataTemplate>
    </ItemsControl.ItemTemplate>
</ItemsControl>

⑤ 跨层级命令绑定

（ItemsControl 内每个 DataTemplate 的 DataContext 是 BitStatusItem，要访问 MainViewModel 的 WriteCoilCommand 必须向上找）：

这里 RelativeSource AncestorType=Window 沿可视化树向上找 Window，取其 DataContext（即 MainViewModel）的 WriteCoilCommand，并把 Address:True 作为参数传过去。

⑥ 值转换器（布尔→颜色）：

复制代码

<Border Background="{Binding IsConnected, Converter={StaticResource BoolToBrush}}"/>

（4）命令模式 RelayCommand

复制代码

public class RelayCommand : ICommand
{
    private readonly Action<object> _execute;
    private readonly Predicate<object> _canExecute;
    public bool CanExecute(object p) => _canExecute == null || _canExecute(p);
    public void Execute(object p) => _execute(p);
    public event EventHandler CanExecuteChanged
    {
        add    { CommandManager.RequerySuggested += value; }
        remove { CommandManager.RequerySuggested -= value; }
    }
}

RelayCommand 让 ViewModel 用一个 Lambda 即可定义按钮行为，不必为每个按钮写 Click 事件处理函数。

例：

复制代码

WriteCoilCommand = new RelayCommand(param =>
{
    if (param is string s && s.Split(':').Length == 2)
    {
        if (int.TryParse(s.Split(':')[0], out int addr) &&
            bool.TryParse(s.Split(':')[1], out bool val))
        {
            _service.WriteCoil(addr, val);
        }
    }
});

XAML 传参 CommandParameter="{Binding Address, StringFormat={}{0}:True}"，产生如 "1:True" 字符串，ViewModel 解析后调用服务。

3 线程与 MVVM 的配合

Modbus 轮询是后台线程，而 UI 只能在 UI 线程更新，因此：

复制代码

System.Windows.Application.Current?.Dispatcher.Invoke(() => item.Value = v);

Dispatcher.Invoke 把"设置属性"的操作切到 UI 线程执行。由于 BitStatusItem 实现了 INotifyPropertyChanged，一旦 UI 线程设值，WPF 绑定系统会自动刷新对应控件。

日志同理：

复制代码

private void OnLog(string msg)
{
    var dispatcher = System.Windows.Application.Current?.Dispatcher;
    dispatcher.Invoke(() => LogText += msg + Environment.NewLine);
}

4 资源释放的 MVVM 处理

View 不直接调业务方法，而是通过 ViewModel 暴露的 DisposeService() 释放，避免 View 依赖 ModbusService：

复制代码

// MainWindow.xaml.cs
protected override void OnClosed(EventArgs e)
{
    (DataContext as ViewModels.MainViewModel)?.DisposeService();
    base.OnClosed(e);
}

// MainViewModel
public void DisposeService() => _service.Dispose();

这样 View 只知道"要在关闭时通知 ViewModel"，不知道具体怎么释放，符合 MVVM 解耦原则。

5 MVVM 在本程序中的优势总结

优势	体现
UI 与逻辑彻底解耦	XAML 中无一行 C# 业务代码，ViewModel 不引用任何 WPF 控件
可测试性	可对 MainViewModel、ModbusService 写单元测试，无需启动 UI
可维护性	修改界面不影响逻辑，修改逻辑不影响界面
数据驱动	属性改变自动刷新 UI，避免手动 textBox.Text = ...
命令驱动	用 ICommand 替代事件，便于统一管理启用/禁用状态
可扩展性	增加新点位只需在 ModbusService 初始化列表增加一行；增加新功能只需在 ViewModel 加命令，XAML 加绑定

四、源码

复制代码

https://download.csdn.net/download/dalong10/93471541