# 智能设备生产监控系统

**Repository Path**: Yubin1874/SmartDeviceMonitor

## Basic Information

- **Project Name**: 智能设备生产监控系统
- **Description**: 项目描述：面向工业罐装场景，基于WPF自主开发的PLC实时监控上位机。
实现对Modbus RTU设备的200ms轮询采集、温度趋势可视化、生产数据记录、报警管理及设备启停控制。

技术栈:.NET 8、WPF、MVVM(CommunityToolkit.Mvvm)、DI、Modbus RTU(NModbus4)、SQLite(FreeSql)、LiveCharts.Wpf、
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: MIT
- **Default Branch**: main
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 4
- **Forks**: 3
- **Created**: 2026-06-25
- **Last Updated**: 2026-10-10

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: WPF, modbus, Net8, Sqlite

## README

# SmartDeviceMonitor — 智能设备生产监控系统

> 一个本科阶段的 WPF 工业上位机学习项目。基于 MVVM + Modbus RTU 实现，面向智能罐装生产线的设备监控与数据采集。  
> 当前状态：核心功能可运行，代码仍在持续优化中，欢迎交流讨论。

![.NET 8](https://img.shields.io/badge/.NET-8.0-blue)
![WPF](https://img.shields.io/badge/WPF-Desktop-blue)
![Modbus RTU](https://img.shields.io/badge/Modbus-RTU-orange)
![SQLite](https://img.shields.io/badge/SQLite-3-green)

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## 项目简介

这是我在学习 C# 上位机开发过程中，为理解 **WPF / MVVM / 工业通信 / 数据可视化** 而做的一个完整练手项目。项目模拟（未来可接入真实 PLC）一条罐装生产线的监控场景，实现：

- 通过 **Modbus RTU** 从 PLC 读取温度、产量、液位、阀门状态等实时数据
- 使用 **WPF + MVVM**（CommunityToolkit.Mvvm）构建 UI，降低界面与业务逻辑的耦合
- 使用 **SQLite** 持久化生产记录，集成 Serilog 做多目标日志（文件 + 数据库 + 控制台）
- 使用 **LiveCharts.Wpf** 绘制实时温度趋势曲线

**做这个项目的初衷**：之前用 WinForms 写过一个类似项目，但代码耦合严重（视图直接调串口、全局变量到处飞），修改功能时牵一发动全身。这次想用 WPF 的 MVVM + DI 重新梳理一遍，让自己在入职实习前对工业软件的架构有基本认知。

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## 技术栈

| 技术 | 说明 | 为什么选这个 |
|------|------|-------------|
| **.NET 8** | 运行时 | 学校还在教 .NET Framework，但企业新项目基本转向 .NET 6+，提前适应 |
| **WPF** | 桌面 UI | 比 WinForms 更适合复杂工业界面，支持数据绑定、样式、自定义控件 |
| **CommunityToolkit.Mvvm** | MVVM 框架 | 不用手写 `INotifyPropertyChanged`，自动代码生成，减少样板代码 |
| **Microsoft.Extensions.DI** | 依赖注入 | 解耦 ViewModel 与 Service，比直接 `new` 更符合企业规范 |
| **NModbus4** | Modbus RTU 通信 | 工业设备最常用协议，串口 + Modbus 是上位机基本功 |
| **FreeSql + SQLite** | ORM + 本地数据库 | 轻量级，不需要单独装数据库，方便部署到车间工控机 |
| **LiveCharts.Wpf** | 数据可视化 | 工业场景需要实时曲线，先学会这个，以后有机会再学 OxyPlot |
| **Serilog** | 结构化日志 | 工业软件日志很重要，需要同时写文件、数据库和界面 RichTextBox |

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## 功能清单

### 已完成功能
- [x] 登录认证（SHA256 加盐哈希，支持管理员/工程师/操作员角色）
- [x] Modbus RTU 串口连接与轮询（200ms 周期）
- [x] 实时数据显示：产量、温度、运行时间、节拍、液位、阀门状态
- [x] 温度趋势柱状图（40 点滚动窗口）
- [x] 设备控制：启动 / 停止 / 复位（写 Modbus 线圈）
- [x] 生产数据记录（SQLite 存储批次、温度、产量、节拍）
- [x] 报警管理与最近报警列表展示
- [x] 自定义深色主题（Theme.xaml）
- [x] 自定义用户控件：StatusLight（三色状态灯）、StatusIndicator（PLC在线指示）
- [x] 全局异常捕获（UI线程 + 非UI线程 + Task）

### 待完善 / 已知问题
- [ ] **StatusLight 的 GradientStop 绑定**：`RelativeSource={RelativeSource AncestorType=UserControl}` 在 `Freezable` 上查找不到祖先，需要改为 `ElementName` 绑定（已定位，待修复）
- [ ] **PLC 数据异常处理**：`ReadStateAsync` 抛出 `OperationCanceledException` 时会直接终止轮询循环，应改为 `InvalidOperationException` 走重试逻辑
- [ ] **DashBoardViewModel 中 `Task.Run` 属性更新**：虽然 `[ObservableProperty]` 会自动调度，但异常 Task 被丢弃后可能静默失败
- [ ] **缺少用户管理界面**：当前仅有默认的 Admin/Engineer/Operator 账户，无法增删改查
- [ ] **缺少配置界面**：串口号、波特率等参数目前通过 JSON 文件读取，缺少可视化配置页
- [ ] **无单元测试**：课程项目赶进度，测试全靠手点，这是最大短板

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## 项目结构

```
SmartDeviceMonitor/
├── App.xaml.cs                 # 程序入口，DI 容器注册，全局异常处理
├── MainWindow.xaml/.cs         # 主窗口，顶部导航栏，ContentControl 承载当前页面
├── MainWindowViewModel.cs      # 主窗口 VM，管理导航、PLC连接状态、当前用户
├── Assests/Styles/
│   └── Theme.xaml              # 深色主题资源字典
├── Converters/
│   ├── LightStateToBrushConverter.cs   # 三色灯枚举 → 画刷转换
│   └── ZeroToVisibilityConverter.cs    # 0 → Visible
├── GlobalEnum/
│   ├── LightStateEnum.cs       # 灯色：Off / Green / Yellow / Red
│   ├── NavigationEnum.cs       # 导航页面枚举
│   └── RoleEnum.cs             # 用户角色：Admin / Engineer / Operator
├── Models/
│   ├── User.cs                 # 用户实体（FreeSql 特性标注）
│   ├── DeviceState.cs          # PLC 读取的实时状态实体
│   ├── DeviceSettings.cs       # 串口/PLC 配置参数
│   ├── ProductionRecord.cs     # 生产记录实体
│   ├── AlarmRecord.cs          # 报警记录实体
│   ├── SystemLog.cs            # 系统日志实体
│   └── ModbusConfigHelper.cs   # 寄存器地址常量（0x00~0x08）
├── Services/
│   ├── PLCServices.cs          # Modbus RTU 通信、轮询循环、读写线圈
│   ├── UserServices.cs         # 用户认证、密码哈希（SHA256+盐）
│   ├── ConfigServices.cs       # JSON 配置文件读写
│   ├── DBProvider.cs           # FreeSql 初始化
│   ├── AlarmServices.cs        # 报警触发与分发
│   ├── DataServices.cs         # 数据查询服务（预留）
│   └── Logs/
│       └── LogServices.cs      # Serilog 封装
├── UserControls/
│   ├── StatusLight.xaml/.cs    # 三色状态灯
│   ├── StatusIndicator.xaml/.cs  # 状态指示器
│   └── NavigationMenu.xaml/.cs   # 左侧导航菜单
├── ViewModels/
│   ├── DashBoardViewModel.cs   # 主页监控
│   ├── AlarmsViewModel.cs      # 报警管理
│   ├── LogsViewModel.cs        # 运行日志
│   ├── DashQueryViewModel.cs   # 数据查询
│   └── SettingViewModel.cs     # 系统设置（预留）
└── Views/
    ├── LoginWindow.xaml/.cs    # 登录窗
    ├── DashBoardView.xaml/.cs  # 主页监控
    ├── AlarmsView.xaml/.cs     # 报警视图
    ├── LogsView.xaml/.cs       # 日志视图
    ├── DashQueryView.xaml/.cs  # 数据查询视图
    └── SettingView.xaml/.cs    # 设置视图（预留）
```

> `App.xaml` 中通过 `DataTemplate` 将 `ViewModel` 映射到 `View`，实现导航切换。

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## 我的踩坑记录（持续更新）

这些问题都是写这个项目时真实遇到的，记录在这里方便自己复盘。

### 1. `RoutedEventArgs` 缺少 `new`
**现象**：编译报错"不可调用的成员'RoutedEventArgs'不能像方法一样使用"。  
**原因**：`LoginWindow_KeyDown` 里写了 `RoutedEventArgs()` 而不是 `new RoutedEventArgs()`。更简单的做法：直接传现有的 `e`（`KeyEventArgs` 本身就是 `RoutedEventArgs` 的子类）。  
**结论**：WPF 事件参数直接复用，不需要重复 `new`。

### 2. `ComboBox` 的 `DisplayMemberPath` 大小写错误
**现象**：`UserNameCombo` 绑定后显示空白。  
**原因**：`DisplayMemberPath="Username"` 但实体属性是 `UserName`（大写 N）。虽然 .NET 反射不严格区分大小写，但 WPF 的 `PropertyPath` 在部分版本下是敏感的。  
**结论**：XAML 的 `Path` 和实体属性名保持完全一致。

### 3. `StatusLight` 内部 `GradientStop` 绑定失效
**现象**：三色灯永远是灰色，Converter 从未被调用。  
**原因**：`GradientStop` 继承自 `Freezable`，**不在视觉树中**，`RelativeSource={RelativeSource AncestorType=UserControl}` 查找不到祖先。  
**修复**：给 `UserControl` 加 `x:Name="Root"`，绑定改为 `ElementName=Root, Path=State`。  
**教训**：`Freezable` 对象绑定不要用 `RelativeSource`，用 `ElementName`。

### 4. `MainWindowViewModel` 中 `isPLCConnected` 小写赋值
**现象**：PLC 连接成功后，顶部"PLC在线"圆点不显示。  
**原因**：`PLCServices.ConnectionChanged += (x, c) => isPLCConnected = c;` 写的是字段而不是属性。`[ObservableProperty]` 生成的是大写 `IsPLCConnected` 属性，字段直接赋值**绕过 `SetProperty`，不触发 `PropertyChanged`**。  
**结论**：手写事件回调时，注意属性名的大小写，必须走 setter。

### 5. `PasswordBox` 文字居中
**现象**：密码输入框文字偏左。  
**原因**：`PasswordBox` 没有 `TextAlignment` 属性，必须重写 `ControlTemplate`，把 `PART_ContentHost` 的 `HorizontalContentAlignment` 设为 `Center`。  
**教训**：`PART_ContentHost` 是命名约定，WPF 会识别它作为内容容器。

### 6. `App.xaml.cs` 中 `Current.MainWindow = this.MainWindow`
**现象**：登录后主窗口显示，但 `Application.Current.MainWindow` 为 `null`。  
**原因**：`this` 是 `App` 类，此时 `App.MainWindow` 还没有赋值。  
**修复**：改为 `Current.MainWindow = mainWindow`（用前面 `new` 出来的实例）。

### 7. `Task.Run` 包裹 `async` lambda 的异常被吞
**现象**：`DashBoardViewModel` 的 `OnDataReceived` 中，数据库插入失败但界面无报错。  
**原因**：`_ = Task.Run(async () => { ... await InsertAsync(); });` 返回值被丢弃，异常被 `TaskScheduler.UnobservedTaskException` 捕获。  
**当前做法**：在 `App.xaml.cs` 中注册了 `UnobservedTaskException` 处理器并 `SetObserved()`，至少不会崩溃。但更好的做法是把数据更新逻辑移到 `Dispatcher.Invoke` 中同步执行。

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## 运行环境

- **操作系统**：Windows 10/11（.NET 8 WPF 仅支持 Windows）
- **开发环境**：Visual Studio 2022（需要 .NET 8 桌面开发工作负载）
- **运行时**：.NET 8.0 SDK
- **硬件需求**：有可用串口（或虚拟串口如 `com0com`）用于模拟 Modbus 通信；若无串口，程序会提示连接失败，但其他 UI 功能仍可运行

### 快速启动

```bash
# 1. 克隆仓库
git clone https://gitee.com/yourname/SmartDeviceMonitor.git

# 2. 用 VS 2022 打开 SmartDeviceMonitor.sln
# 3. 还原 NuGet 包
# 4. F5 运行（默认启动后弹出 LoginWindow，默认账户：Admin / Admin）
```

> 首次运行会自动创建 `SmartDeviceMonitor.db` 数据库和 `Logs/` 目录。

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## 关于作者

- 自学 C# 上位机开发，从 WinForms 到 WPF，从单文件到 MVVM + DI
- 2027 届本科在读
- 长期目标：制造业工业软件岗位

**这个项目不是完美的，但它是我从 "能跑就行" 到 "想写得像企业代码" 的第一步。** 如果你也在学上位机开发，欢迎交流，一起踩坑一起进步。

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## License

MIT — 允许自由使用，但代码按原样提供，不保证生产环境稳定性。

> **免责声明**：本项目为学习用途，Modbus 通信逻辑基于模拟环境，直接接入真实 PLC 前请根据实际情况调整寄存器地址和异常处理逻辑。