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串口通信用於設備之間,傳遞數據,物聯網設備中普遍使用串口方式鏈接通信,物聯網通信協議 :Modbus 協議 ASCII、RTU、TCP模式是應用層的協議,與通信方式無關。數組
筆者如今實現的是 串口通訊,實現後,能夠在上層加上 Modbus 協議,筆者的另外一篇文章便是在串口上實現 Modbus 協議,計算中心向物聯網設備發送消息,要求設備響應,傳送設備信息、檢測狀態等。服務器
本文是 串口通信 的實現。框架
因爲開發在 Windows,也爲了調試方便,使用須要安裝虛擬串口軟件: Virtual Serial Port Driveride
請添加 4-6 個串口,COM1,COM2,COM3,COM4 ... ...this
好了,爲了使串口生效,請關機重啓(不必定要關機,不過爲了不出現問題,仍是關機重啓比較好)。spa
開機後,打開 設備管理器 ,查看 設備 - 端口(COM 和 LPT),出現以下圖所示,說明正常線程
由於是虛擬串口,有些問題須要注意一下設計
A B(或者說服務端、客戶端)不能使用同一個串口,你在設備管理器查看串口時(上面也有圖),是否是看到3d
COM1 -> COM2
COM2 -> COM1
由於這是一個虛擬串口,因此只能是單方向的,因此 A、B 須要分別使用兩個串口進行通信,而虛擬串口把 COM1 - COM2 鏈接起來了。咱們不須要關心這個,這裏只是說明一下。
名字能夠隨便起,筆者用了 SerialPortTest ,那咱們都用這個吧
在項目中 添加 Nuget,搜索 flyfire.CustomSerialPort ,而後安裝
把類庫須要的 Linux 依賴庫添加到項目中,關於緣由、添加方法,能夠看筆者的另外一篇文章 https://www.cnblogs.com/whuanle/p/10499498.html#4
CustomSerialPort 類,全部功能都集中在這裏面了,筆者將詳細說明此類下字段、方法等的使用
protected SerialPortStream sp;
public CustomSerialPort(string portName, int baudRate = 115200,
Parity parity = Parity.None, int databits = 8, StopBits stopBits = StopBits.One);
用於初始化一個串口,使用此串口進行通信
由於串口設備通信是在 OSI 七層的傳輸層,因此對這些都有相應的規定。TCP/IP 相對於 串口 來講,沒必要要關注這些。
public int ReceiveTimeout { get; set; } //接收超時時間 public bool ReceiveTimeoutEnable { get; set; } public bool RtsEnable { get; set; } //不詳 public bool DtrEnable { get; set; } //不詳 public bool IsOpen { get; } //檢測是否在使用 public StopBits StopBits { get; set; } //枚舉,上面說明的 public int DataBits { get; set; } //上面說明了 public Parity Parity { get; set; } //枚舉,上面說明了 public int BaudRate { get; set; } public int BufSize { get; set; } public string PortName { get; set; } //使用的串口名
public event CustomSerialPortReceivedEventHandle ReceivedEvent; //一個事件,能夠把接收到消息後須要觸發的時間綁定到此事件 public static string ByteToHexStr(byte[] bytes); //把比特流轉爲字符串 public static string[] GetPortNames(); public void Close(); //關閉串口 public void Dispose(); public bool Open(); //釋放串口 public void Write(string text); //以字符串的形式寫入串口 public void Write(byte[] buffer); //以字節流的方式寫入串口(推薦) public void WriteLine(string text); //寫入字符串,應該是與Modbus ASCII有關,Ascii方式須要在數據後面加上換行符表示已經結束傳送 protected void ReceiveTimeoutCheckFunc(); protected void Sp_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e); //後臺線程處理,表示收到串口消息後,觸發那些事件
以上,就是對 flyfire.CustomSerialPort 的說明,下面筆者說明怎麼使用。
新建一個類 SerialSerice.cs ,設計此類用於提供串口通信服務。
在 SerialSerice.cs 引入
using flyfire.IO.Ports; using RJCP.IO.Ports;
using System.Threading;
編寫如下代碼(你可能以爲有些奇怪,緣由後面說),先無論這些東西,也不要管爲何這樣寫
namespace SerialPortTest { /// <summary> /// 用於封裝須要的串口通信 /// </summary> public class SerialSerice { /// <summary> /// 獲取計算機的全部串口 /// </summary> public void GetSerial() {
//CustomSerialPort.GetPortNames() 靜態方法,獲取計算機的全部串口名稱
//由於已經繼承,也可使用 string[] vs = 串口通信.GetPortNames(); string[] vs = CustomSerialPort.GetPortNames(); Console.WriteLine("你電腦的串口列表:"); foreach (var i in vs) { Console.WriteLine(i); } } } public class 串口通信 : CustomSerialPort { public 串口通信(string portName, int baudRate = 115200, Parity parity = Parity.None, int databits = 8, StopBits stopBits = StopBits.One) :base(portName, baudRate, parity, databits, stopBits) { } } }
開始在 Program.cs 中使用
static void Main(string[] args) { SerialSerice serialSerice = new SerialSerice(); serialSerice.GetSerial(); Console.ReadKey(); }
運行試試
上面已經獲取到串口,要把數據寫入一個串口,就要初始化串口類,實現使用串口、向串口寫入不一樣類型、不一樣進制的數據
爲了簡單一些,咱們使用默認配置。
把代碼 Copy 到你的項目,筆者已經詳細列舉出步驟
namespace SerialPortTest { /// <summary> /// 用於封裝須要的串口通信 /// </summary> public class SerialSerice { //實現串口通信的對象 串口通信 串口; /// <summary> /// 獲取計算機的全部串口 步驟 1 /// </summary> public void GetSerial() { string[] vs = 串口通信.GetPortNames(); Console.WriteLine("你電腦的串口列表(輸入名稱此端口,注意大小寫):"); foreach (var i in vs) { Console.WriteLine(i); } } //初始化串口 步驟 2 public void 初始化(string portname) { 串口 = new 串口通信(portname);
串口.Open(); } //向串口寫入數據 步驟 3 public void 寫入(string str) { //方式 1 串口.Write(str); Console.WriteLine("已經向串口輸入:" + str); Thread.Sleep(500); //方式 二、3 byte[] b_字符 = Encoding.Default.GetBytes(str); byte[] b_16進制 = new byte[b_字符.Length]; //轉16進制再發送 Console.WriteLine("發送的16進制數據:"); for (int i = 0; i < b_字符.Length; i++) { b_16進制[i] = Convert.ToByte(b_字符[i].ToString(), 16); Console.Write(b_16進制[i] + " "); }
Console.WriteLine(); //方式 二、3 寫入串口 串口.Write(b_字符);
Thread.Sleep(500); 串口.Write(b_16進制);
Thread.Sleep(500); } } public class 串口通信 : CustomSerialPort { public 串口通信(string portName, int baudRate = 115200, Parity parity = Parity.None, int databits = 8, StopBits stopBits = StopBits.One) : base(portName, baudRate, parity, databits, stopBits) { } } }
服務已經配置好,接下來就是使用寫好的服務了。
class Program { static void Main(string[] args) { // 初始化串口通信服務 SerialSerice 串口功能 = new SerialSerice(); //顯示串口列表、並讓用戶選擇串口 串口功能.GetSerial(); string portname= Console.ReadLine(); //步驟 2 串口功能.初始化(portname); Console.WriteLine("輸入你想發送給客戶端的內容,退出請輸入 exit"); //由於示例了三種寫入方法,第三種方法須要轉換,非數字會報錯 //實際上你能夠發送如何類型的數據,就看你怎麼寫步驟 3 的方法 Console.WriteLine("只能輸入數字!8進制、10進制、16進制都可,請勿輸入字符串"); while (true) { string str = Console.ReadLine(); if (str == "exit") break; //步驟 3 串口功能.寫入(str); } Console.ReadKey(); }
示例:
關於進制轉換這些,能夠找一些文章看,串口通信對 byte、int1六、int3二、string 等類型間的轉換要求比較高。
在開始前,看一下圖:
點擊展開代碼
protected void Sp_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e) { int canReadBytesLen = 0; if (ReceiveTimeoutEnable) { while (sp.BytesToRead > 0) { canReadBytesLen = sp.BytesToRead; if (receiveDatalen + canReadBytesLen > BufSize) { receiveDatalen = 0; throw new Exception("Serial port receives buffer overflow!"); } var receiveLen = sp.Read(recviceBuffer, receiveDatalen, canReadBytesLen); if (receiveLen != canReadBytesLen) { receiveDatalen = 0; throw new Exception("Serial port receives exception!"); } //Array.Copy(recviceBuffer, 0, receivedBytes, receiveDatalen, receiveLen); receiveDatalen += receiveLen; lastReceiveTick = Environment.TickCount; if (!TimeoutCheckThreadIsWork) { TimeoutCheckThreadIsWork = true; Thread thread = new Thread(ReceiveTimeoutCheckFunc) { Name = "ComReceiveTimeoutCheckThread" }; thread.Start(); } } } else { if (ReceivedEvent != null) { // 獲取字節長度 int bytesNum = sp.BytesToRead; if (bytesNum == 0) return; // 建立字節數組 byte[] resultBuffer = new byte[bytesNum]; int i = 0; while (i < bytesNum) { // 讀取數據到緩衝區 int j = sp.Read(recviceBuffer, i, bytesNum - i); i += j; } Array.Copy(recviceBuffer, 0, resultBuffer, 0, i); ReceivedEvent(this, resultBuffer); //System.Diagnostics.Debug.WriteLine("len " + i.ToString() + " " + ByteToHexStr(resultBuffer)); } //Array.Clear (receivedBytes,0,receivedBytes.Length ); receiveDatalen = 0; } }
上面是 flyfire.CustomSerialPort 的 屬性、字段和方法,Sp_DataReceived() 這個方法是實現後臺監控數據,並觸發預設事件的方法,開闢新線程不斷循環接收數據。不過這裏的實現並不那麼好。
框架做者的博客 http://www.javashuo.com/article/p-nuxutmyp-kk.html
經過上面能夠發現,這個監控方法是 protected 的,因此須要使用一個類繼承,才能使用此方法。
另外,事件委託爲
public delegate void CustomSerialPortReceivedEventHandle(object sender, byte[] bytes)
基於以上,來作一個能夠後臺接收數據並在控制檯輸出的代碼。
using System; using System.Collections.Generic; using System.Text; using System.Threading; using flyfire.IO.Ports; using RJCP.IO.Ports; namespace SerialPortTest { /// <summary> /// 用於封裝須要的串口通信 /// </summary> public class SerialSerice { //實現串口通信的對象 串口通信 串口; /// <summary> /// 獲取計算機的全部串口 步驟 1 /// </summary> public void GetSerial() { string[] vs = 串口通信.GetPortNames(); Console.WriteLine("你電腦的串口列表(輸入名稱此端口,注意大小寫):"); foreach (var i in vs) { Console.WriteLine(i); } } //初始化串口 步驟 2 public void 初始化(string portname) { 串口 = new 串口通信(portname); 串口.Open(); } //向串口寫入數據 步驟 3 public void 寫入(string str) { //方式 1 串口.Write(str); Console.WriteLine("已經向串口輸入:" + str); Thread.Sleep(500); //方式 二、3 byte[] b_字符 = Encoding.Default.GetBytes(str); byte[] b_16進制 = new byte[b_字符.Length]; //轉16進制再發送 Console.WriteLine("發送的16進制數據:"); for (int i = 0; i < b_字符.Length; i++) { b_16進制[i] = Convert.ToByte(b_字符[i].ToString(), 16); Console.Write(b_16進制[i] + " "); } Console.WriteLine(); //方式 二、3 寫入串口 串口.Write(b_字符); Thread.Sleep(500); 串口.Write(b_16進制); Thread.Sleep(500); } public void 開啓後臺監聽() { //收到消息時要觸發的事件 串口.ReceivedEvent += 被觸發的事件_1; 串口.開始後臺監控(); } public static void 被觸發的事件_1(object sender, byte[] bytes) { Console.WriteLine("收到數據"); foreach (var i in bytes) { Console.Write(i + " "); } Console.WriteLine(""); } } public class 串口通信 : CustomSerialPort { public 串口通信(string portName, int baudRate = 115200, Parity parity = Parity.None, int databits = 8, StopBits stopBits = StopBits.One) : base(portName, baudRate, parity, databits, stopBits) { } //無心義,只是由於父類的 Sp_DataReceived() 不是 public public void 開始後臺監控() { Sp_DataReceived(new object(), new SerialDataReceivedEventArgs(SerialData.Eof)); } } }
using System; namespace SerialPortTest { class Program { static void Main(string[] args) { // 初始化串口通信服務 SerialSerice 串口功能 = new SerialSerice(); //顯示串口列表、並讓用戶選擇串口 串口功能.GetSerial(); string portname= Console.ReadLine(); //步驟 2 串口功能.初始化(portname); 串口功能.開啓後臺監聽(); Console.WriteLine("輸入你想發送給客戶端的內容,退出請輸入 exit"); //由於示例了三種寫入方法,第三種方法須要轉換,非數字會報錯 //實際上你能夠發送如何類型的數據,就看你怎麼寫步驟 3 的方法 Console.WriteLine("只能輸入數字!8進制、10進制、16進制都可,請勿輸入字符串"); while (true) { string str = Console.ReadLine(); if (str == "exit") break; //步驟 3 串口功能.寫入(str); } Console.ReadKey(); } } }
爲了實現串口通信,咱們把這個項目複製到別的目錄,另外打開運行。即同一份代碼變成兩份,運行時就有兩個控制檯了。
注:你會發現,輸入一條消息,會收到幾條信息。那是由於筆者在寫入方法那部分,給出了三個寫入方式,刪除2個便可。
爲了便於理解,筆者使用了中文對方法進行命名。
串口通信已經已經實現了,如何實現 Modbus 協議,跟設備(單片機、開發板之類的小設備)進行約定通信呢~筆者的另外一篇文章~
項目源碼已經上傳到 http://pan.whuanle.cn/?dir=uploads/dotnet-core-串口
因爲時間和篇幅問題,這裏簡單說一下 Modbus 和實現的示例。
Modbus 是一種通訊協議,有 ASCII、RTU、TCP等實現方式,普遍應用於物聯網設備、工業控制、自動化場景等。
協議的實現,由一臺主機、多個從機組成,咱們把它想象成智能家居吧,一臺電腦是主機,空調、電視機、冰箱等是從機。那麼多設備,它們只能向主機發送數據,不能直接通信,每臺設備都有其地址。
傳輸的數據流格式以下
(以上兩張圖來自互聯網)
而後,我實現了Modbus協議,對要發送的消息進行檢驗、封裝、打包成幀、接收、處理髮送。
分爲服務器、客戶端。每一個客戶端都有一個地址,下面示範,
我在服務器使用了 02 04 00 01 25 26,
表明:客戶端地址02,功能碼:04(表明要設備要幹嗎),要讀取設備的溫溼度數據:00 01(00 02,00 03表明讀取其餘數據),後面 25 26 有其餘功能做用,不過筆者手裏沒有真實的設備,因此沒對其進行實現,理解就行。
服務端向客戶端(02)發送數據,功能是讀取寄存器(04),而後是讀取溫度數據仍是溼度數據(00 01 表明兩個都讀取),25 26( 轉爲10進製爲 9510 ) 能夠定義爲 要客戶端發返回 9510 條記錄。
返回的2 4 0 1 25 26 BB 4B,後面兩個是 CRC 檢驗,因爲數據傳輸可能發送丟失或出錯,使用後面兩位因爲檢驗數據是否正確接收。
上面是在控制檯輸入 16 進制的數,下面是 直接 輸入 10 進制的數。
剛剛實習工做~願一切順利~~~
水平有限,文章有錯請評論指出~謝謝啦~