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.NET Core 跨平臺 串口通訊 ,Windows/Linux 串口通訊

1,前言

開發環境:在 Visual Studio 2017,.NET Core 2.x

串口通訊用於設備之間,傳遞資料,物聯網設備中廣泛使用串口方式連接通訊,物聯網通訊協議 :Modbus 協議 ASCII、RTU、TCP樣式是應用層的協議,與通訊方式無關。

筆者現在實現的是 串口通信,實現後,可以在上層加上 Modbus 協議,筆者的另一篇文章即是在串口上實現 Modbus 協議,計算中心向物聯網設備發送訊息,要求設備響應,傳送設備信息、檢測狀態等。

本文是 串口通訊 的實現。

2,安裝虛擬串口軟體

由於開發在 Windows,也為了除錯方便,使用需要安裝虛擬串口軟體:  Virtual Serial Port Driver

安裝完成後

添加串口

請添加 4-6 個串口,COM1,COM2,COM3,COM4 … …

關機重啟

好了,為了使串口生效,請關機重啟(不一定要關機,不過為了避免出現問題,還是關機重啟比較好)。

開機後,打開 設備管理器 ,查看 設備 – 端口(COM 和 LPT),出現如下圖所示,說明正常

 原理

因為是虛擬串口,有些問題需要註意一下

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),是不是看到

COM1 -> COM2

COM2 -> COM1

因為這是一個虛擬串口,所以只能是單方向的,所以 A、B 需要分別使用兩個串口進行通訊,而虛擬串口把 COM1 – COM2 連接起來了。我們不需要關心這個,這裡只是說明一下。

3,新建專案,加入 flyfire.CustomSerialPort

新建一個 .NET Core 控制台專案

名字可以隨便起,筆者用了 SerialPortTest ,那我們都用這個吧

添加 flyfire.CustomSerialPort

在專案中 添加 Nuget,搜索 flyfire.CustomSerialPort ,然後安裝

把類庫需要的 Linux 依賴庫添加到專案中,關於原因、添加方法,可以看筆者的另一篇文章 https://www.cnblogs.com/whuanle/p/10499498.html#4

4,flyfire.CustomSerialPort 說明

CustomSerialPort 類,所有功能都集中在這裡面了,筆者將詳細說明此類下欄位、方法等的使用

protected SerialPortStream sp;
  • 支持通訊串口通訊的類
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,使用此串口進行通訊

  • portName  串口名稱
  • baudRate  比特率,是指每秒傳送的比特(bit)數,預設115200bps,不清楚 -> 百度
  • parity     表示奇偶性校驗方式,列舉,None:沒有校驗為,Odd:奇校驗,Even:偶檢驗,Space:總為0,Mark:總為1
  • databits  設置資料位,這裡表示 8位
  • stopBits  停止位,One,One5,Twe方便表示1、1.5、2個停止位

因為串口設備通訊是在 OSI 七層的傳輸層,所以對這些都有相應的規定。TCP/IP 相對於 串口 來說,不必要關註這些。

        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; }  //列舉,上面說明的
        public int DataBits { get; set; }    //上面說明瞭
        public Parity Parity { get; set; }    //列舉,上面說明瞭
        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,可以把接收到訊息後需要觸發的時間系結到此事件

        public static string ByteToHexStr(byte[] bytes);              //把比特流轉為字串
        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);                        //以字串的形式寫入串口
        public void Write(byte[] buffer);                       //以位元組流的方式寫入串口(推薦)
        public void WriteLine(string text);                      //寫入字串,應該是與Modbus ASCII有關,Ascii方式需要在資料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);  //後臺執行緒處理,表示收到串口訊息後,觸發那些事件

以上,就是對 flyfire.CustomSerialPort 的說明,下麵筆者說明怎麼使用。

5,開始使用 flyfire.CustomSerialPort

 新建一個類 SerialSerice.cs

新建一個類 SerialSerice.cs ,設計此類用於提供串口通訊服務。

在 SerialSerice.cs 引入

using flyfire.IO.Ports;
using RJCP.IO.Ports;
using System.Threading;

編寫以下代碼(你可能覺得有些奇怪,原因後面說),先不管這些東西,也不要管為什麼這樣寫

namespace SerialPortTest
{
    /// 
    ///  用於封裝需要的串口通訊
    ///

public class SerialSerice
{
///
/// 獲取計算機的所有串口
///
public void GetSerial()
{
//CustomSerialPort.GetPortNames() 靜態方法,獲取計算機的所有串口名稱
//因為已經繼承,也可以使用 string[] vs = 串口通訊.GetPortNames();
string[] vs = CustomSerialPort.GetPortNames();
Console.WriteLine(
你電腦的串口串列:);
foreach (var i in vs)
{
Console.WriteLine(i);
}
}
}

public class 串口通訊 : CustomSerialPort
{
public 串口通訊(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

6,實現把資料寫入串口

上面已經獲取到串口,要把資料寫入一個串口,就要初始化串口類,實現使用串口、向串口寫入不同型別、不同進制的資料

為了簡單一些,我們使用預設配置。

把代碼 Copy 到你的專案,筆者已經詳細列舉出步驟

namespace SerialPortTest
{
    /// 
    ///  用於封裝需要的串口通訊
    ///

public class SerialSerice
{
//實現串口通訊的物件
串口通訊 串口;
///
/// 獲取計算機的所有串口 步驟 1
///
public void GetSerial()
{
string[] vs = 串口通訊.GetPortNames();
Console.WriteLine(
你電腦的串口串列(輸入名稱此端口,註意大小寫):);

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 串口通訊(portname);
串口.Open();
}
//向串口寫入資料 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 2、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進制資料:);
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 2、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 串口通訊 : CustomSerialPort
{
public 串口通訊(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)
        {
            // 初始化串口通訊服務
            SerialSerice 串口功能 = new SerialSerice();

            //顯示串口串列、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");
            //因為示例了三種寫入方法,第三種方法需要轉換,非數字會報錯
            //實際上你可以發送如何型別的資料,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進制均可,請勿輸入字串");
            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,可以找一些文章看,串口通訊對 byte、int16、int32、string 等型別間的轉換要求比較高。

7,實現監聽串口訊息、多設備進行通訊

在開始前,看一下圖:

後臺接收訊息的實現

上面是 flyfire.CustomSerialPort 的 屬性、欄位和方法,Sp_DataReceived() 這個方法是實現後臺監控資料,並觸發預設事件的方法,開闢新執行緒不斷迴圈接收資料。不過這裡的實現並不那麼好。

框架作者的博客 https://www.cnblogs.com/flyfire-cn/p/10434171.html

通過上面可以發現,這個監控方法是 protected 的,所以需要使用一個類繼承,才能使用此方法。

另外,事件委托為

public delegate void CustomSerialPortReceivedEventHandle(object sender, byte[] bytes)

基於以上,來做一個可以後臺接收資料併在控制台輸出的代碼。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Threading;
using flyfire.IO.Ports;
using RJCP.IO.Ports;

namespace SerialPortTest
{
    /// 
    ///  用於封裝需要的串口通訊
    ///

public class SerialSerice
{
//實現串口通訊的物件
串口通訊 串口;
///
/// 獲取計算機的所有串口 步驟 1
///
public void GetSerial()
{
string[] vs = 串口通訊.GetPortNames();
Console.WriteLine(
你電腦的串口串列(輸入名稱此端口,註意大小寫):);

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 串口通訊(portname);
串口.Open();
}
//向串口寫入資料 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 2、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進制資料:);
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 2、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 開啟後臺監聽()
{
//收到訊息時要觸發的事件
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(
收到資料);
foreach (var i in bytes)
{
Console.Write(i
+ );
}
Console.WriteLine(
“”);
}

}

public class 串口通訊 : CustomSerialPort
{
public 串口通訊(string portName, int baudRate = 115200, Parity parity = Parity.None, int databits = 8, StopBits stopBits = StopBits.One)
:
base(portName, baudRate, parity, databits, stopBits)
{

}
//無意義,只是因為父類的 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)
        {
            // 初始化串口通訊服務
            SerialSerice 串口功能 = new SerialSerice();

            //顯示串口串列、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.開啟後臺監聽();
            Console.WriteLine("輸入你想發送給客戶端的內容,退出請輸入 exit");
            //因為示例了三種寫入方法,第三種方法需要轉換,非數字會報錯
            //實際上你可以發送如何型別的資料,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進制均可,請勿輸入字串");
            while (true)
            {
                string str = Console.ReadLine();
                if (str == "exit")
                    break;

                //步驟 3
                串口功能.寫入(str);
            }

            Console.ReadKey();
        }
    }
}

為了實現串口通訊,我們把這個專案複製到別的目錄,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台了。

 

註:你會發現,輸入一條訊息,會收到幾條信息。那是因為筆者在寫入方法那部分,給出了三個寫入方式,刪除2個即可。

為了便於理解,筆者使用了中文對方法進行命名。

串口通訊已經已經實現了,如何實現 Modbus 協議,跟設備(單片機、開發板之類的小設備)進行約定通訊呢~筆者的另一篇文章~

專案原始碼已經上傳到 http://pan.whuanle.cn/?dir=uploads/dotnet-core-串口

8,Modbus 協議的實現例子

由於時間和篇幅問題,這裡簡單說一下 Modbus 和實現的示例。

Modbus 是一種通信協議,有 ASCII、RTU、TCP等實現方式,廣泛應用於物聯網設備、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,我們把它想象成智慧家居吧,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資料,不能直接通訊,每台設備都有其地址。

傳輸的資料流格式如下

(以上兩張圖來自互聯網)

然後,我實現了Modbus協議,對要發送的訊息進行檢驗、封裝、打包成幀、接收、處理髮送。

分為服務器、客戶端。每個客戶端都有一個地址,下麵示範,

我在服務器使用了 02 04 00 01 25 26,

代表:客戶端地址02,功能碼:04(代表要設備要幹嘛),要讀取設備的溫濕度資料:00 01(00 02,00 03代表讀取其他資料),後面 25 26 有其他功能作用,不過筆者手裡沒有真實的設備,所以沒對其進行實現,理解就行。

服務端向客戶端(02)發送資料,功能是讀取暫存器(04),然後是讀取溫度資料還是濕度資料(00 01 代表兩個都讀取),25 26( 轉為10進製為 9510 ) 可以定義為 要客戶端發傳回 9510 條記錄。

傳回的2 4 0 1 25 26 BB 4B,後面兩個是 CRC 檢驗,由於資料傳輸可能發送丟失或出錯,使用後面兩位由於檢驗資料是否正確接收。

上面是在控制台輸入 16 進制的數,下麵是 直接 輸入 10 進制的數。

剛剛實習工作~願一切順利~~~

原文地址:https://www.cnblogs.com/whuanle/p/10499597.html

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