.NET Core 跨平台 串口通讯 ,Windows/Linux 串口通讯,flyfire.CustomSerialPort 的使用

内容纲要

 目录

1,前言

2,安装虚拟串口软件

3,新建项目,加入 flyfire.CustomSerialPort

4,flyfire.CustomSerialPort 说明

5,开始使用 flyfire.CustomSerialPort

6,实现把数据写入串口

7,实现监听串口消息、多设备进行通讯

8,Modbus 协议的实现例子

1,前言

开发环境:在 Visual Studio 2017,.NET Core 2.x

串口通讯用于设备之间,传递数据,物联网设备中广泛使用串口方式连接通讯,物联网通讯协议 :Modbus 协议 ASCII、RTU、TCP模式是应用层的协议,与通讯方式无关。

笔者现在实现的是 串口通信,实现后,可以在上层加上 Modbus 协议,笔者的另一篇文章即是在串口上实现 Modbus 协议,计算中心向物联网设备发送消息,要求设备响应,传送设备信息、检测状态等。

本文是 串口通讯 的实现。

2,安装虚拟串口软件

由于开发在 Windows,也为了调试方便,使用需要安装虚拟串口软件:  Virtual Serial Port Driver

安装完成后

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添加串口

请添加 4-6 个串口,COM1,COM2,COM3,COM4 … …

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关机重启

好了,为了使串口生效,请关机重启(不一定要关机,不过为了避免出现问题,还是关机重启比较好)。

开机后,打开 设备管理器 ,查看 设备 – 端口(COM 和 LPT),出现如下图所示,说明正常

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 原理

因为是虚拟串口,有些问题需要注意一下

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A B(或者说服务端、客户端)不能使用同一个串口,你在设备管理器查看串口时(上面也有图),是不是看到

COM1 -> COM2

COM2 -> COM1

因为这是一个虚拟串口,所以只能是单方向的,所以 A、B 需要分别使用两个串口进行通讯,而虚拟串口把 COM1 – COM2 连接起来了。我们不需要关心这个,这里只是说明一下。

3,新建项目,加入 flyfire.CustomSerialPort

新建一个 .NET Core 控制台项目

名字可以随便起,笔者用了 SerialPortTest ,那我们都用这个吧

添加 flyfire.CustomSerialPort

在项目中 添加 Nuget,搜索 flyfire.CustomSerialPort ,然后安装

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把类库需要的 Linux 依赖库添加到项目中,关于原因、添加方法,可以看笔者的另一篇文章 https://www.cnblogs.com/whuanle/p/10499498.html#4

4,flyfire.CustomSerialPort 说明

CustomSerialPort 类,所有功能都集中在这里面了,笔者将详细说明此类下字段、方法等的使用

 

protected SerialPortStream sp;
  • 支持通讯串口通讯的类
public CustomSerialPort(string portName, int baudRate = 115200,
Parity parity = Parity.None, int databits = 8, StopBits stopBits = StopBits.One);

用于初始化一个串口,使用此串口进行通讯

  • portName  串口名称
  • baudRate  比特率,是指每秒传送的比特(bit)数,默认115200bps,不清楚 -> 百度
  • parity     表示奇偶性校验方式,枚举,None:没有校验为,Odd:奇校验,Even:偶检验,Space:总为0,Mark:总为1
  • databits  设置数据位,这里表示 8位
  • stopBits  停止位,One,One5,Twe方便表示1、1.5、2个停止位

因为串口设备通讯是在 OSI 七层的传输层,所以对这些都有相应的规定。TCP/IP 相对于 串口 来说,不必要关注这些。

        public int ReceiveTimeout { get; set; }  //接收超时时间
        public bool ReceiveTimeoutEnable { get; set; }  
        public bool RtsEnable { get; set; }    //不详
        public bool DtrEnable { get; set; }    //不详
        public bool IsOpen { get; }        //检测是否在使用
        public StopBits StopBits { get; set; }  //枚举,上面说明的
        public int DataBits { get; set; }    //上面说明了
        public Parity Parity { get; set; }    //枚举,上面说明了
        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;    //一个事件,可以把接收到消息后需要触发的时间绑定到此事件

        public static string ByteToHexStr(byte[] bytes);              //把比特流转为字符串
        public static string[] GetPortNames();
        public void Close();                              //关闭串口
        public void Dispose();
        public bool Open();                                //释放串口
        public void Write(string text);                        //以字符串的形式写入串口
        public void Write(byte[] buffer);                       //以字节流的方式写入串口(推荐)
        public void WriteLine(string text);                      //写入字符串,应该是与Modbus ASCII有关,Ascii方式需要在数据后面加上换行符表示已经结束传送
        protected void ReceiveTimeoutCheckFunc();
        protected void Sp_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e);  //后台线程处理,表示收到串口消息后,触发那些事件

以上,就是对 flyfire.CustomSerialPort 的说明,下面笔者说明怎么使用。

5,开始使用 flyfire.CustomSerialPort

 新建一个类 SerialSerice.cs

新建一个类 SerialSerice.cs ,设计此类用于提供串口通讯服务。

在 SerialSerice.cs 引入 

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

编写以下代码(你可能觉得有些奇怪,原因后面说),先不管这些东西,也不要管为什么这样写

namespace SerialPortTest
{
    /// <summary>
    ///  用于封装需要的串口通讯
    /// </summary>
    public class SerialSerice
    {
        /// <summary>
        /// 获取计算机的所有串口
        /// </summary>
        public void GetSerial()
        {
        //CustomSerialPort.GetPortNames() 静态方法,获取计算机的所有串口名称
        //因为已经继承,也可以使用 string[] vs = 串口通讯.GetPortNames();
string[] vs = CustomSerialPort.GetPortNames(); Console.WriteLine("你电脑的串口列表:"); foreach (var i in vs) { Console.WriteLine(i); } } } public class 串口通讯 : CustomSerialPort { public 串口通讯(string portName, int baudRate = 115200, Parity parity = Parity.None, int databits = 8, StopBits stopBits = StopBits.One) :base(portName, baudRate, parity, databits, stopBits) { } } }

 

开始在 Program.cs 中使用

     static void Main(string[] args)
        {
            SerialSerice serialSerice = new SerialSerice();
            serialSerice.GetSerial();
            Console.ReadKey();
        }

运行试试

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6,实现把数据写入串口

上面已经获取到串口,要把数据写入一个串口,就要初始化串口类,实现使用串口、向串口写入不同类型、不同进制的数据

为了简单一些,我们使用默认配置。

把代码 Copy 到你的项目,笔者已经详细列举出步骤

namespace SerialPortTest
{
    /// <summary>
    ///  用于封装需要的串口通讯
    /// </summary>
    public class SerialSerice
    {
        //实现串口通讯的对象
        串口通讯 串口;
        /// <summary>
        /// 获取计算机的所有串口 步骤 1
        /// </summary>
        public void GetSerial()
        {
            string[] vs = 串口通讯.GetPortNames();
            Console.WriteLine("你电脑的串口列表(输入名称此端口,注意大小写):");

            foreach (var i in vs)
            {
                Console.WriteLine(i);
            }
        }
        //初始化串口 步骤 2
        public void 初始化(string portname)
        {
            串口 = new 串口通讯(portname);
        串口.Open(); }
//向串口写入数据 步骤 3 public void 写入(string str) { //方式 1 串口.Write(str); Console.WriteLine("已经向串口输入:" + str);         Thread.Sleep(500); //方式 2、3 byte[] b_字符 = Encoding.Default.GetBytes(str); byte[] b_16进制 = new byte[b_字符.Length]; //转16进制再发送 Console.WriteLine("发送的16进制数据:"); for (int i = 0; i < b_字符.Length; i++) { b_16进制[i] = Convert.ToByte(b_字符[i].ToString(), 16); Console.Write(b_16进制[i] + " "); }
        Console.WriteLine();
//方式 2、3 写入串口 串口.Write(b_字符);
        Thread.Sleep(500); 串口.Write(b_16进制);
        Thread.Sleep(500); } }
public class 串口通讯 : CustomSerialPort { public 串口通讯(string portName, int baudRate = 115200, Parity parity = Parity.None, int databits = 8, StopBits stopBits = StopBits.One) : base(portName, baudRate, parity, databits, stopBits) { } } }

服务已经配置好,接下来就是使用写好的服务了。

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 初始化串口通讯服务
            SerialSerice 串口功能 = new SerialSerice();

            //显示串口列表、并让用户选择串口
            串口功能.GetSerial();
            string portname= Console.ReadLine();

            //步骤 2 
            串口功能.初始化(portname);

            Console.WriteLine("输入你想发送给客户端的内容,退出请输入 exit");
            //因为示例了三种写入方法,第三种方法需要转换,非数字会报错
            //实际上你可以发送如何类型的数据,就看你怎么写步骤 3 的方法
            Console.WriteLine("只能输入数字!8进制、10进制、16进制均可,请勿输入字符串");
            while (true)
            {
                string str = Console.ReadLine();
                if (str == "exit")
                    break;

                //步骤 3
                串口功能.写入(str);
            }

            Console.ReadKey();
        }

示例:

 《.NET Core 跨平台 串口通讯 ,Windows/Linux 串口通讯,flyfire.CustomSerialPort 的使用》

关于进制转换这些,可以找一些文章看,串口通讯对 byte、int16、int32、string 等类型间的转换要求比较高。

7,实现监听串口消息、多设备进行通讯

在开始前,看一下图:

《.NET Core 跨平台 串口通讯 ,Windows/Linux 串口通讯,flyfire.CustomSerialPort 的使用》

点击展开代码

《.NET Core 跨平台 串口通讯 ,Windows/Linux 串口通讯,flyfire.CustomSerialPort 的使用》《.NET Core 跨平台 串口通讯 ,Windows/Linux 串口通讯,flyfire.CustomSerialPort 的使用》

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)
                {
                    // 获取字节长度
                    int bytesNum = sp.BytesToRead;
                    if (bytesNum == 0)
                        return;
                    // 创建字节数组
                    byte[] resultBuffer = new byte[bytesNum];

                    int i = 0;
                    while (i < bytesNum)
                    {
                        // 读取数据到缓冲区
                        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;
            }
        }

后台接收消息的实现

上面是 flyfire.CustomSerialPort 的 属性、字段和方法,Sp_DataReceived() 这个方法是实现后台监控数据,并触发预设事件的方法,开辟新线程不断循环接收数据。不过这里的实现并不那么好。

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

通过上面可以发现,这个监控方法是 protected 的,所以需要使用一个类继承,才能使用此方法。

另外,事件委托为

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

基于以上,来做一个可以后台接收数据并在控制台输出的代码。

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

namespace SerialPortTest
{
    /// <summary>
    ///  用于封装需要的串口通讯
    /// </summary>
    public class SerialSerice
    {
        //实现串口通讯的对象
        串口通讯 串口;
        /// <summary>
        /// 获取计算机的所有串口 步骤 1
        /// </summary>
        public void GetSerial()
        {
            string[] vs = 串口通讯.GetPortNames();
            Console.WriteLine("你电脑的串口列表(输入名称此端口,注意大小写):");

            foreach (var i in vs)
            {
                Console.WriteLine(i);
            }
        }
        //初始化串口 步骤 2
        public void 初始化(string portname)
        {
            串口 = new 串口通讯(portname);
            串口.Open();
        }
        //向串口写入数据 步骤 3
        public void 写入(string str)
        {
            //方式 1
            串口.Write(str);
            Console.WriteLine("已经向串口输入:" + str);
            Thread.Sleep(500);
            //方式 2、3
            byte[] b_字符 = Encoding.Default.GetBytes(str);
            byte[] b_16进制 = new byte[b_字符.Length];

            //转16进制再发送
            Console.WriteLine("发送的16进制数据:");
            for (int i = 0; i < b_字符.Length; i++)
            {
                b_16进制[i] = Convert.ToByte(b_字符[i].ToString(), 16);
                Console.Write(b_16进制[i] + " ");
            }
            Console.WriteLine();
            //方式 2、3 写入串口
            串口.Write(b_字符);
            Thread.Sleep(500);
            串口.Write(b_16进制);
            Thread.Sleep(500);
        }
        public void 开启后台监听()
        {
            //收到消息时要触发的事件
            串口.ReceivedEvent += 被触发的事件_1;

            串口.开始后台监控();

        }
        public static void 被触发的事件_1(object sender, byte[] bytes)
        {
            Console.WriteLine("收到数据");
            foreach (var i in bytes)
            {
                Console.Write(i + " ");
            }
            Console.WriteLine("");
        }

    }

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

        }
        //无意义,只是因为父类的 Sp_DataReceived() 不是 public
        public void 开始后台监控()
        {

            Sp_DataReceived(new object(), new SerialDataReceivedEventArgs(SerialData.Eof));
        }
    }
}
using System;

namespace SerialPortTest
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 初始化串口通讯服务
            SerialSerice 串口功能 = new SerialSerice();

            //显示串口列表、并让用户选择串口
            串口功能.GetSerial();
            string portname= Console.ReadLine();

            //步骤 2 
            串口功能.初始化(portname);
            串口功能.开启后台监听();
            Console.WriteLine("输入你想发送给客户端的内容,退出请输入 exit");
            //因为示例了三种写入方法,第三种方法需要转换,非数字会报错
            //实际上你可以发送如何类型的数据,就看你怎么写步骤 3 的方法
            Console.WriteLine("只能输入数字!8进制、10进制、16进制均可,请勿输入字符串");
            while (true)
            {
                string str = Console.ReadLine();
                if (str == "exit")
                    break;

                //步骤 3
                串口功能.写入(str);
            }

            Console.ReadKey();
        }
    }
}

 

为了实现串口通讯,我们把这个项目复制到别的目录,另外打开运行。即同一份代码变成两份,运行时就有两个控制台了。

 

《.NET Core 跨平台 串口通讯 ,Windows/Linux 串口通讯,flyfire.CustomSerialPort 的使用》

 《.NET Core 跨平台 串口通讯 ,Windows/Linux 串口通讯,flyfire.CustomSerialPort 的使用》

 

注:你会发现,输入一条消息,会收到几条信息。那是因为笔者在写入方法那部分,给出了三个写入方式,删除2个即可。

为了便于理解,笔者使用了中文对方法进行命名。

串口通讯已经已经实现了,如何实现 Modbus 协议,跟设备(单片机、开发板之类的小设备)进行约定通讯呢~笔者的另一篇文章~

《.NET Core 跨平台 串口通讯 ,Windows/Linux 串口通讯,flyfire.CustomSerialPort 的使用》

 

项目源码已经上传到 http://pan.whuanle.cn/?dir=uploads/dotnet-core-串口

8,Modbus 协议的实现例子

由于时间和篇幅问题,这里简单说一下 Modbus 和实现的示例。

Modbus 是一种通信协议,有 ASCII、RTU、TCP等实现方式,广泛应用于物联网设备、工业控制、自动化场景等。

《.NET Core 跨平台 串口通讯 ,Windows/Linux 串口通讯,flyfire.CustomSerialPort 的使用》

协议的实现,由一台主机、多个从机组成,我们把它想象成智能家居吧,一台电脑是主机,空调、电视机、冰箱等是从机。那么多设备,它们只能向主机发送数据,不能直接通讯,每台设备都有其地址。

《.NET Core 跨平台 串口通讯 ,Windows/Linux 串口通讯,flyfire.CustomSerialPort 的使用》

传输的数据流格式如下

《.NET Core 跨平台 串口通讯 ,Windows/Linux 串口通讯,flyfire.CustomSerialPort 的使用》

(以上两张图来自互联网)

然后,我实现了Modbus协议,对要发送的消息进行检验、封装、打包成帧、接收、处理发送。

分为服务器、客户端。每个客户端都有一个地址,下面示范,

我在服务器使用了 02 04 00 01 25 26,

代表:客户端地址02,功能码:04(代表要设备要干嘛),要读取设备的温湿度数据:00 01(00 02,00 03代表读取其他数据),后面 25 26 有其他功能作用,不过笔者手里没有真实的设备,所以没对其进行实现,理解就行。

服务端向客户端(02)发送数据,功能是读取寄存器(04),然后是读取温度数据还是湿度数据(00 01 代表两个都读取),25 26( 转为10进制为 9510 ) 可以定义为 要客户端发返回 9510 条记录。

返回的2 4 0 1 25 26 BB 4B,后面两个是 CRC 检验,由于数据传输可能发送丢失或出错,使用后面两位由于检验数据是否正确接收。

《.NET Core 跨平台 串口通讯 ,Windows/Linux 串口通讯,flyfire.CustomSerialPort 的使用》

上面是在控制台输入 16 进制的数,下面是 直接 输入 10 进制的数。

《.NET Core 跨平台 串口通讯 ,Windows/Linux 串口通讯,flyfire.CustomSerialPort 的使用》

刚刚实习工作~愿一切顺利~~~

水平有限,文章有错请评论指出~谢谢啦~

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