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.NET Core使用flyfire.CustomSerialPort实现Windows/Linux跨平台串口通讯

2024-04-02 19:55

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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

添加串口

请添加 4-6 个串口，COM1，COM2，COM3，COM4 ... ...

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

原理

因为是虚拟串口，有些问题需要注意一下

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

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.jb51.net/article/234717.htm

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

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：

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：

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;
            }
        }

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.jb51.net/article/234712.htm

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。