最近公司项目上线，之前利用串口通讯实现校牌的无感知签到程序， 项目上线以后刚刚好有时间把之前的出现的问题做下记录，废话不多，直接到主题
串口介绍：
串行接口简称串口，也称串行通信接口或串行通讯接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的扩展接口。（至于再详细，自己百度）
正文：
最近在公司让用C#写一个串口通讯程序，下面我将这次遇到的问题和解决方法奉献出来，希望对工作中需要的朋友有所帮助！
我们来看具体的实现步骤。
公司要求实现以下几个功能：
1.）启动程序打开串口通信，接受嵌入式校牌发送过来的16进制形式的数据指令执行业务操作，业务操作完做出回应。
2.）根据需要设置串口通信的必要参数。
3.）通过校牌指令执行相关业务，拉取数据通过访问java的http接口获取数据,并将数据进行处理转换为16进制形式下发给校牌
4.）配置相关接口地址
5.）校牌答题与教室端互动通过本地UPD传递给教室端，
看着好像挺复杂，其实都是纸老虎，一戳就破，前提是你敢去戳。我尽量讲的详细一些，争取说到每个知识点。
C#代码实现：采用SerialPort
实例化一个SerialPort
1. private SerialPort ComDevice = new SerialPort();
我自己写了个串口的类就直接上代码
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Configuration;
using System.IO.Ports;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks; namespace ZPZSerialPort.ComSerialPort
{
public sealed class ComDeviceManager
{
private NLog.Logger logger = NLog.LogManager.GetCurrentClassLogger();//NLog日志记录串口信息
private static ComDeviceManager _comManager;
private static readonly object _instAsync = new object();
public SerialPort ComDeviceComputerChip { get; private set; } public Action<Byte[]> ActionComputerChip { get; set; } /// <summary>
/// 此处配置根据实际串口进行配置，也可以配置为可变的参数
/// </summary>
private ComDeviceManager()
{
ComDeviceComputerChip = new SerialPort();//实例化一个SerialPort
ComDeviceComputerChip.PortName = ConfigurationManager.AppSettings["protnamexyt"];//端口号此处端口号不固定此处配置为可变参数
ComDeviceComputerChip.BaudRate = ;// 串行波特率指定为115200
ComDeviceComputerChip.Parity = (Parity)Convert.ToInt32("");//
ComDeviceComputerChip.DataBits = Convert.ToInt32("");
ComDeviceComputerChip.StopBits = (StopBits)Convert.ToInt32("");
ComDeviceComputerChip.DataReceived += ComDevice1_DataReceived; }
/// <summary>
/// 接受端口数据事件
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private void ComDevice1_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
{
byte[] buffers = new byte[ComDeviceComputerChip.BytesToRead];
ComDeviceComputerChip.Read(buffers, , buffers.Length);
ActionComputerChip?.Invoke(buffers);
}
/// <summary>
/// 当前设备
/// </summary>
public static ComDeviceManager CurrentDevice
{
get
{
if (_comManager == null)
{
lock (_instAsync)
{
if (_comManager == null)
{
return _comManager = new ComDeviceManager();
}
}
} return _comManager;
}
}
/// <summary>
/// 打开端口
/// </summary>
/// <returns></returns>
public bool OpenDevice()
{
try
{
if (!ComDeviceComputerChip.IsOpen)
{
ComDeviceComputerChip.Open();
}
return true;
}
catch (Exception ex)
{
logger.Error("打开设备错误："+ex);
} return false;
}
/// <summary>
/// 发送数据
/// </summary>
/// <param name="data"></param>
/// <returns></returns>
public bool SendDzxp(byte[] data)
{
try
{
if (ComDeviceComputerChip.IsOpen)
{
Thread.Sleep();// 延迟发送必须做延迟发送不然发送给校牌接受不到，这个问题浪费了一上午事件才发送在发送得时候需要做延迟
ComDeviceComputerChip.Write(data, , data.Length);//发送数据给串口端口
Thread.Sleep();// 延迟发送
return true;
}
}
catch (Exception ex)
{
logger.Error(ex);
} return false;
} }
}
设备操作类已经编写完毕，接着就是我们收到指令主动执行操作：操作的步骤如下几点
1.）同步时间
收到同步时间指令获取当前系统时间转换为16进制字节，进行CRC校验之后带上，发送给基站,发送的格式为
引导码+发送码+卡号+响应成功码+长度+内容(当前时间)+校验码
2.）同步课程
收到同步课程指令先通过接口拉取数据，把拉取到json数据解析，上课的开始时间，频点，日期，星期 数据进行解析为16进制字节数组
引导码+发送码+卡号+响应成功码+长度+内容(一天课程上课时间)+校验码
拉取到的课程与校牌成功以后 把卡号，频点，同步成功最后课程的时间 提交给接口保存
3.）签到
收到签到指令 进行回复
引导码+发送码+卡号+响应成功码+长度+内容(校牌发送的签到指令)+校验码
把校牌卡号与课程ID 提交给接口保存
一 通讯层格式：
请求/控制数据帧
|
引导码 |
数据传输方向 |
设备IC卡号 |
命令码 |
数据包长度 |
数据内容 |
校验码 （CRC16） |
|
|
FA FA |
D0/D1 |
4 bytes |
0x00~0xFF |
0x00~0x3F |
0~N |
CRC_L |
CRC_H |
- 引导码：2 bytes，0xFA 0xFA；
- 数据传输方向：1 byte，0xD0为电子校牌上传数据给服务器，0xD1为服务器下发数据到电子校牌；
- 设备IC卡号：4 byte，对应内嵌电子校牌的IC卡号；
- 命令码：1 byte，取值范围为0x00 – 0xFF；
- 数据包长度：1 byte，0x00 – 0x3F；
- 数据内容：传输的数据信息，长度大小与数据包长度一致；
- 校验码：2 bytes，低字节在前，高字节在后，采用CRC16校验方式，校验数据包括从数据传输方向到数据内容；
响应数据帧
|
引导码 |
数据传输方向 |
设备IC卡号 |
命令码 |
响应标志码 |
数据包长度 |
数据内容 |
校验码 （CRC16） |
|
|
FA FA |
D0/D1 |
4 bytes |
0x00~0xFF |
0x80/0x81 |
0x00~0x3F |
0~N |
CRC_L |
CRC_H |
- 引导码：2 bytes，0xFA 0xFA；
- 数据传输方向：1 byte，0xD0为终端设备上传数据给服务器，0xD1为服务器下发数据到终端设备；
- 设备IC卡号：4 byte，对应内嵌电子校牌的IC卡号；
- 命令码：1 byte，取值范围为0x00 – 0xFF；
- 响应标志码：1 byte，0x80-----接收正确；0x81----接收有误；
数据有误码：0x01-----数据格式有误
0x02-----校验码错误
0x03-----题型有误
- 数据包长度：1 byte，0x00 – 0x3F；
- 数据内容：传输的数据信息，长度大小与数据包长度一致；
- 校验码：2 bytes，低字节在前，高字节在后，采用CRC16校验方式，校验数据包括从数据传输方向到数据内容；
二 详细命令解析：
（以设备IC卡号为0xA0 0xA1 0xA2 0xA3为例）
-
电子校牌连接基站服务器 0x00
命令码： 0x00
数据内容：年/月/日/星期/时/分/秒 7 bytes
举例：
Send: FA FA D0 A0 A1 A2 A3 00 00 CRC16
Recv: FA FA D1 A0 A1 A2 A3 00 80 07 YY MM DD WW hh mm ss CRC16 // 连接成功
-
电子校牌请求服务器同步课程表 0x01
命令码： 0x01
数据内容：ID号：A0 A1 A2 A3
FF FF FF FF 表示对所有电子校牌统一下发
N=2n+1：课程表（时间、频点） 星期几+（时间（小时/分钟）+频点）* n(课节数，最大10)
Weekday：星期一 ~ 星期六（1~6）， 星期日： 0
时间（H/M）：(（H-6）<< 4) | (M/5) 分钟为5的倍数
举例：
Send: FA FA D0 A0 A1 A2 A3 01 00 CRC16 // 校牌请求下发课程表
Recv: FA FA D1 A0 A1 A2 A3 01 80 N weekday 1...2n CRC16 // 服务器下发课程表
Send: FA FA D0 A0 A1 A2 A3 01 80 01 weekday CRC16 //校牌回复设置课程表成功
-
电子校牌完成签到功能 0x02
命令码： 0x02
数据内容： 年/月/日/时/分/秒 6 bytes
举例：
Send: FA FA D0 A0 A1 A2 A3 02 06 YY MM DD hh mm ss CRC16
Recv: FA FA D1 A0 A1 A2 A3 02 80 06 YY MM DD hh mm ss CRC16 // 签到成功
处理相关业务逻辑使用工厂模式
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks; namespace ZPZSerialPort.Factory
{
public interface ICommunication
{
bool Send(object data);
}
/// <summary>
/// 同步时间
/// </summary>
public class SyncTime : ICommunication//
{
public bool Send(object data)
{
Console.WriteLine("同步时间接受的数据");
return true;
}
}
/// <summary>
/// 同步课程
/// </summary>
public class SyncCourse : ICommunication
{
public bool Send(object data)
{
Console.WriteLine("同步课程接受的数据");
return true;
}
}
/// <summary>
/// 签到
/// </summary>
public class Sign : ICommunication
{
public bool Send(object data)
{
Console.WriteLine("同步课程接受的数据");
return true;
} }
/// <summary>
/// 答题
/// </summary>
public class Answer : ICommunication
{
public bool Send(object data)
{
Console.WriteLine("答题接受的数据");
return true;
}
} }using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks; namespace ZPZSerialPort.Factory
{
/// <summary>
/// 通讯工厂
/// </summary>
public class CommunicationFactory
{
public ICommunication CreateCommunicationFactory(string style)
{
switch (style)
{
case "SyncTime"://同步时间
return new SyncTime();
case "SyncCourse"://同步课程
return new SyncCourse();
case "Sign"://签到
return new Sign();
case "Answer"://答题
return new Answer();
}
return null;
}
}
}处理接受得数据实体
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks; namespace ZPZSerialPort.COM_USB
{
/// <summary>
/// 响应数据帧
/// </summary>
public class USBComReceiveEntity
{
//引导码 2 bytes，0xFA 0xFA
public string header { get; set; } //数据传输方向 1 byte，0xD0为电子校牌上传数据给服务器，0xD1为服务器下发数据到电子校牌
public string direction { get; set; } //设备IC卡号 4 byte，对应内嵌电子校牌的IC卡号
public string icCard { get; set; } //命令码 1 byte，取值范围为0x00 – 0xFF
public string code { get; set; } //响应标志码：1 byte，0x80-----接收正确；0x81----接收有误
public string response { get; set; } //数据包长度 1 byte，0x00 – 0x3F
public string length { get; set; } //数据内容 传输的数据信息，长度大小与数据包长度一致
public string content { get; set; } //校验码CRC16 2 bytes，低字节在前，高字节在后，采用CRC16校验方式，校验数据包括从数据传输方向到数据内容
public string check { get; set; } /// <summary>
/// set 实体
/// </summary>
/// <param name="str"></param>
/// <returns></returns>
public static USBComReceiveEntity SetReceiveEntity(string str)
{
if (str == null || str.Length == ) return null;
USBComReceiveEntity entity = new USBComReceiveEntity();
str = str.Replace(" ", "");
if (str.Length >= ) entity.header = str.Substring(, );
if (str.Length >= ) entity.direction = str.Substring(, );
if (str.Length >= ) entity.icCard = str.Substring(, );
if (str.Length >= ) entity.code = str.Substring(, );
if (str.Length >= ) entity.response = str.Substring(, );
if (str.Length >= ) entity.length = str.Substring(, );
int count = ;
if (entity.length != null && entity.length.Length > ) count = int.Parse(entity.length) * ;
if (count > && str.Length >= + count) entity.content = str.Substring(, count);
if (str.Length >= count + + ) entity.check = str.Substring( + count, );
return entity;
} /// <summary>
/// 校验码CRC16
/// </summary>
/// <param name="sendEntity"></param>
/// <returns></returns>
public static string getCheckString(USBComReceiveEntity sendEntity)
{
string str = "";
if (sendEntity.direction == null || sendEntity.direction.Length == ) str = str + USBComUtil.Com_Send;
else str = str + sendEntity.direction;
if (sendEntity.icCard == null || sendEntity.icCard.Length == ) str = str + "";
else str = str + sendEntity.icCard;
if (sendEntity.code == null || sendEntity.code.Length == ) str = str + "";
else str = str + sendEntity.code;
if (sendEntity.response == null || sendEntity.response.Length == ) str = str + "";
else str = str + sendEntity.response;
if (sendEntity.length == null || sendEntity.length.Length == ) str = str + "";
else str = str + sendEntity.length;
if (sendEntity.content == null || sendEntity.content.Length == ) str = str + "";
else str = str + sendEntity.content;
return CRCUtil.ToModbusCRC16(str);
} /// <summary>
/// 返回实体字符串
/// </summary>
/// <param name="sendEntity"></param>
/// <returns></returns>
public static string getEntityToString(USBComReceiveEntity sendEntity)
{
string str = "";
if (sendEntity.header == null || sendEntity.header.Length == ) str = USBComUtil.Com_Header;
else str = sendEntity.header;
if (sendEntity.direction == null || sendEntity.direction.Length == ) str = str + USBComUtil.Com_Send;
else str = str + sendEntity.direction;
if (sendEntity.icCard == null || sendEntity.icCard.Length == ) str = str + "";
else str = str + sendEntity.icCard;
if (sendEntity.code == null || sendEntity.code.Length == ) str = str + "";
else str = str + sendEntity.code;
if (sendEntity.response == null || sendEntity.response.Length == ) str = str + "";
else str = str + sendEntity.response;
if (sendEntity.length == null || sendEntity.length.Length == ) str = str + "";
else str = str + sendEntity.length;
if (sendEntity.content == null || sendEntity.content.Length == ) str = str + "";
else str = str + sendEntity.content;
if (sendEntity.check == null || sendEntity.check.Length == ) str = str + "";
else str = str + sendEntity.check;
return str;
}
}
}
CRC16校验 算法类
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks; namespace ZPZSerialPort.COM_USB
{
public class CRCUtil
{
#region CRC16
public static byte[] CRC16(byte[] data)
{
int len = data.Length;
if (len > )
{
ushort crc = 0xFFFF; for (int i = ; i < len; i++)
{
crc = (ushort)(crc ^ (data[i]));
for (int j = ; j < ; j++)
{
crc = (crc & ) != ? (ushort)((crc >> ) ^ 0xA001) : (ushort)(crc >> );
}
}
byte hi = (byte)((crc & 0xFF00) >> ); //高位置
byte lo = (byte)(crc & 0x00FF); //低位置 return new byte[] { lo, hi };
}
return new byte[] { , };
}
#endregion #region ToCRC16
public static string ToCRC16(string content)
{
return ToCRC16(content, Encoding.UTF8);
} public static string ToCRC16(string content, bool isReverse)
{
return ToCRC16(content, Encoding.UTF8, isReverse);
} public static string ToCRC16(string content, Encoding encoding)
{
return ByteToString(CRC16(encoding.GetBytes(content)), true);
} public static string ToCRC16(string content, Encoding encoding, bool isReverse)
{
return ByteToString(CRC16(encoding.GetBytes(content)), isReverse);
} public static string ToCRC16(byte[] data)
{
return ByteToString(CRC16(data), true);
} public static string ToCRC16(byte[] data, bool isReverse)
{
return ByteToString(CRC16(data), isReverse);
}
#endregion #region ToModbusCRC16
public static string ToModbusCRC16(string s)
{
return ToModbusCRC16(s, true);
} public static string ToModbusCRC16(string s, bool isReverse)
{
return ByteToString(CRC16(StringToHexByte(s)), isReverse);
} public static string ToModbusCRC16(byte[] data)
{
return ToModbusCRC16(data, true);
} public static string ToModbusCRC16(byte[] data, bool isReverse)
{
return ByteToString(CRC16(data), isReverse);
}
#endregion #region ByteToString
public static string ByteToString(byte[] arr, bool isReverse)
{
try
{
byte hi = arr[], lo = arr[];
return Convert.ToString(isReverse ? hi + lo * 0x100 : hi * 0x100 + lo, ).ToUpper().PadLeft(, '');
}
catch (Exception ex) { throw (ex); }
} public static string ByteToString(byte[] arr)
{
try
{
return ByteToString(arr, true);
}
catch (Exception ex) { throw (ex); }
}
#endregion #region StringToHexString
public static string StringToHexString(string str)
{
StringBuilder s = new StringBuilder();
foreach (short c in str.ToCharArray())
{
s.Append(c.ToString("X4"));
}
return s.ToString();
}
#endregion #region StringToHexByte
private static string ConvertChinese(string str)
{
StringBuilder s = new StringBuilder();
foreach (short c in str.ToCharArray())
{
if (c <= || c >= )
{
s.Append(c.ToString("X4"));
}
else
{
s.Append((char)c);
}
}
return s.ToString();
} private static string FilterChinese(string str)
{
StringBuilder s = new StringBuilder();
foreach (short c in str.ToCharArray())
{
if (c > && c < )
{
s.Append((char)c);
}
}
return s.ToString();
} /// <summary>
/// 字符串转16进制字符数组
/// </summary>
/// <param name="hex"></param>
/// <returns></returns>
public static byte[] StringToHexByte(string str)
{
return StringToHexByte(str, false);
} /// <summary>
/// 字符串转16进制字符数组
/// </summary>
/// <param name="str"></param>
/// <param name="isFilterChinese">是否过滤掉中文字符</param>
/// <returns></returns>
public static byte[] StringToHexByte(string str, bool isFilterChinese)
{
string hex = isFilterChinese ? FilterChinese(str) : ConvertChinese(str); //清除所有空格
hex = hex.Replace(" ", "");
//若字符个数为奇数，补一个0
hex += hex.Length % != ? "" : ""; byte[] result = new byte[hex.Length / ];
for (int i = , c = result.Length; i < c; i++)
{
result[i] = Convert.ToByte(hex.Substring(i * , ), );
}
return result;
}
#endregion
}
}
具体得业务代码就不贴出来了,由于是公司产品项目，大家都明白我也不多说。
代码下载：ZPZSerialPort.rar
不足之处，还望见谅！
