C#串口连接的读取和发送详解
作者：Dwaynerbing 发布时间：2022-05-11 10:04:47
标签：c#,串口,连接
一、串口连接的打开与关闭
串口，即COM口，在.NET中使用 SerialPort 类进行操作。串口开启与关闭，是涉及慢速硬件的IO操作，频繁打开或关闭会影响整体处理速度，甚至导致打开或关闭串口失败。非特殊情况，串口一次性打开后，在退出程序时关闭串口即可。在打开串口前，可以设置一些常用的参数。常用的参数如下：
（1）串口的接受/发送超时时间：ReadTimeout/WriteTimeout。
(2) 串口的接受/发送缓存区大小：ReadBufferSize/WriteBufferSize。
具体代码如下：
// Open Com
_serialPort = new SerialPort(com, baud);
if (_serialPort.IsOpen) _serialPort.Close();
// Set the read / write timeouts
_serialPort.ReadTimeout = 500;
_serialPort.WriteTimeout = 500;
// Set read / write buffer Size，the default of value is 1MB
_serialPort.ReadBufferSize = 1024 * 1024;
_serialPort.WriteBufferSize = 1024 * 1024;
_serialPort.Open();
// Discard Buffer
_serialPort.DiscardInBuffer();
_serialPort.DiscardOutBuffer();
需要注意的是超出缓冲区的部分会被直接丢弃。因此，如果需要使用串口传送大文件，那接收方和发送方都需要将各自的缓冲区域设置的足够大，以便能够一次性存储下大文件的二进制数组。若条件限制，缓冲区域不能设置过大，那就需要在发送大文件的时候按照发送缓冲区大小分包去发送，接收方按顺序把该数组组合起来形成接受文件的二进制数组。
二、串口发送
SerialPort 类发送支持二进制发送与文本发送，需要注意的是文本发送时，需要知道转换的规则，一般常用的是ASCII、UTF7、UTF-8、UNICODE、UTF32。具体代码如下：
#region Send
/// <summary>
/// 发送消息（byte数组）
/// </summary>
/// <param name="buffer"></param>
/// <param name="offset"></param>
/// <param name="count"></param>
public void Send(byte[] buffer, int offset, int count)
{
lock (_mux)
{
_serialPort.Write(buffer, offset, count);
_sendCount += (count - offset);
}
}
/// <summary>
/// 发送消息（字符串）
/// </summary>
/// <param name="encoding">字符串编码方式，具体方式见<see cref="Encoding"/></param>
/// <param name="message"></param>
public void Send(Encoding encoding , string message)
{
lock (_mux)
{
var buffer = encoding.GetBytes(message);
_serialPort.Write(buffer, 0, buffer.Length);
_sendCount += buffer.Length;
}
}
#endregion
三、串口接受
串口接受需要注意，消息接受与消息处理要代码分离。不能把流程处理的代码放入信息接受处，因为消息处理或多或少会有耗时，这会造成当发送方发送过快时，接受方的接受缓冲区会缓存多条消息。我们可以把接受到的消息放入队列中，然后在外部线程中，尝试去拿出该条消息进行消费。采用 “生产-消费”模式。具体代码如下：
#region Receive
private void PushMessage()
{
_serialPort.DataReceived += (sender, e) =>
{
lock (_mux)
{
if (_serialPort.IsOpen == false) return;
int length = _serialPort.BytesToRead;
byte[] buffer = new byte[length];
_serialPort.Read(buffer, 0, length);
_receiveCount += length;
_messageQueue.Enqueue(buffer);
_messageWaitHandle.Set();
}
};
}
/// <summary>
/// 获取串口接受到的内容
/// </summary>
/// <param name="millisecondsToTimeout">取消息的超时时间</param>
/// <returns>返回byte数组</returns>
public byte[] TryMessage(int millisecondsToTimeout = -1)
{
if (_messageQueue.TryDequeue(out var message))
{
return message;
}
if (_messageWaitHandle.WaitOne(millisecondsToTimeout))
{
if (_messageQueue.TryDequeue(out message))
{
return message;
}
}
return default;
}
#endregion
四、完整代码与测试结果
串口工具类的完整代码如下：
using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Collections.Generic;
using System.IO.Ports;
using System.Linq;
using System.Runtime.Serialization;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
namespace SerialportDemo
{
public class SSerialPort
{
private SerialPort _serialPort;
private readonly ConcurrentQueue<byte[]> _messageQueue;
private readonly EventWaitHandle _messageWaitHandle;
private int _receiveCount, _sendCount;
private readonly object _mux;
public int ReceiveCount
{
get => _receiveCount;
}
public int SendCount
{
get => _sendCount;
}
public SSerialPort(string com, int baud )
{
// initialized
_mux=new object();
_receiveCount = 0;
_sendCount = 0;
_messageQueue = new ConcurrentQueue<byte[]>();
_messageWaitHandle = new EventWaitHandle(false, EventResetMode.AutoReset);
// Open Com
OpenCom(com.ToUpper(),baud);
// Receive byte
PushMessage();
}
private void OpenCom(string com, int baud)
{
// Open Com
_serialPort = new SerialPort(com, baud);
if (_serialPort.IsOpen) _serialPort.Close();
// Set the read / write timeouts
_serialPort.ReadTimeout = 500;
_serialPort.WriteTimeout = 500;
// Set read / write buffer Size，the default of value is 1MB
_serialPort.ReadBufferSize = 1024 * 1024;
_serialPort.WriteBufferSize = 1024 * 1024;
_serialPort.Open();
// Discard Buffer
_serialPort.DiscardInBuffer();
_serialPort.DiscardOutBuffer();
}
#region Static
/// <summary>
/// 获取当前计算机的串行端口名的数组
/// </summary>
/// <returns></returns>
public static string[] GetPortNames()
{
return SerialPort.GetPortNames();
}
#endregion
#region Receive
private void PushMessage()
{
_serialPort.DataReceived += (sender, e) =>
{
lock (_mux)
{
if (_serialPort.IsOpen == false) return;
int length = _serialPort.BytesToRead;
byte[] buffer = new byte[length];
_serialPort.Read(buffer, 0, length);
_receiveCount += length;
_messageQueue.Enqueue(buffer);
_messageWaitHandle.Set();
}
};
}
/// <summary>
/// 获取串口接受到的内容
/// </summary>
/// <param name="millisecondsToTimeout">取消息的超时时间</param>
/// <returns>返回byte数组</returns>
public byte[] TryMessage(int millisecondsToTimeout = -1)
{
if (_messageQueue.TryDequeue(out var message))
{
return message;
}
if (_messageWaitHandle.WaitOne(millisecondsToTimeout))
{
if (_messageQueue.TryDequeue(out message))
{
return message;
}
}
return default;
}
#endregion
#region Send
/// <summary>
/// 发送消息（byte数组）
/// </summary>
/// <param name="buffer"></param>
/// <param name="offset"></param>
/// <param name="count"></param>
public void Send(byte[] buffer, int offset, int count)
{
lock (_mux)
{
_serialPort.Write(buffer, offset, count);
_sendCount += (count - offset);
}
}
/// <summary>
/// 发送消息（字符串）
/// </summary>
/// <param name="encoding">字符串编码方式，具体方式见<see cref="Encoding"/></param>
/// <param name="message"></param>
public void Send(Encoding encoding , string message)
{
lock (_mux)
{
var buffer = encoding.GetBytes(message);
_serialPort.Write(buffer, 0, buffer.Length);
_sendCount += buffer.Length;
}
}
#endregion
/// <summary>
/// 清空接受/发送总数统计
/// </summary>
public void ClearCount()
{
lock (_mux)
{
_sendCount = 0;
_receiveCount = 0;
}
}
/// <summary>
/// 关闭串口
/// </summary>
public void Close()
{
_serialPort.Close();
}
}
}
测试代码如下：
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine($"该计算机可使用的串口列表：{string.Join(",", SSerialPort.GetPortNames())}");
Console.Write("请输入需要打开的串口：");
string port = Console.ReadLine();
SSerialPort com = new SSerialPort(port, 57600);
Console.WriteLine($"串口 {port} 打开成功...");
Console.Write("请输入需要打开的串口发送的消息：");
string text = Console.ReadLine();
while (true)
{
com.Send(Encoding.Default, text);
Console.WriteLine($"总共发送 {com.SendCount}");
var message = com.TryMessage();
if (message != null)
{
Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss fff")} {Encoding.Default.GetString(message)}");
//// TEST:从添加延时可以测试到，接受消息和处理消息必须分不同线程处理。因为对于消息的处理或多或少都需要耗时，这样容易造成消息处理不及时。而添加到队列后，我们可以随时取出处理
//System.Threading.Thread.Sleep(100*1);
}
Console.WriteLine($"总共接受 {com.ReceiveCount}");
}
Console.ReadKey();
}
}
使用串口工具测试如下，对于串口的接受如丝般顺滑。当我们在消息中增加测试延时后，就会发现当串口工具继续快速发送一段时间后关闭发送，发现使用队列后，依然没有丢失一条来自发送方的消息。
总结
来源：https://www.cnblogs.com/dongweian/p/14232446.html
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