C#串口通信程序实现无感知签到与答题
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
1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 using System.Configuration; 4 using System.IO.Ports; 5 using System.Linq; 6 using System.Text; 7 using System.Threading; 8 using System.Threading.Tasks; 9 10 namespace ZPZSerialPort.ComSerialPort 11 { 12 public sealed class ComDeviceManager 13 { 14 private NLog.Logger logger = NLog.LogManager.GetCurrentClassLogger();//NLog日志记录串口信息 15 private static ComDeviceManager _comManager; 16 private static readonly object _instAsync = new object(); 17 public SerialPort ComDeviceComputerChip { get; private set; } 18 19 public Action<Byte[]> ActionComputerChip { get; set; } 20 21 /// <summary> 22 /// 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 23 /// </summary> 24 private ComDeviceManager() 25 { 26 ComDeviceComputerChip = new SerialPort();//实例化一个SerialPort 27 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 28 ComDeviceComputerChip.BaudRate = 115200;// 串行波特率指定为115200 29 ComDeviceComputerChip.Parity = (Parity)Convert.ToInt32("0");// 30 ComDeviceComputerChip.DataBits = Convert.ToInt32("8"); 31 ComDeviceComputerChip.StopBits = (StopBits)Convert.ToInt32("1"); 32 ComDeviceComputerChip.DataReceived += ComDevice1_DataReceived; 33 34 } 35 /// <summary> 36 /// 接受端口数据事件 37 /// </summary> 38 /// <param name="sender"></param> 39 /// <param name="e"></param> 40 private void ComDevice1_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e) 41 { 42 byte[] buffers = new byte[ComDeviceComputerChip.BytesToRead]; 43 ComDeviceComputerChip.Read(buffers, 0, buffers.Length); 44 ActionComputerChip?.Invoke(buffers); 45 } 46 /// <summary> 47 /// 当前设备 48 /// </summary> 49 public static ComDeviceManager CurrentDevice 50 { 51 get 52 { 53 if (_comManager == null) 54 { 55 lock (_instAsync) 56 { 57 if (_comManager == null) 58 { 59 return _comManager = new ComDeviceManager(); 60 } 61 } 62 } 63 64 return _comManager; 65 } 66 } 67 /// <summary> 68 /// 打开端口 69 /// </summary> 70 /// <returns></returns> 71 public bool OpenDevice() 72 { 73 try 74 { 75 if (!ComDeviceComputerChip.IsOpen) 76 { 77 ComDeviceComputerChip.Open(); 78 } 79 return true; 80 } 81 catch (Exception ex) 82 { 83 logger.Error("打开设备错误:"+ex); 84 } 85 86 return false; 87 } 88 /// <summary> 89 /// 发送数据 90 /// </summary> 91 /// <param name="data"></param> 92 /// <returns></returns> 93 public bool SendDzxp(byte[] data) 94 { 95 try 96 { 97 if (ComDeviceComputerChip.IsOpen) 98 { 99 Thread.Sleep(10);// 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 100 ComDeviceComputerChip.Write(data, 0, data.Length);//发送数据给串口端口 101 Thread.Sleep(10);// 延迟发送 102 return true; 103 } 104 } 105 catch (Exception ex) 106 { 107 logger.Error(ex); 108 } 109 110 return false; 111 } 112 113 114 } 115 }
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
1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 using System.Linq; 4 using System.Text; 5 using System.Threading.Tasks; 6 7 namespace ZPZSerialPort.Factory 8 { 9 public interface ICommunication 10 { 11 bool Send(object data); 12 } 13 /// <summary> 14 /// 同步时间 15 /// </summary> 16 public class SyncTime : ICommunication// 17 { 18 public bool Send(object data) 19 { 20 Console.WriteLine("同步时间接受的数据"); 21 return true; 22 } 23 } 24 /// <summary> 25 /// 同步课程 26 /// </summary> 27 public class SyncCourse : ICommunication 28 { 29 public bool Send(object data) 30 { 31 Console.WriteLine("同步课程接受的数据"); 32 return true; 33 } 34 } 35 /// <summary> 36 /// 签到 37 /// </summary> 38 public class Sign : ICommunication 39 { 40 public bool Send(object data) 41 { 42 Console.WriteLine("同步课程接受的数据"); 43 return true; 44 } 45 46 } 47 /// <summary> 48 /// 答题 49 /// </summary> 50 public class Answer : ICommunication 51 { 52 public bool Send(object data) 53 { 54 Console.WriteLine("答题接受的数据"); 55 return true; 56 } 57 } 58 59 60 }
1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 using System.Linq; 4 using System.Text; 5 using System.Threading.Tasks; 6 7 namespace ZPZSerialPort.Factory 8 { 9 /// <summary> 10 /// 通讯工厂 11 /// </summary> 12 public class CommunicationFactory 13 { 14 public ICommunication CreateCommunicationFactory(string style) 15 { 16 switch (style) 17 { 18 case "SyncTime"://同步时间 19 return new SyncTime(); 20 case "SyncCourse"://同步课程 21 return new SyncCourse(); 22 case "Sign"://签到 23 return new Sign(); 24 case "Answer"://答题 25 return new Answer(); 26 } 27 return null; 28 } 29 } 30 }
处理接受得数据实体
1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 using System.Linq; 4 using System.Text; 5 using System.Threading.Tasks; 6 7 namespace ZPZSerialPort.COM_USB 8 { 9 /// <summary> 10 /// 响应数据帧 11 /// </summary> 12 public class USBComReceiveEntity 13 { 14 //引导码 2 bytes,0xFA 0xFA 15 public string header { get; set; } 16 17 //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 18 public string direction { get; set; } 19 20 //设备IC卡号 4 byte,对应内嵌电子校牌的IC卡号 21 public string icCard { get; set; } 22 23 //命令码 1 byte,取值范围为0x00 – 0xFF 24 public string code { get; set; } 25 26 //响应标志码:1 byte,0x80-----接收正确;0x81----接收有误 27 public string response { get; set; } 28 29 //数据包长度 1 byte,0x00 – 0x3F 30 public string length { get; set; } 31 32 //数据内容 传输的数据信息,长度大小与数据包长度一致 33 public string content { get; set; } 34 35 //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 36 public string check { get; set; } 37 38 /// <summary> 39 /// set 实体 40 /// </summary> 41 /// <param name="str"></param> 42 /// <returns></returns> 43 public static USBComReceiveEntity SetReceiveEntity(string str) 44 { 45
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