C#串口通信程序实现无感知签到与答题

来源：cnblogs　　作者：无赖痞子　　时间：2018/12/7 9:38:16　　对本文有异议

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             if (str == null || str.Length == 0) return null;
 46             USBComReceiveEntity entity = new USBComReceiveEntity();
 47             str = str.Replace(" ", "");
 48             if (str.Length >= 4) entity.header = str.Substring(0, 4);
 49             if (str.Length >= 6) entity.direction = str.Substring(4, 2);
 50             if (str.Length >= 14) entity.icCard = str.Substring(6, 8);
 51             if (str.Length >= 16) entity.code = str.Substring(14, 2);
 52             if (str.Length >= 18) entity.response = str.Substring(16, 2);
 53             if (str.Length >= 20) entity.length = str.Substring(18, 2);
 54             int count = 0;
 55             if (entity.length != null && entity.length.Length > 0) count = int.Parse(entity.length) * 2;
 56             if (count > 0 && str.Length >= 20 + count) entity.content = str.Substring(20, count);
 57             if (str.Length >= count + 20 + 4) entity.check = str.Substring(20 + count, 4);
 58             return entity;
 59         }
 60 
 61         /// <summary>
 62         /// 校验码CRC16
 63         /// </summary>
 64         /// <param name="sendEntity"></param>
 65         /// <returns></returns>
 66         public static string getCheckString(USBComReceiveEntity sendEntity)
 67         {
 68             string str = "";
 69             if (sendEntity.direction == null || sendEntity.direction.Length == 0) str = str + USBComUtil.Com_Send;
 70             else str = str + sendEntity.direction;
 71             if (sendEntity.icCard == null || sendEntity.icCard.Length == 0) str = str + "";
 72             else str = str + sendEntity.icCard;
 73             if (sendEntity.code == null || sendEntity.code.Length == 0) str = str + "";
 74             else str = str + sendEntity.code;
 75             if (sendEntity.response == null || sendEntity.response.Length == 0) str = str + "";
 76             else str = str + sendEntity.response;
 77             if (sendEntity.length == null || sendEntity.length.Length == 0) str = str + "";
 78             else str = str + sendEntity.length;
 79             if (sendEntity.content == null || sendEntity.content.Length == 0) str = str + "";
 80             else str = str + sendEntity.content;
 81             return CRCUtil.ToModbusCRC16(str);
 82         }
 83 
 84         /// <summary>
 85         /// 返回实体字符串
 86         /// </summary>
 87         /// <param name="sendEntity"></param>
 88         /// <returns></returns>
 89         public static string getEntityToString(USBComReceiveEntity sendEntity)
 90         {
 91             string str = "";
 92             if (sendEntity.header == null || sendEntity.header.Length == 0) str = USBComUtil.Com_Header;
 93             else str = sendEntity.header;
 94             if (sendEntity.direction == null || sendEntity.direction.Length == 0) str = str + USBComUtil.Com_Send;
 95             else str = str + sendEntity.direction;
 96             if (sendEntity.icCard == null || sendEntity.icCard.Length == 0) str = str + "";
 97             else str = str + sendEntity.icCard;
 98             if (sendEntity.code == null || sendEntity.code.Length == 0) str = str + "";
 99             else str = str + sendEntity.code;
100             if (sendEntity.response == null || sendEntity.response.Length == 0) str = str + "";
101             else str = str + sendEntity.response;
102             if (sendEntity.length == null || sendEntity.length.Length == 0) str = str + "";
103             else str = str + sendEntity.length;
104             if (sendEntity.content == null || sendEntity.content.Length == 0) str = str + "";
105             else str = str + sendEntity.content;
106             if (sendEntity.check == null || sendEntity.check.Length == 0) str = str + "";
107             else str = str + sendEntity.check;
108             return str;
109         }
110     }
111 }

CRC16校验算法类

  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     public class CRCUtil
 10     {
 11         #region  CRC16
 12         public static byte[] CRC16(byte[] data)
 13         {
 14             int len = data.Length;
 15             if (len > 0)
 16             {
 17                 ushort crc = 0xFFFF;
 18 
 19                 for (int i = 0; i < len; i++)
 20                 {
 21                     crc = (ushort)(crc ^ (data[i]));
 22                     for (int j = 0; j < 8; j++)
 23                     {
 24                         crc = (crc & 1) != 0 ? (ushort)((crc >> 1) ^ 0xA001) : (ushort)(crc >> 1);
 25                     }
 26                 }
 27                 byte hi = (byte)((crc & 0xFF00) >> 8);  //高位置
 28                 byte lo = (byte)(crc & 0x00FF);         //低位置
 29 
 30                 return new byte[] { lo, hi };
 31             }
 32             return new byte[] { 0, 0 };
 33         }
 34         #endregion
 35 
 36         #region  ToCRC16
 37         public static string ToCRC16(string content)
 38         {
 39             return ToCRC16(content, Encoding.UTF8);
 40         }
 41 
 42         public static string ToCRC16(string content, bool isReverse)
 43         {
 44             return ToCRC16(content, Encoding.UTF8, isReverse);
 45         }
 46 
 47         public static string ToCRC16(string content, Encoding encoding)
 48         {
 49             return ByteToString(CRC16(encoding.GetBytes(content)), true);
 50         }
 51 
 52         public static string ToCRC16(string content, Encoding encoding, bool isReverse)
 53         {
 54             return ByteToString(CRC16(encoding.GetBytes(content)), isReverse);
 55         }
 56 
 57         public static string ToCRC16(byte[] data)
 58         {
 59             return ByteToString(CRC16(data), true);
 60         }
 61 
 62         public static string ToCRC16(byte[] data, bool isReverse)
 63         {
 64             return ByteToString(CRC16(data), isReverse);
 65         }
 66         #endregion
 67 
 68         #region  ToModbusCRC16
 69         public static string ToModbusCRC16(string s)
 70         {
 71             return ToModbusCRC16(s, true);
 72         }
 73 
 74         public static string ToModbusCRC16(string s, bool isReverse)
 75         {
 76             return ByteToString(CRC16(StringToHexByte(s)), isReverse);
 77         }
 78 
 79         public static string ToModbusCRC16(byte[] data)
 80         {
 81             return ToModbusCRC16(data, true);
 82         }
 83 
 84         public static string ToModbusCRC16(byte[] data, bool isReverse)
 85         {
 86             return ByteToString(CRC16(data), isReverse);
 87         }
 88         #endregion
 89 
 90         #region  ByteToString
 91         public static string ByteToString(byte[] arr, bool isReverse)
 92         {
 93             try
 94             {
 95                 byte hi = arr[0], lo = arr[1];
 96                 return Convert.ToString(isReverse ? hi + lo * 0x100 : hi * 0x100 + lo, 16).ToUpper().PadLeft(4, '0');
 97             }
 98             catch (Exception ex) { throw (ex); }
 99         }
100 
101         public static string ByteToString(byte[] arr)
102         {
103             try
104             {
105                 return ByteToString(arr, true);
106             }
107             catch (Exception ex) { throw (ex); }
108         }
109         #endregion
110 
111         #region  StringToHexString
112         public static string StringToHexString(string str)
113         {
114             StringBuilder s = new StringBuilder();
115             foreach (short c in str.ToCharArray())
116             {
117                 s.Append(c.ToString("X4"));
118             }
119             return s.ToString();
120         }
121         #endregion
122 
123         #region  StringToHexByte
124         private static string ConvertChinese(string str)
125         {
126             StringBuilder s = new StringBuilder();
127             foreach (short c in str.ToCharArray())
128             {
129                 if (c <= 0 || c >= 127)
130                 {
131                     s.Append(c.ToString("X4"));
132                 }
133                 else
134                 {
135                     s.Append((char)c);
136                 }
137             }
138             return s.ToString();
139         }
140 
141         private static string FilterChinese(string str)
142         {
143             StringBuilder s = new StringBuilder();
144             foreach (short c in str.ToCharArray())
145             {
146                 if (c > 0 && c < 127)
147                 {
148                     s.Append((char)c);
149                 }
150             }
151             return s.ToString();
152         }
153 
154         /// <summary>
155         /// 字符串转16进制字符数组
156         /// </summary>
157         /// <param name="hex"></param>
158         /// <returns></returns>
159         public static byte[] StringToHexByte(string str)
160         {
161             return StringToHexByte(str, false);
162         }
163 
164         /// <summary>
165         /// 字符串转16进制字符数组
166         /// </summary>
167         /// <param name="str"></param>
168         /// <param name="isFilterChinese">是否过滤掉中文字符</param>
169         /// <returns></returns>
170         public static byte[] StringToHexByte(string str, bool isFilterChinese)
171         {
172             string hex = isFilterChinese ? FilterChinese(str) : ConvertChinese(str);
173 
174             //清除所有空格
175             hex = hex.Replace(" ", "");
176             //若字符个数为奇数，补一个0
177             hex += hex.Length % 2 != 0 ? "0" : "";
178 
179             byte[] result = new byte[hex.Length / 2];
180             for (int i = 0, c = result.Length; i < c; i++)
181             {
182                 result[i] = Convert.ToByte(hex.Substring(i * 2, 2), 16);
183             }
184             return result;
185         }
186         #endregion
187     }
188 }