C#串口通信程序实现无感知签到与答题

程序员文章站 2022-04-28 13:09:57

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# ......

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 }

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！

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C#串口通信程序实现无感知签到与答题

一 通讯层格式：

二 详细命令解析：