前言

本人之前所做项目需要使用风速仪进行风速检测，市面上所购买的风速仪产品可以多通过串口与上位机进行通信，为满足后续需求且提高更高的灵活性，本人决定采用QT软件自主开发风速仪上位机，同时读取多组风速仪数据，提高检测效率。

风速仪

产品概览

本项目所使用风速仪为标智仪表GM8904（其余通过串口通信的风速仪同样适用该上位机），产品图片如下

通信协议

首先介绍该风速仪的接口定义。

红色	DC电源输入(3.6V-5V)
绿色	RXD
白色	TXD
黑色	GND

概述

本协议是用于约定本风速仪（下位机）与上位机（电脑或智能设备）进行命令控制和数据交换的通信协议，采用UART规范，便于开发人员进行二次开发。

涉及范围

《协议》中规定的功能主要有：
1）上位机通过命令控制风速测量模块完成指定任务，如获取风速、风温数据等；
2）接收超时、接收的响应不是确认响应、接收校验和不正确、接收长度字节非法，则为本次通讯失败故障，可立即重发一次命令。

专用术语

上位机：管理风速测量模块的专用只能设备；
下位机：本风速仪；
RS232：一种2线串行通信标准，可支持双工串行近程通讯；

物理接口

串行通信口电气标准

模块用TTL电平(3.3V)以RS232协议方式与上位机通讯。

信息传输方式

采用异步方式，1个起始位，8个数据位，1个停止位，无校验位。

数据传输速率

支持波特率19200bps

通信方式

基本过程

上位机与模块是主从关系，上位机为主节点，模块为从节点。模块上电或复位后，处于接收状态，等待上位机发出命令，模块以命令指定命息格式上报上机位。

数据帧格式

长度	命令字	信息域	校验和

其中：
长度：1个字节的整形数，等于长度+命令字+信息域+校验字字节数之和
命令：1个字节，命令的信息；
信息域：命令的参数，0个字节或多字节。
校验字：1个字节，一帧字节的累加和。
注意：上位机无信息域

其中命令字各位定义如下

模块上传数据帧的格式定义如下

通信举例

例子1：
上位机发送：

长度	命令字	信息域	校验和
03	80		83

模块发送：

长度	命令字	1,2字节	3字节	4，5字节	校验和
03	80	00 0C	01	02 F3	8A

该例子结果为：当前风速1.2m/s，蒲氏风级1级，风温为华氏75.5度，并重置最大大风速值，平均风速值，最小风速值为当前风速值。

例子2：
上位机发送：

长度	命令字	信息域	校验和
03	51		54

模块发送：

长度	命令字	1,2字节	3字节	4，5字节	校验和
03	51	01 0C	08	00 FC	6A

该例子结果为：最大风速值26.8Km/h, 蒲氏8级风,摄氏25.2度。

上位机开发

经过分析可知，上位机需求为

可同时读写多个风速仪发送的数据
计算并显示当前测量半径下的风量与风速
支持检测风速类型的选择（最大风速，最小风速，当前风速，平均风速）
支持风速与风量单位的选择
支持检测圆环半径的选择
支持检测数据下载

界面设计

根据上述需求，将上位机设计包含风速显示区、端口选择区、风速选择区、单位选择区、风量显示区、圆环半径选择区、功能选择区、风速存储区，具体界面设计如下：

各功能区说明如下：

风速显示区：显示各端口采集的风速
端口选择区：选择各测量点对应端口
风速选择区：选择所需测量的风速类型，包括最大风速、最小风速、当前风速以及平均风速
单位选择区：选择风速单位，包括m/s与km/h
风量显示区：显示当前检测圆环半径下的平均风量
圆环半径选择区：选择检测圆环的半径
功能选择区：提供风速检测开始/停止、数据清空以及数据下载功能
风速存储区：存储所测量风速以待后续下载

QT代码开发

串口参数设置函数

根据风速仪的通讯协议，设计如下串口初始函数

/*-----------------串口选择----------------*/
bool MyWidget::port_config()
{portA.setPortName(ui->comboBox_A_com->currentText());portAA.setPortName(ui->comboBox_AA_com->currentText());portB.setPortName(ui->comboBox_B_com->currentText());portBB.setPortName(ui->comboBox_BB_com->currentText());portA.setBaudRate(QSerialPort::Baud19200);portA.setParity(QSerialPort::NoParity);portA.setDataBits(QSerialPort::Data8);portA.setStopBits(QSerialPort::OneStop);portA.setFlowControl(QSerialPort::NoFlowControl);portAA.setBaudRate(QSerialPort::Baud19200);portAA.setParity(QSerialPort::NoParity);portAA.setDataBits(QSerialPort::Data8);portAA.setStopBits(QSerialPort::OneStop);portAA.setFlowControl(QSerialPort::NoFlowControl);portB.setBaudRate(QSerialPort::Baud19200);portB.setParity(QSerialPort::NoParity);portB.setDataBits(QSerialPort::Data8);portB.setStopBits(QSerialPort::OneStop);portB.setFlowControl(QSerialPort::NoFlowControl);portBB.setBaudRate(QSerialPort::Baud19200);portBB.setParity(QSerialPort::NoParity);portBB.setDataBits(QSerialPort::Data8);portBB.setStopBits(QSerialPort::OneStop);portBB.setFlowControl(QSerialPort::NoFlowControl);portA.open(QSerialPort::ReadWrite);portAA.open(QSerialPort::ReadWrite);portB.open(QSerialPort::ReadWrite);portBB.open(QSerialPort::ReadWrite);return portA.isOpen()&&portAA.isOpen()&&portB.isOpen()&&portBB.isOpen();}

各参数选择函数

通过反馈量确定当前选择的选项

/*-----------------测量模式选择-----------------*/
int MyWidget::wind_speed_choose()
{if(ui->radioButton_speedave->isChecked() == true){ui->radioButton_speedcur->setChecked(false);ui->radioButton_speedmax->setChecked(false);ui->radioButton_speedmin->setChecked(false);return 2;}else if(ui->radioButton_speedmax->isChecked() == true){ui->radioButton_speedcur->setChecked(false);ui->radioButton_speedave->setChecked(false);ui->radioButton_speedmin->setChecked(false);return 3;}else if(ui->radioButton_speedmin->isChecked() == true){ui->radioButton_speedave->setChecked(false);ui->radioButton_speedmax->setChecked(false);ui->radioButton_speedcur->setChecked(false);return 4;}else{ui->radioButton_speedcur->setChecked(true);ui->radioButton_speedave->setChecked(false);ui->radioButton_speedmax->setChecked(false);ui->radioButton_speedmin->setChecked(false);return 1;}}/*-----------------风速单位选择-----------------*/
int MyWidget::wind_speedunit_choose()
{if(ui->radioButton_km_h->isChecked() == true){ui->radioButton_m_s->setChecked(false);return 2;}else{ui->radioButton_m_s->setChecked(true);ui->radioButton_km_h->setChecked(false);return 1;}
}/*-----------------圆环半径选择-----------------*/
int MyWidget::circle_round_choose()
{if(ui->radioButton_120->isChecked() == true){return 1;}else if(ui->radioButton_200->isChecked() == true){return 2;}else if(ui->radioButton_280->isChecked() == true){return 3;}else if(ui->radioButton_360->isChecked() == true){return 4;}else if(ui->radioButton_440->isChecked() == true){return 5;}else if(ui->radioButton_520->isChecked() == true){return 6;}else if(ui->radioButton_600->isChecked() == true){return 7;}else if(ui->radioButton_680->isChecked() == true){return 8;}else if(ui->radioButton_760->isChecked() == true){return 9;}else if(ui->radioButton_840->isChecked() == true){return 10;}else if(ui->radioButton_920->isChecked() == true){return 11;}else if(ui->radioButton_1000->isChecked() == true){return 12;}else{return 0;}
}

风速数据读取与显示

/*---------------提取数据转化--------------------*/
float MyWidget::rece_tran(QByteArray &args)
{quint8 a = args[2];quint8 b = args[3];float temp=int(a)*25.6+int(b)*0.1;return temp;
}/*---------------读取端口数据并显示--------------------*/
void MyWidget::on_port_A_readyRead()
{if(true == mIsOpen){QByteArray receive_data_A = portA.readAll();ui->lcdNumber_speedA->setSmallDecimalPoint(true);ui->lcdNumber_speedA->setDigitCount(5);float speed_A = rece_tran(receive_data_A);ui->lcdNumber_speedA->display(speed_A);Wind_liang_show();}
}void MyWidget::on_port_AA_readyRead()
{if(true == mIsOpen){QByteArray receive_data_AA = portAA.readAll();ui->lcdNumber_speedAA->setSmallDecimalPoint(true);ui->lcdNumber_speedAA->setDigitCount(5);float speed_AA = rece_tran(receive_data_AA);ui->lcdNumber_speedAA->display(speed_AA);Wind_liang_show();}
}void MyWidget::on_port_B_readyRead()
{if(true == mIsOpen){QByteArray receive_data_B = portB.readAll();ui->lcdNumber_speedB->setSmallDecimalPoint(true);ui->lcdNumber_speedB->setDigitCount(5);float speed_B = rece_tran(receive_data_B);ui->lcdNumber_speedB->display(speed_B);Wind_liang_show();}
}void MyWidget::on_port_BB_readyRead()
{if(true == mIsOpen){QByteArray receive_data_BB = portBB.readAll();ui->lcdNumber_speedBB->setSmallDecimalPoint(true);ui->lcdNumber_speedBB->setDigitCount(5);float speed_BB = rece_tran(receive_data_BB);ui->lcdNumber_speedBB->display(speed_BB);Wind_liang_show();}}
}

开始、清空、下载等功能函数

出于安全考虑，为该上位机增加安全机制，当处于接收下位机上传数据时设置各功能选项锁定，待风速存储区数据测量完毕后方可下载。具体函数定义如下：

/*------------------------------------*               slots* --------------------------------------*/void MyWidget::on_pushButton_start_clicked()
{QByteArray command_code;command_code[0] = 0x03;/*--------------执行关闭操作------------------*/if(mIsOpen == true){portA.close();portAA.close();portB.close();portBB.close();ui->pushButton_start->setText("开始");ui->pushButton_clear->setEnabled(true);ui->pushButton_clear->setStyleSheet("background-color: rgb(195, 0, 97);font: 75 18pt \"Times New Roman\";color: rgb(255, 255, 255);");ui->pushButton_download->setEnabled(true);ui->pushButton_download->setStyleSheet("background-color: rgb(222, 222, 0);font: 75 18pt \"Times New Roman\";color: rgb(255, 255, 255);");mIsOpen = false;choose_change(true);/*--------------将风速加载到表格中------------------*/QTableWidgetItem *speedA = new QTableWidgetItem(QString::number(ui->lcdNumber_speedA->value(),10,1));//ui->tableWidget_windspeed->item(circle_round_choose(),1)->setTextAlignment(Qt::AlignHCenter|Qt::AlignVCenter);ui->tableWidget_windspeed->setItem(circle_round_choose(),1,speedA);QTableWidgetItem *speedAA = new QTableWidgetItem(QString::number(ui->lcdNumber_speedAA->value(),10,1));//ui->tableWidget_windspeed->item(circle_round_choose(),2)->setTextAlignment(Qt::AlignHCenter|Qt::AlignVCenter);ui->tableWidget_windspeed->setItem(circle_round_choose(),2,speedAA);QTableWidgetItem *speedB = new QTableWidgetItem(QString::number(ui->lcdNumber_speedB->value(),10,1));//ui->tableWidget_windspeed->item(circle_round_choose(),3)->setTextAlignment(Qt::AlignHCenter|Qt::AlignVCenter);ui->tableWidget_windspeed->setItem(circle_round_choose(),3,speedB);QTableWidgetItem *speedBB = new QTableWidgetItem(QString::number(ui->lcdNumber_speedBB->value(),10,1));//ui->tableWidget_windspeed->item(circle_round_choose(),1)->setTextAlignment(Qt::AlignHCenter|Qt::AlignVCenter);ui->tableWidget_windspeed->setItem(circle_round_choose(),4,speedBB);QTableWidgetItem *Wind_liang = new QTableWidgetItem(QString::number(ui->lcdNumber_Wind_liang->value(),10,1));ui->tableWidget_windspeed->setItem(circle_round_choose(),5,Wind_liang);}/*--------------执行打开操作------------------*/else {if(port_config() == true){mIsOpen = true;ui->pushButton_start->setText("停止");ui->pushButton_clear->setEnabled(false);ui->pushButton_clear->setStyleSheet("background-color: rgb(180, 180, 180);font: 75 18pt \"Times New Roman\";color: rgb(255, 255, 255);");ui->pushButton_download->setEnabled(false);ui->pushButton_download->setStyleSheet("background-color: rgb(180, 180, 180);font: 75 18pt \"Times New Roman\";color: rgb(255, 255, 255);");choose_change(false);/*----------命令字------------*/switch (wind_speed_choose()) {/*----------当前风速------------*/case 1:switch (wind_speedunit_choose()) {/*----------m/s------------*/case 1:command_code[1] = 0xC0;break;/*----------Km/h------------*/case 2:command_code[1] = 0xC1;break;/*----------ft/min------------*/default:command_code[1] = 0xC2;break;}break;/*----------平均风速------------*/case 2:switch (wind_speedunit_choose()) {case 1:command_code[1] = 0xF0;break;case 2:command_code[1] = 0xF1;break;default:command_code[1] = 0xF2;break;}break;/*----------最大风速------------*/case 3:switch (wind_speedunit_choose()) {case 1:command_code[1] = 0xD0;break;case 2:command_code[1] = 0xD1;break;default:command_code[1] = 0xD2;break;}break;/*----------最小风速------------*/default:switch (wind_speedunit_choose()) {case 1:command_code[1] = 0xE0;break;case 2:command_code[1] = 0xE1;break;default:command_code[1] = 0xE2;break;}break;}command_code[2] = command_code[0] + command_code[1];}else{/*----------显示错误消息框----------*/QMessageBox *msgBox;msgBox = new QMessageBox("Warning","检测开始失败，请检查串口选择！",QMessageBox::Critical,QMessageBox::Ok | QMessageBox::Default,QMessageBox::Cancel | QMessageBox::Escape,0);msgBox->show();}}/*--------------串口发送指令-----------------*/portA.write(command_code, 3);portAA.write(command_code, 3);portB.write(command_code, 3);portBB.write(command_code, 3);//qDebug()<<command_code.toHex();}/*-----------------清空操作-----------------*/
void MyWidget::on_pushButton_clear_clicked()
{QByteArray clear_code;clear_code[0] = 0x03;clear_code[1] = 0x80;clear_code[2] = 0x83;portA.open(QSerialPort::ReadWrite);portAA.open(QSerialPort::ReadWrite);portB.open(QSerialPort::ReadWrite);portBB.open(QSerialPort::ReadWrite);portA.write(clear_code, 3);portAA.write(clear_code, 3);portB.write(clear_code, 3);portBB.write(clear_code, 3);portA.close();portAA.close();portB.close();portBB.close();ui->lcdNumber_speedA->display(0);ui->lcdNumber_speedAA->display(0);ui->lcdNumber_speedB->display(0);ui->lcdNumber_speedBB->display(0);ui->lcdNumber_Wind_liang->display(0);/*----------显示清空消息框----------*/QMessageBox *msgBox;msgBox = new QMessageBox("Tips","清空完成！",QMessageBox::Warning,QMessageBox::Ok | QMessageBox::Default,QMessageBox::Cancel| QMessageBox::Escape,0);msgBox->show();
}/*-----------------下载操作-----------------*/
void MyWidget::on_pushButton_download_clicked()
{/*----------显示下载确认消息框----------*/QMessageBox msgBox;msgBox.setMinimumSize(2000,2000);msgBox.setMaximumSize(2000,2000);msgBox.setText("提示!");msgBox.setInformativeText("表格数据是否已经测试完成？");msgBox.setStandardButtons(QMessageBox::Yes| QMessageBox::No);msgBox.setDefaultButton(QMessageBox::Yes);int ret = msgBox.exec();if(ret == QMessageBox::Yes){/*----------下载数据----------*/QString fileName = QFileDialog::getSaveFileName(this,tr("Excel file"),QString("./test.xlsx"),tr("Excel Files(*.xlsx)"));    //设置保存的文件名if(fileName != NULL){QAxObject *excel = new QAxObject;if(excel->setControl("Excel.Application")){excel->dynamicCall("SetVisible (bool Visible)",false);excel->setProperty("DisplayAlerts",false);QAxObject *workbooks = excel->querySubObject("WorkBooks");            //获取工作簿集合workbooks->dynamicCall("Add");                                        //新建一个工作簿QAxObject *workbook = excel->querySubObject("ActiveWorkBook");        //获取当前工作簿QAxObject *worksheet = workbook->querySubObject("Worksheets(int)", 1);QAxObject *cell;/*添加Excel表头数据*/for(int i = 1; i <= ui->tableWidget_windspeed->columnCount(); i++){cell = worksheet->querySubObject("Cells(int,int)", 1, i);cell->setProperty("RowHeight", 40);cell->dynamicCall("SetValue(const QString&)", ui->tableWidget_windspeed->horizontalHeaderItem(i-1)->data(0).toString());}/*将form列表中的数据依此保存到Excel文件中*/for(int j = 2; j <= ui->tableWidget_windspeed->rowCount()+1;j++){for(int k = 1;k <= ui->tableWidget_windspeed->columnCount();k++){cell = worksheet->querySubObject("Cells(int,int)", j, k);cell->dynamicCall("SetValue(const QString&)",ui->tableWidget_windspeed->item(j-2,k-1)->text()+ "\t");}}/*将生成的Excel文件保存到指定目录下*/workbook->dynamicCall("SaveAs(const QString&)",QDir::toNativeSeparators(fileName)); //保存至fileNameworkbook->dynamicCall("Close()");                                                   //关闭工作簿excel->dynamicCall("Quit()");                                                       //关闭exceldelete excel;excel = NULL;if (QMessageBox::question(NULL,QString::fromUtf8("完成"),QString::fromUtf8("文件已经导出，是否现在打开？"),QMessageBox::Yes|QMessageBox::No)==QMessageBox::Yes){QDesktopServices::openUrl(QUrl("file:///" + QDir::toNativeSeparators(fileName)));}}}}else{/*----------显示下载取消消息框----------*/QMessageBox *msgBox;msgBox = new QMessageBox("Tips","下载已取消！",QMessageBox::Warning,QMessageBox::Ok | QMessageBox::Default,QMessageBox::Cancel| QMessageBox::Escape,0);msgBox->show();}
}/*-----------------选项锁定-------------------*/
void MyWidget::choose_change(bool args)
{ui->comboBox_A_com->setEnabled(args);ui->comboBox_AA_com->setEnabled(args);ui->comboBox_B_com->setEnabled(args);ui->comboBox_BB_com->setEnabled(args);ui->radioButton_speedave->setEnabled(args);ui->radioButton_speedcur->setEnabled(args);ui->radioButton_speedmax->setEnabled(args);ui->radioButton_speedmin->setEnabled(args);ui->radioButton_m_s->setEnabled(args);ui->radioButton_km_h->setEnabled(args);ui->radioButton_40->setEnabled(args);ui->radioButton_120->setEnabled(args);ui->radioButton_200->setEnabled(args);ui->radioButton_280->setEnabled(args);ui->radioButton_360->setEnabled(args);ui->radioButton_440->setEnabled(args);ui->radioButton_520->setEnabled(args);ui->radioButton_600->setEnabled(args);ui->radioButton_680->setEnabled(args);ui->radioButton_760->setEnabled(args);ui->radioButton_840->setEnabled(args);ui->radioButton_920->setEnabled(args);ui->radioButton_1000->setEnabled(args);ui->radioButton_CFM->setEnabled(args);ui->radioButton_CMM->setEnabled(args);
}

系统初始化与槽函数

void MyWidget::system_init()
{/*---------------智能识别系统当前可用串口----------------*/QList<QSerialPortInfo> serialPortInfo = QSerialPortInfo::availablePorts();int count = serialPortInfo.count();for (int i=0;i<count;i++) {ui->comboBox_A_com->addItem(serialPortInfo.at(i).portName());ui->comboBox_AA_com->addItem(serialPortInfo.at(i).portName());ui->comboBox_B_com->addItem(serialPortInfo.at(i).portName());ui->comboBox_BB_com->addItem(serialPortInfo.at(i).portName());}/*---------------智能识别添加串口----------------*///必须各串口均打开才能正常运行，否则将发生程序崩溃ui->comboBox_A_com->setCurrentText(serialPortInfo.at(0).portName());ui->comboBox_AA_com->setCurrentText(serialPortInfo.at(1).portName());ui->comboBox_B_com->setCurrentText(serialPortInfo.at(2).portName());ui->comboBox_BB_com->setCurrentText(serialPortInfo.at(3).portName());/*---------------表格设置----------------*/ui->tableWidget_windspeed->setRowCount(13);ui->tableWidget_windspeed->setColumnCount(6);ui->tableWidget_windspeed->verticalHeader()->setVisible(false);ui->tableWidget_windspeed->horizontalHeader()->setVisible(true);ui->tableWidget_windspeed->horizontalHeader()->setStyleSheet("QHeaderView::section{background:silver;}");for(int i =0;i<13;i++){ui->tableWidget_windspeed->item(i,0)->setBackground(QBrush(QColor(192,192,192)));}ui->tableWidget_windspeed->setAlternatingRowColors(true);ui->tableWidget_windspeed->setStyleSheet("selection-background-color:lightblue;");/*------------connect----------------*/connect(&portA, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(on_port_A_readyRead()));connect(&portAA, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(on_port_AA_readyRead()));connect(&portB, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(on_port_B_readyRead()));connect(&portBB, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(on_port_BB_readyRead()));
}

上位机演示视频

关于此上位机的演示视频，可点击该链接：上位机演示视频

总结

基于QT软件开发风速仪上位机，实现多合一，即同时检测多组风速数据，同时提供下载功能，通过实践检验，该上位机稳定可靠。欢迎大家交流。

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