C#串口连接的读取和发送详解

C#串口连接的读取和发送详解
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();

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
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。

#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、串口接收
串口接收需要注意，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 Receiveprivate 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

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 ComOpenCom(com.ToUpper(),baud);// Receive bytePushMessage();}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 Receiveprivate 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。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Threading;
using System.IO.Ports;
namespace PacketsTest
{class ComSR{private SerialPort serialPort;private bool status = false;//接受结束状态，true为成功接收到数据.private byte[] reciveData = null;//接受到的数据存储到这里.public bool Status{set { status = value; }get { return status; }}public byte[] RecivedData{get { return reciveData; }}public SerialPort _SerialPort{get { return serialPort; }}public ComSR(string portName,int baudRate,int dataBits,Parity parity,StopBits stopbits){serialPort = new SerialPort();serialPort.PortName = portName;//设置端口serialPort.BaudRate = baudRate;//设置波特率serialPort.DataBits = dataBits;//设置数据长度serialPort.Parity = parity;//设置奇偶校验协议serialPort.StopBits = stopbits;//停止位serialPort.ReceivedBytesThreshold = 1;//这里是读事件触发条件,1代表一个字节serialPort.DtrEnable = true;//启用数据终端就绪信号serialPort.RtsEnable = true;//请求发送就绪信号serialPort.DataReceived += new SerialDataReceivedEventHandler(Data_Recive);//绑定处理读事件的函数.}public void SendBuff(byte[] data){try{serialPort.Write(data, 0, data.Length);//这里是写      }catch (Exception e){if (serialPort != null && serialPort.IsOpen){status = false; //这个status是我在上层类中判断端口读写状态的属性,可以去掉serialPort.Close();}}}void Data_Recive(object o, EventArgs e)//这个是读端口,事件处理函数{try{Thread.Sleep(3);int length = serialPort.BytesToRead;reciveData = new byte[length];serialPort.Read(reciveData, 0, length);while (serialPort.BytesToRead != 0)//由于数据长度读写不一,而且时间很难确定,所以在这里做了这样的处理{Thread.Sleep(1);}if (serialPort.IsOpen){status = true;//serialPort.Close();//这里不应该关闭,应当在更高层次的程序上关闭端口.}}catch (Exception ex){if (serialPort != null &&　serialPort.IsOpen){status = false;serialPort.Close();}}}public void PortOpen(){if (!serialPort.IsOpen){serialPort.Open();}else{serialPort.Close();serialPort.Open();}}/// <summary>/// 关闭端口/// </summary>public void PortClose(){if (serialPort != null && serialPort.IsOpen){serialPort.Close();}}}
}

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