基于WPF编写一个串口转UDP工具

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2023-04-26
C#调用js库的方法小结
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标签   WPF
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  • 框架准备
  • 初始化
  • 串口设置
  • UDP设置
  • 发送设置
  • 转发设置
  • 测试

串口是设备和上位机通信的常用接口，UDP则是网络通信常用的通信协议，通过将串口设备上传的指令，用UDP发送出去，或者将UDP传来的指令转发给串口设备，就可以实现设备的远程控制。所以，串口和UDP之间的相互转换是非常有意义的。

如果不熟悉C#串口以及UDP通信的相关内容，可以参考这两篇博客：C#串口通信 C# UDP通信

本项目会用到基于Task的并发编程，如果不了解，可以参照这篇：Task详解

框架准备

尽管希望做一个转发工具，但如果自身不会发送的话，那还得再用其他软件进行测试，所以这个转发工具，理应具备串口和UDP协议的全部功能，这一点也要在界面上体现出来。

新建一个WPF项目，名字是portUDP，然后开始布局，结果如下

其中，串口设置中包含波特率、数据位、停止位和奇偶校验等信息，由于不常更换，所以隐藏起来。

串口只需要一个，但UDP通信需要设置本机和目标的IP地址与端口。自动转发单选框选中后，会自动将接收到的串口数据转给UDP，并且UDP收到的数据也会转给串口。

窗口尺寸为320 × 640 320\times640320×640，外部采用一个DockPanel，并对常用控件进行基本的外观设置

<DockPanel.Resources>
    <Style TargetType="TextBox">
        <Setter Property="VerticalAlignment" Value="Center"/>
        <Setter Property="Margin" Value="2"/>
    </Style>
    <Style TargetType="TextBlock">
        <Setter Property="VerticalAlignment" Value="Center"/>
        <Setter Property="HorizontalAlignment" Value="Center"/>
    </Style>
    <Style TargetType="ComboBox">
        <Setter Property="VerticalAlignment" Value="Center"/>
        <Setter Property="Margin" Value="2"/>
    </Style>
    <Style TargetType="Button">
        <Setter Property="VerticalAlignment" Value="Center"/>
        <Setter Property="Margin" Value="2"/>
    </Style>
    <Style TargetType="CheckBox">
        <Setter Property="VerticalAlignment" Value="Center"/>
        <Setter Property="HorizontalAlignment" Value="Center"/>
        <Setter Property="Margin" Value="2"/>
    </Style>
</DockPanel.Resources>

左侧控制面板被写在一个StackPanel中，最上面是一个Expander，里面包含串口设置的相关信息

<Expander Header="串口设置">
    <UniformGrid Columns="2" Visibility="Visible">
        <TextBlock Text="波特率"/>
        <ComboBox x:Name="cbBaud"/>
        <TextBlock Text="数据位"/>
        <ComboBox x:Name="cbDataBit"/>
        <TextBlock Text="停止位"/>
        <ComboBox x:Name="cbStopBit"/>
        <TextBlock Text="校验位"/>
        <ComboBox x:Name="cbParity"/>
    </UniformGrid>
    
</Expander>

然后是一个GroupBox，用于进行基本设置，其中两个按钮需要在连接后更改内容，所以设了个名字。

<UniformGrid Columns="2">
    <ComboBox x:Name="cbPorts" Margin="2"/>
    <Button x:Name="btnPort" Content="连接串口"/>

    <TextBox x:Name="txtSrcIP" Text="127.0.0.1"/>
    <TextBox x:Name="txtSrcPort" Text="91"/>
    
    <TextBox x:Name="txtDstIP" Text="127.0.0.1"/>
    <TextBox x:Name="txtDstPort" Text="91"/>
    
    <CheckBox Content="自动转发" IsChecked="True"/>
    <Button  x:Name="btnUDP" Content="创建服务"/>
</UniformGrid>

最后是发送文本框与发送按钮等，内容如下

<TextBox x:Name="txtSend" TextWrapping="Wrap" Height="70"/>
<UniformGrid Columns="3">
    <CheckBox Content="Hex" IsChecked="False"/>
    <Button Content="串口发送"/>
    <Button Content="UDP发送"/>
    <CheckBox Content="时间"/>
    <Button Content="清空日志"/>
    <Button Content="保存日志"/>
</UniformGrid>

左侧控制界面布局完成后，是右侧的接收区域，内容如下

<GroupBox Header="日志信息">
    <TextBox x:Name="txtInfo"  Height="270"/>
</GroupBox>

初始化

由于.Net6.0不内置串口库，所以需要额外下载，点击菜单栏工具->NuGet包管理器->管理解决方案的NuGet包，点击浏览选项卡，搜索Ports，选择System.IO.Ports，安装。

在对用户界面进行最简单的布局后，可以在C#代码中，对一些ComboBox做进一步的设置。

public void initComContent()
{
    // 串口号
    cbPorts.ItemsSource = SerialPort.GetPortNames();
    cbPorts.SelectedIndex = 0;
    
    // 波特率
    cbBaud.ItemsSource = new int[] { 9600, 19200, 38400, 115200 };
    cbBaud.SelectedIndex = 3;

    // 数据位
    cbDataBit.ItemsSource = Enumerable.Range(1, 8);
    cbDataBit.SelectedIndex = 7;
    
    // 校验位
    cbParity.ItemsSource = Enum.GetNames(typeof(Parity));
    cbParity.SelectedIndex = 0;
    
    //停止位
    cbStopBit.ItemsSource = Enum.GetNames(typeof(StopBits));
    cbStopBit.SelectedIndex = 1;
}

这样，在打开软件之后，串口设置如下

串口设置

接下来设置串口，在xml编辑界面，将btnPort后面添加Click="btnPort_Click"后，按下F12，IDE会自动创建对应的函数。

<Button x:Name="btnPort" Content="连接串口" Click="btnPort_Click"/>

在写串口开关按钮的控制指令之前，先新建一个全局的串口对象，然后写btnPort_Click内容

SerialPort sp;
private void btnPort_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    if (btnPort.Content.ToString() == "打开串口")
    {
        string name = cbPorts.SelectedItem.ToString();
        try
        {
            sp = new SerialPort(name,
                (int)cbBaud.SelectedItem,
                (Parity)cbParity.SelectedIndex,
                (int)cbDataBit.SelectedItem,
                (StopBits)cbStopBit.SelectedIndex);

            sp.Open();
            sp.DataReceived += Sp_DataReceived;
            txtInfo.AppendText($"串口{name}打开成功");
        }
        catch(Exception ex)
        {
            txtInfo.AppendText($"串口{name}打开失败，原因是{ex}");
        }
    }
    else
    {
        try
        {
            sp.Close();
            initComContent();
        }
        catch (Exception ex)
        {
            txtInfo.AppendText($"串口关闭失败，原因是{ex}");
        }
    }
    btnPort.Content = sp.IsOpen ? "关闭串口" : "打开串口";
}

其中sp.DataReceived += Sp_DataReceived;新增一个委托，用于规范串口接收到数据后的行为。

UDP设置

和串口设置相同，UDP也需要新建用于UDP通信的全局变量，包括本机节点、目标节点以及UDP服务。

UdpClient udp;
IPEndPoint ptSrc;
IPEndPoint ptDst;

然后设置创建服务按钮后，其逻辑与串口是相似的，都是在创建或关闭服务时，用try-catch语句以找到错误。

private void btnUDP_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    if (btnUDP.Content.ToString() == "创建服务")
    {
        try
        {
            ptSrc = new IPEndPoint(IPAddress.Parse(txtSrcIP.Text), int.Parse(txtSrcPort.Text));
            ptDst = new IPEndPoint(IPAddress.Parse(txtDstIP.Text), int.Parse(txtDstPort.Text));
            udp = new UdpClient(ptSrc);
            txtInfo.AppendText("成功创建服务");
            btnUDP.Content = "关闭服务";
        }catch(Exception ex)
        {
            txtInfo.AppendText($"服务创建失败，原因为{ex}\n");
        }
    }
    else
    {
        try
        {
            udp.Close();
            btnUDP.Content = "创建服务";
        }
        catch(Exception ex)
        {
            txtInfo.AppendText($"服务关闭失败，原因为{ex}");
        }
    }

​​​​​​​}

发送设置

首先是串口发送，在xaml文件中，为串口发送按钮挂载一个Click动作，其内容即为串口发送功能

<Button Content="串口发送" Click="btnPortSend_Click"/>
private void btnPortSend_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    var data = Encoding.UTF8.GetBytes(txtSend.Text);
    txtInfo.AppendText($"串口发送{txtSend.Text}\n");
    sp.Write(data, 0, data.Length);
}

然后是UDP发送，其改装过程也大同小异

<Button Content="UDP发送" Click="btnUDPSend_Click"/>
private void btnUDPSend_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    var data = Encoding.UTF8.GetBytes(txtSend.Text);
    txtInfo.AppendText($"UDP发送{txtSend.Text}\n");
    udp.Send(data, data.Length, ptDst);    //将内容发给ptDst
}

转发设置

转发是本软件的核心功能，但其前提是接收到数据。所以，先来充实创建串口时就已经提到的Sp_DataReceived函数

private void Sp_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
{
    byte[] data = new byte[sp.BytesToRead];
    sp.Read(data, 0, data.Length);//从串口读取数据
    Dispatcher.Invoke(() => spReceived(data));
}

private void spReceived(byte[] data)
{
    string info = Encoding.UTF8.GetString(data);
    txtInfo.AppendText("串口接收数据：{info}");
    if ((bool)chkTransmit.IsChecked)
    {
        try
        {
            udp.Send(data, data.Length, ptDst);    //将内容发给ptDst
            txtInfo.AppendText($"UDP转发：{info}");
        }
        catch (Exception ex)
        {
            txtInfo.AppendText($"UDP转发失败，原因为{ex}\nd");
        }
    }
}

然后创建UPD接收和转发函数

private void udpReceiving(CancellationToken token)
{
    while (! token.IsCancellationRequested)
    {
        var data = udp.Receive(ref ptDst);
        Dispatcher.Invoke(() => udpReceived(data));
    }
}
private void udpReceived(byte[] data)
{
    string info = Encoding.UTF8.GetString(data);
    txtInfo.AppendText("UDP接收数据：{info}");
    if ((bool)chkTransmit.IsChecked)
    {
        try
        {
            sp.Write(data, 0, data.Length);
            txtInfo.AppendText($"串口转发{info}\n");
        }
        catch (Exception ex)
        {
            txtInfo.AppendText($"串口转发失败，原因为{ex}");
        }
    }
}

其中，udpReceiving里面是一个死循环，表示一直等待UDP信息的到来，这个函数作为一个Task的创建时机，自然是在UDP服务创建之时，

//...
txtInfo.AppendText("成功创建服务");
//这是一个全局变量
cts = new CancellationTokenSource();
Task.Run(() => udpReceiving(cts.Token), cts.Token);

测试

至此，一个串口-UDP转发工具便算完成了，尽管界面上还有几个功能没有实现，比如Hex以及时间的单选框等，但这些均为锦上添花。

下面做一下基础的测试，效果如下

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