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基于Qt的多功能串口通信工具分享：实时数据收发与波形绘制

news 来源：原创 2024/9/28 7:41:25

需要工程源码请私信

基于 Qt 框架开发的多功能串口通信工具，旨在为用户提供稳定、流畅的串口数据收发体验。该工具不仅支持基本的串口通信功能，还集成了定时发送、多线程数据处理、粘包问题解决、实时波形绘制等多种高级功能。通过使用 QSerialPort 进行串口操作，并结合 QSettings 进行配置文件管理，用户可以灵活地配置通信参数，实现对外部设备的数据交互和监控。此外，软件通过使用多线程技术确保串口通信的平稳性，避免因大量数据传输导致界面卡顿。其粘包拆解机制和波形绘制功能，帮助用户更直观地观察通信数据的变化，为硬件调试和通信测试提供了强有力的支持。
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1. 多线程串口通信模块

多线程的串口通信可以避免主线程卡顿，这里我们在 SerialWorker::run() 函数中实现串口的接收和发送操作。

void SerialWorker::run() {serialPort = new QSerialPort();// 设置串口参数serialPort->setPortName(portName);serialPort->setBaudRate(baudRate);serialPort->setDataBits(dataBits);serialPort->setStopBits(stopBits);serialPort->setParity(parity);if (!serialPort->open(QIODevice::ReadWrite)) {emit errors(0, serialPort->errorString());emit connected(0, false);delete serialPort;serialPort = nullptr;return;}emit connected(0, true);  // 连接成功，发送信号emit informations(0, tc("串口已打开"));// 事件循环，保证串口的读写操作不会阻塞主线程QEventLoop eventLoop;QTimer timer;timer.setInterval(10);  // 设置定时器的间隔为10msconnect(&timer, &QTimer::timeout, &eventLoop, &QEventLoop::quit);timer.start();while (running) {QByteArray data;{// 从队列中取出数据并发送QMutexLocker locker(&mutex);if (!sendQueue.isEmpty()) {data = sendQueue.dequeue();}}if (!data.isEmpty()) {serialPort->write(data);  // 向串口写入数据if (!serialPort->waitForBytesWritten()) {emit errors(0, serialPort->errorString());} else {emit informations(0, tc("数据已发送: %1").arg(QString::fromUtf8(data)));}}// 读取串口数据if (serialPort->waitForReadyRead(10)) {QByteArray receivedData = serialPort->readAll();emit dataReceived(receivedData);  // 发射信号，传递接收到的数据// 粘包数据处理if (receivedData.contains("#") && receivedData.contains("$")) {m_buf += receivedData;  // 将数据加入缓存for (auto val : parseData(m_buf)) {emit dataLine(val);  // 发送提取出来的数值型数据}}}// 处理事件循环，避免阻塞信号槽机制eventLoop.exec();}serialPort->close();emit informations(0, tc("串口已关闭"));emit connected(0, false);delete serialPort;serialPort = nullptr;
}

关键点：

事件循环：通过 QEventLoop 实现了一个持续运行的事件循环，让串口的读写操作可以实时进行。
发送队列：通过 QMutexLocker 锁定互斥体，保证在多线程环境下操作安全。
信号槽：使用信号 emit 向外部通知连接状态、接收到的数据和错误信息。

2. 粘包拆解模块

粘包问题在串口通信中很常见。我们通过正则表达式匹配接收到的数据，将粘包数据拆解出来。

QList<float> SerialWorker::parseData(QByteArray &data) {QList<float> buf;  // 存储提取出的浮点数数据QRegularExpression regex("#(-?\\d*\\.?\\d+?)\\$");  // 正则表达式，匹配 #number$ 格式QRegularExpressionMatchIterator it = regex.globalMatch(data);int lastMatchEnd = 0;while (it.hasNext()) {QRegularExpressionMatch match = it.next();QString numberStr = match.captured(1);  // 提取匹配的数值字符串bool ok;float number = numberStr.toFloat(&ok);  // 将字符串转换为浮点数if (ok) {buf.append(number);  // 将解析出的数字添加到列表中}lastMatchEnd = match.capturedEnd(0);  // 记录最后一个匹配的结束位置}// 移除已处理的部分，保留未处理的部分以便后续处理if (lastMatchEnd > 0) {data.remove(0, lastMatchEnd);}return buf;  // 返回提取出的浮点数列表
}

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关键点：

正则表达式：通过正则表达式 #(-?\\d*\\.?\\d+?)\\$ 匹配粘包中的数值数据，# 和 $ 是包裹数值的标志，支持匹配正负浮点数。
移除已处理数据：每次处理后，将已解析的数据从缓存中移除，未处理的数据保留在缓存中等待下次处理。

3. 波形绘制模块

接收到的数值数据会显示在一个波形图中，以下是 WaveformWidget 的实现。

void WaveformWidget::addDataPoint(float value) {if (dataPoints.size() >= maxDataPoints) {dataPoints.pop_front();  // 如果数据点过多，则移除最旧的数据点}dataPoints.push_back(value);  // 添加新的数据点totalPointsReceived++;  // 统计接收到的总点数calculateStatistics();  // 计算最大值、最小值和平均值update();  // 触发界面重绘
}void WaveformWidget::paintEvent(QPaintEvent *) {QPainter painter(this);painter.setRenderHint(QPainter::Antialiasing);  // 开启抗锯齿，使波形更平滑drawAxes(painter);  // 绘制坐标轴drawGrid(painter);  // 绘制背景网格drawData(painter);  // 绘制波形数据drawStatistics(painter);  // 显示最大、最小和平均值
}

关键点：

实时绘制：当新的数据点被添加时，调用 update() 触发重绘，显示最新的波形。
平滑显示：通过 QPainter::setRenderHint(QPainter::Antialiasing) 开启抗锯齿，使波形显示更加平滑。

4. 配置文件管理模块

软件通过 config.ini 文件存储配置项，QSettings 用于管理配置的读写。

void MainWindow::createConfigFile(const QString &fileName, const QStringList &values) {QFile file(fileName);if (file.exists()) return;  // 如果文件已经存在，则跳过QSettings settings(fileName, QSettings::IniFormat);settings.setIniCodec(QTextCodec::codecForName("UTF-8"));  // 设置编码为UTF-8int groupIndex = 1;for (const QString &value : values) {QString groupName = QString("%1").arg(groupIndex);settings.beginGroup(groupName);  // 创建新的组settings.setValue(QString("%1").arg(groupIndex), value);  // 写入键值对settings.endGroup();groupIndex++;}
}QStringList MainWindow::readConfigFile(const QString &fileName) {QStringList iniinfors;QSettings settings(fileName, QSettings::IniFormat);settings.setIniCodec(QTextCodec::codecForName("UTF-8"));QStringList groups = settings.childGroups();  // 读取所有组groups.sort();for (const QString &group : groups) {settings.beginGroup(group);QStringList keys = settings.childKeys();  // 读取所有键for (const QString &key : keys) {iniinfors << settings.value(key).toString();  // 获取键值}settings.endGroup();}return iniinfors;
}