Java實現RS485串口通信
- 2021 年 1 月 13 日
- 筆記
- JAVA, springboot, 技術
前言
前段時間趕項目的過程中，遇到一個調用RS485串口通信的需求，趕完項目因為樓主處理私事，沒來得及完成文章的更新，現在終於可以整理一下當時的demo，記錄下來。
首先說一下大概需求：這個項目是機器視覺方面的，AI算法通過攝像頭視頻流檢測畫面中的目標事件，比如：火焰、煙霧、人員離崗、吸煙、打手機、車輛超速等，檢測到目標事件後上傳檢測結果到後台系統，
後台系統存儲檢測結果並推送結果到前端，這裡用的是SpringBoot整合WebSocket實現前後端互推消息，感興趣的同學可以看一看，大家多交流。然後就是今天的主題，系統在推送檢測結果到前端的同時，需要觸發
聲光報警器，現有條件就是系統調用支持RS485串口的繼電器控制電路，進而達到打開和關閉報警器的目的。
準備工作
說了這麼多可能沒什麼具體的概念，下面先列出需要的硬件設備及準備工作：
硬件：
USB串口轉換器（現在很多主機和筆記本已經沒有485串口的接口了，轉換器淘寶可以買到）；
RS485繼電器（12V，繼電器模塊有8個通道，模塊的寄存器有對應8個通道的命令）；
聲光報警器（12V）；
12V電源轉換器；
電線若干；
驅動：
USB串口轉換驅動；
看了這些硬件，感覺樓主是電工是吧？沒錯，樓主確實是自己摸索着連接的，下面上圖：
線路如何接不是本文的重點，用12V的硬件就是因為安全，樓主可以大膽嘗試。。。
接通硬件設備後，在系統中查看串口名稱，如下圖，可以看到通信端口名稱是COM1，其實電腦上每個硬件接口都是有固定名稱的，USB插在不同的USB接口上，系統讀取到的通信端口名稱就是對應接口的名稱，這裡
的端口名稱要記下來，後面編碼要用到。
然後是搬磚前的最後一步準備工作：安裝驅動。樓主的USB串口轉換器是在淘寶上買的，商家提供驅動，在電腦上正常安裝驅動即可。
開發實現
首先需要引入rxtx的jar包，Java實現串口通信的依賴，如下：
<dependency>
<groupId>org.rxtx</groupId>
<artifactId>rxtx</artifactId>
<version>2.1.7</version>
</dependency>
引入jar包後，就可以搬磚了，大概思路如下：
1、獲取到與串口通信的對象；
2、打開對應串口的端口並建立連接；
3、獲取對應通道的命令並發送；
4、接收返回的信息；
5、關閉端口連接。
代碼如下：
package com.XXX.utils; import com.databus.Log; import gnu.io.*; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; import java.util.*; import java.util.concurrent.BlockingQueue; import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue; public class RS485Demo extends Thread implements SerialPortEventListener { //單例模式提供連接串口的對象 private static RS485Demo getInstance(){ if (cRead == null){ synchronized (RS485Demo.class) { if (cRead == null) { cRead = new RS485Demo(); // 啟動線程來處理收到的數據 cRead.start(); } } } return cRead; } // 封裝十六進制的打開、關閉命令 private static final List<byte[]> onOrderList = Arrays.asList( new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x00, (byte) 0xFF, 0x00, (byte) 0x8C, 0x3A}, new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x01, (byte) 0xFF, 0x00, (byte) 0xDD, (byte)0xFA}, new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x02, (byte) 0xFF, 0x00, (byte) 0x2D, (byte)0xFA}, new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x03, (byte) 0xFF, 0x00, (byte) 0x7C, 0x3A}, new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x04, (byte) 0xFF, 0x00, (byte) 0xCD,(byte) 0xFB}, new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x05, (byte) 0xFF, 0x00, (byte) 0x9C, 0x3B}, new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x06, (byte) 0xFF, 0x00, (byte) 0x6C, 0x3B}, new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x07, (byte) 0xFF, 0x00, 0x3D, (byte)0xFB}); private static final List<byte[]> offOrderList = Arrays.asList( new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, (byte) 0xCD, (byte)0xCA},new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x01, 0x00, 0x00, (byte) 0x9C, (byte)0x0A}, new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x02, 0x00, 0x00, (byte) 0x6C, (byte)0x0A},new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x03, 0x00, 0x00, (byte) 0x3D, (byte)0xCA}, new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x04, 0x00, 0x00, (byte) 0x8C, (byte)0x0B},new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x05, 0x00, 0x00, (byte) 0xDD, (byte)0xCB}, new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x06, 0x00, 0x00, (byte) 0x2D, (byte)0xCB},new byte[]{0x01, 0x05, 0x00, 0x07, 0x00, 0x00, (byte) 0x7C, (byte)0x0B}); // 監聽器,這裡獨立開闢一個線程監聽串口數據 // 串口通信管理類 static CommPortIdentifier portId; static RS485Demo cRead = null; //USB在主機上的通信端口名稱，如：COM1、COM2等 static String COMNUM = ""; static Enumeration<?> portList; InputStream inputStream; // 從串口來的輸入流 static OutputStream outputStream;// 向串口輸出的流 static SerialPort serialPort; // 串口的引用 // 堵塞隊列用來存放讀到的數據 private BlockingQueue<String> msgQueue = new LinkedBlockingQueue<String>(); /** * SerialPort EventListene 的方法,持續監聽端口上是否有數據流 */ public void serialEvent(SerialPortEvent event) { switch (event.getEventType()) { case SerialPortEvent.BI: case SerialPortEvent.OE: case SerialPortEvent.FE: case SerialPortEvent.PE: case SerialPortEvent.CD: case SerialPortEvent.CTS: case SerialPortEvent.DSR: case SerialPortEvent.RI: case SerialPortEvent.OUTPUT_BUFFER_EMPTY: break; case SerialPortEvent.DATA_AVAILABLE:// 當有可用數據時讀取數據 byte[] readBuffer = null; int availableBytes = 0; try { availableBytes = inputStream.available(); while (availableBytes > 0) { readBuffer = RS485Demo.readFromPort(serialPort); String needData = printHexString(readBuffer); System.out.println(new Date() + "真實收到的數據為：-----" + needData); availableBytes = inputStream.available(); msgQueue.add(needData); } } catch (IOException e) { } default: break; } } /** * 從串口讀取數據 * * @param serialPort 當前已建立連接的SerialPort對象 * @return 讀取到的數據 */ public static byte[] readFromPort(SerialPort serialPort) { InputStream in = null; byte[] bytes = {}; try { in = serialPort.getInputStream(); // 緩衝區大小為一個位元組 byte[] readBuffer = new byte[1]; int bytesNum = in.read(readBuffer); while (bytesNum > 0) { bytes = concat(bytes, readBuffer); bytesNum = in.read(readBuffer); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { try { if (in != null) { in.close(); in = null; } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } return bytes; } /** * 通過程序打開COM串口，設置監聽器以及相關的參數 * @return 返回1 表示端口打開成功，返回 0表示端口打開失敗 */ public int startComPort() { // 通過串口通信管理類獲得當前連接上的串口列表 try { Log.info("開始獲取串口。。。"); portList = CommPortIdentifier.getPortIdentifiers(); Log.info("獲取串口。。。" + portList); Log.info("獲取串口結果。。。" + portList.hasMoreElements()); while (portList.hasMoreElements()) { // 獲取相應串口對象 Log.info(portList.nextElement()); portId = (CommPortIdentifier) portList.nextElement(); System.out.println("設備類型：--->" + portId.getPortType()); System.out.println("設備名稱：---->" + portId.getName()); // 判斷端口類型是否為串口 if (portId.getPortType() == CommPortIdentifier.PORT_SERIAL) { // 判斷如果COM4串口存在，就打開該串口 // if (portId.getName().equals(portId.getName())) { if (portId.getName().equals(COMNUM)) { try { // 打開串口名字為COM_4(名字任意),延遲為1000毫秒 serialPort = (SerialPort) portId.open(portId.getName(), 1000); } catch (PortInUseException e) { System.out.println("打開端口失敗!"); e.printStackTrace(); return 0; } // 設置當前串口的輸入輸出流 try { inputStream = serialPort.getInputStream(); outputStream = serialPort.getOutputStream(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); return 0; } // 給當前串口添加一個監聽器，serialEvent方法監聽串口返回的數據 try { serialPort.addEventListener(this); } catch (TooManyListenersException e) { e.printStackTrace(); return 0; } // 設置監聽器生效，即：當有數據時通知 serialPort.notifyOnDataAvailable(true); // 設置串口的一些讀寫參數 try { // 比特率、數據位、停止位、奇偶校驗位 serialPort.setSerialPortParams(9600, SerialPort.DATABITS_8, SerialPort.STOPBITS_1, SerialPort.PARITY_NONE); } catch (UnsupportedCommOperationException e) { e.printStackTrace(); return 0; } return 1; } } } }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); Log.info(e); return 0; } return 0; } @Override public void run() { // TODO Auto-generated method stub try { System.out.println("--------------任務處理線程運行了--------------"); while (true) { // 如果堵塞隊列中存在數據就將其輸出 try { if (msgQueue.size() > 0) { String vo = msgQueue.peek(); String vos[] = vo.split(" ", -1); //根據返回數據可以做相應的業務邏輯操作 // getData(vos); // sendOrder(); msgQueue.take(); } }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } // 16轉10計算 public long getNum(String num1, String num2) { long value = Long.parseLong(num1, 16) * 256 + Long.parseLong(num2, 16); return value; } // 位元組數組轉字符串 private String printHexString(byte[] b) { StringBuffer sbf = new StringBuffer(); for (int i = 0; i < b.length; i++) { String hex = Integer.toHexString(b[i] & 0xFF); if (hex.length() == 1) { hex = '0' + hex; } sbf.append(hex.toUpperCase() + " "); } return sbf.toString().trim(); } /** * 合併數組 * * @param firstArray 第一個數組 * @param secondArray 第二個數組 * @return 合併後的數組 */ public static byte[] concat(byte[] firstArray, byte[] secondArray) { if (firstArray == null || secondArray == null) { if (firstArray != null) return firstArray; if (secondArray != null) return secondArray; return null; } byte[] bytes = new byte[firstArray.length + secondArray.length]; System.arraycopy(firstArray, 0, bytes, 0, firstArray.length); System.arraycopy(secondArray, 0, bytes, firstArray.length, secondArray.length); return bytes; } //num：偶數啟動報警器，奇數關閉報警器 //commandInfo：偶數打開，奇數關閉；channel：繼電器通道；comNum：串口設備通信名稱 public static void startRS485(int commandInfo,int channel,String comNum) { try { if(cRead == null){ cRead = getInstance(); } if (!COMNUM.equals(comNum) && null != serialPort){ serialPort.close(); COMNUM = comNum; } int i = 1; if (serialPort == null){ COMNUM = comNum; //打開串口通道並連接 i = cRead.startComPort(); } if (i == 1){ Log.info("串口連接成功"); try { //根據提供的文檔給出的發送命令，發送16進制數據給儀器 byte[] b; if (commandInfo % 2 == 0) { b = onOrderList.get(channel); }else{ b = offOrderList.get(channel); } System.out.println("發送的數據:" + b); System.out.println("發出位元組數：" + b.length); outputStream.write(b); outputStream.flush(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { try { if (outputStream != null) { outputStream.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } //每次調用完以後關閉串口通道 if (null != cRead){ if (null != serialPort){ serialPort.close(); serialPort = null; } cRead.interrupt(); cRead = null; } } }else{ Log.info("串口連接失敗"); return; } }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); Log.info("串口連接失敗"); } } public static void main(String[] args) { //打開通道1的電路，對應設備名稱COM3 startRS485(0,1,"COM3"); } }
代碼比較繁雜，需要有點耐心才能完全了解，大家可以從startRS485()函數作為切入點閱讀代碼。當然，這個demo只是拋磚引玉，有相關開發需求的童鞋可以看一看，參考一下大概的思路。
