编写水文专业串口通讯软件的开发经历

一、关于开发 YAC9900 水位雨量 RTU 通讯软件

YAC9900 水位雨量 RTU 是长江一方公司开发的一款用于水文测量的水位雨量记录 RTU，能接入多种水位传感器。新版 YAC9900 主板重新设计后功能强大，但用于 YAC9900 通讯和设置参数的软件很旧，尽管用起来不错。于是开发一款新的软件，采用 Microsoft Visual Studio C# 开发，分别采用 .net core 8 架构和 .net Framework 4.8 进行编译。

二、软件开发遇到的问题和困难

1、开发架构的适应

以前学习 .net 开发，都是在 .net Framework 4.8 进行，这次迁移到 .net core 8 架构，学习了不少知识。.net core 8 语言更加简练和方便，提示更加全面。唯一的遗憾是编译后，产生的库文件太多，尽管程序用到库不多，但 Visual Studio 还没有智能到只生成程序依赖的库，所以一股脑的把很多库都给塞进了编译输出目录，其中很多都是不需要的库。.net core 8 架构可以编译发布产生单文件执行软件，这个单文件也是一股脑的把很多库都给包进了编译的单文件，导致单文件有 145M，其实不包含库程序不到 1M。

2、开发语言的学习

.net core 8 架构中，学习了很多，如 ? 和 ?? 运算符、三元条件运算符，索引和范围范围运算符 […index]，替代了很多 if else 、 Substring 、IndexOf、LastIndexOf 语句，包括检索字符串 Contains 语句等等。学习了与 .net Framework 4.8 很多的不同点。

3、.net core 8 架构中串口构建的难点

.net core 8 架构中，System.IO.Ports 组件不再像 .net Framework 那样内置，需要通过管理 NuGet 程序包下载。高版本的.net core 8 架构更多涉及软件的安全性能，所以在串口访问中，对于数据处理的结果，运用到 UI 界面，不能再像 Visual Studio 2017 以前那样处理，处理不好就导致程序界面冻结、卡死、死锁，因为 UI 界面的刷新必须使用和考虑线程和委托的开始和终结。如何让 UI 主线程与串口通讯线程和委托互不影响和干扰，就很重要了。

4、YAC9900 水位雨量 RTU 通讯软件开发中的 UI 冻结

由于软件开发中采用各种通讯指令连续多发，在关闭串口或窗口时，极易发生 UI 冻结，软件死锁卡死，只能在任务管理器中终结进程。原因在于窗口通讯线程任务在进行中，没有处理好中断任务，导致线程打架引起程序 UI 冻结。

三、发现问题解决问题的具体办法

出现最大的问题就是 UI 界面刷新和界面冻结，关键在于串口的事件 SerialDataReceivedEventHandler 和 UI 界面刷新的委托 Invoke 处理完善。问题就得到完美的解决。

1、预置是否没有执行完 invoke 的 bool 开关，是否关闭串口的 bool 开关，是否连续发送命令的 bool 开关

  public partial class Form1 : Form{string[] StationType = new string[] { "雨量站", "并行水位站", "并行水文站", "串行水位站", "串行水文站", "水温站" };string[] Channel = new string[] { "无效", "PSTN", "北斗卫星", "GSM", "GPRS" };string[] DebugMsg = new string[] { "打开", "关闭" };string[] SensorType = new string[] {"SDI-12 WL3100 (HS40)","SDI-12 WFX-40 (伟思浮子式)","RS485 WFX-40 (伟思浮子式)","RS485 OTT (德国HACH)","RS485 ISO","Sens","RS485 MPM (麦克压阻式)","RS485 Tem","Sens8 (武汉环宇压阻式)","VEGA","Sens10 (XYJ固件VEGAM)","Sens11 (XYJ固件HXDLS)","VEGAM (XYJ固件HXRad)","Sens13 (XYJ固件WFX40G)","Sens14","Sens15","Sens16","Sens17","Sens18"};private static SerialPort serialPort = new SerialPort();private bool WhenInvokeg = false;//是否没有执行完invoke相关操作  private bool closing = false;//是否正在关闭串口，执行Application.DoEvents，并阻止再次invokeprivate bool SendCommand = false;//是否连续发送命令public Form1(){InitializeComponent();InitializeCustom();}}    

2、在串口打开或关闭中处理上面第一项的 bool 关系

关键在于及时取消连续发送命令 SendCommand = false，并中断串口 GetMessageFromEquipment 事件继续 closing = true 。

        /// <summary>打开串口过程</summary>private void OpenPort(){try{if (serialPort != null && serialPort.IsOpen){SendCommand = false;//取消连续发送命令closing = true;//是要关闭串口，中断串口 GetMessageFromEquipment 事件继续serialPort.DataReceived -= GetMessageFromEquipment;while (WhenInvokeg) Application.DoEvents();//执行完 invoke 才能关闭串口serialPort.Close();closing = false;//StatusMessage2.Text = "";StatusMessage4.Text = "已经关闭端口 " + serialPort.PortName;StatusMessage6.Text = "可以将消息框内容转换为16进制了";OpenPortToolButton.Image = Resources.Close;}else{if (serialPort == null) serialPort = new SerialPort();//如果不存在则新建端口serialPort.ReadBufferSize = 4096;//缓冲大小serialPort.WriteBufferSize = 4096;//缓冲大小serialPort.PortName = _PortName; // 设置串口名称serialPort.BaudRate = _BaudRate; // 设置波特率serialPort.Parity = _Parity; // 设置奇偶校验serialPort.DataBits = _DataBit; // 设置数据位数serialPort.StopBits = _StopBits; // 设置停止位serialPort.Handshake = _Handshake; // 设置握手协议//serialPort.ReadIntervalTimeout = 100;// serialPort.NewLine = "\r\n";//解释 ReadLine( )和WriteLine( )方法调用结束的值    默认值“\n”//serialPort.RtsEnable = true;//  serialPort.Encoding = Encoding.GetEncoding("iso-8859-1"); //支持汉字显示//"GB2312"//"iso-8859-1"serialPort.DataReceived += new SerialDataReceivedEventHandler(GetMessageFromEquipment);serialPort.Open(); // 打开串口StatusMessage2.Text = "";StatusMessage4.Text = "已经打开端口 " + serialPort.PortName;StatusMessage6.Text = "";OpenPortToolButton.Image = Resources.Open;}}catch (Exception ex){if (serialPort == null) serialPort = new SerialPort();//如果不存在则新建端口serialPort.PortName = _PortName; // 设置串口名称serialPort.BaudRate = _BaudRate; // 设置波特率StatusMessage2.Text = ex.Message;//StatusMessage4.Text = Messaging(ex.Message);// 处理异常消息（VS2022使用Trace进行调试显示）//Trace.WriteLine(ex.Source); Trace.WriteLine(ex.StackTrace); Trace.WriteLine(ex.Message);// Trace.WriteLine(ex.GetType().Name);Trace.WriteLine(ex.ToString());//MessageBox.Show(ex.Message + "\r" + ex.Source + "\r" + ex.StackTrace, "错误消息");}}

3、在串口SerialDataReceivedEventHandler(GetMessageFromEquipment)事件中处理中断

关键在于 closing = true 中断串口 GetMessageFromEquipment 事件继续委托线程。使 WhenInvokeg = false 不再发生委托。

       private void GetMessageFromEquipment(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)//从设备中获取信息(串口){if (closing) return;//如果正在关闭，忽略操作，直接返回string PortMessage = "";//串口消息WhenInvokeg = true;//设置在委托调用标记，已经开始接收数据if (InvokeRequired){//更新UI的同步委托//BeginInvoke(new Action(() =>      Invoke(new Action(() =>//  Invoke((EventHandler)(delegate{try{   // 更新UI的代码StatusMessage4.Text = "串口正在通讯，线程委托正在更新UI界面！";Application.DoEvents();Delayed(PortBufferInterval);//等待缓冲数据PortMessage = serialPort.ReadLine().Trim();//去前后空格和回车后的端口消息 ，读行// int nums = serialPort.BytesToRead;// byte[] receiveBytes = new byte[nums];// serialPort.Read(receiveBytes, 0, nums);//读字节// PortMessage = Encoding.ASCII.GetString(receiveBytes);if (PortMessage.Length > 0){switch (TabWorkbenches.SelectedIndex){case 0:case 1:Yac9900PortMessaging(PortMessage);//消息处理和界面更新break;case 2:break;case 3:break;}}}catch (Exception ex){   // 处理异常StatusMessage2.Text = "程序线程上执行的委托异常！" + ex.Message;//Trace.WriteLine(ex.Message);//VS2022使用 Trace 显示调试//Console.WriteLine(ex.Message);MessageBox.Show(ex.Message + "\r" + ex.Source + "\r" + ex.StackTrace, "错误消息");}finally{StatusMessage4.Text = "通讯串口消息已经完成! 等待新的指令或消息!";WhenInvokeg = false;//没有调用了，UI可以关闭串口了。  }}));}else{try{   // 更新UI的代码StatusMessage4.Text = "串口正在通讯，并更新UI界面！";Application.DoEvents();Delayed(PortBufferInterval);//等待缓冲数据PortMessage = serialPort.ReadLine().Trim();if (PortMessage.Length > 0){switch (TabWorkbenches.SelectedIndex){case 0:case 1:Yac9900PortMessaging(PortMessage);break;case 2:break;case 3:break;}}}catch (Exception ex){// 处理异常StatusMessage2.Text = ex.Message;// StatusMessage4.Text = Messaging(ex.Message);//Trace.WriteLine(ex.Message);//Console.WriteLine(ex.Message);MessageBox.Show(ex.Message + "\r" + ex.Source + "\r" + ex.StackTrace, "错误消息");}finally{StatusMessage4.Text = "通讯串口消息已经完成! 等待新的指令或消息!";WhenInvokeg = false;//没有调用了，UI可以关闭串口了。  }}}

4、在窗体关闭前处理消息
关键在于及时取消连续发送命令 SendCommand = false 。避免继续产生串口事件，产生委托线程打架。

    private void Form1_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e){if (serialPort.IsOpen){try{if (WhenInvokeg)//如果没有委托，可以关闭程序{SendCommand = false;//取消连续发送命令StatusMessage6.Text = "已取消剩下的发送命令！再次点击就退出！";                        e.Cancel = true; // 暂时不能退出窗体，串口指令和消息完成后再关闭窗口}else{if (serialPort != null && serialPort.IsOpen) OpenPort();    // 关闭串口e.Cancel = false;}}catch (Exception ex){MessageBox.Show("无法关闭串口：" + ex.Message);}}}

5、串口连续指令发送的中断处理
关键在于 SendCommand = false 取消连续发生指令，不再发生新的串口事件。

       /// <summary>执行可以读写的YAC9900命令</summary>private void CanRwCommands()//可读写命令区{try{string setStr = "";if (checkDT.Checked && SendCommand)//是否选中时间读写和允许发送指令，{if (CheckSet.Checked)//是否设置{if (CheckUseSystemTime.Checked){setStr = DateTime.Now.ToString("yyyyMMddHHmmss").Trim();}else{setStr = DT_Picker.Value.ToString("yyyyMMddHHmmss").Trim();}}serialPort.Write("DT" + setStr);Delayed(SendCommandInterval);}if (checkStationCode.Checked && SendCommand){//发送指令与上雷同}if (checkStorageWater.Checked && SendCommand){//发送指令与上雷同}if (checkWaterBase.Checked && SendCommand){//以下省略很多指令}}catch (Exception ex){// 处理异常StatusMessage2.Text = ex.Message;StatusMessage4.Text = Messaging(ex.Message);Trace.WriteLine(ex.Source);//Console.WriteLine(ex.Message);//MessageBox.Show(ex.Message + "\r" + ex.Source + "\r" + ex.StackTrace, "错误消息");}}

四、程序界面

程序主界面：

串口设置界面，自动搜索串口集合，自动捕获 USB 串口插入：