工作日记-LED串口开发

背景

公司最近的一个项目中需要使用LED显示屏实时显示一些数据，经过调研，项目经理选择了泰美泉公司的产品，前几日硬件设备到了之后，笔者负责的中间件组就马不停蹄的开始了实际的调研与测试工作，因为之前有过对接LED设备的经验，所以对这次的调研还是比较有把握的。LED调研最核心的要解决，这个LED是否可以满足我方的项目需求。

项目需求的核心点如下：

• 实时性
• 稳定性

具体的展示UI是否可以满足也是需要考虑的方面，但是既然已经采购，UI就只能在使用这个LED的基础下尽可能的满足显示需求，所以本次测试不考虑UI设计。

针对不同的关注点，笔者分配组员进行了相关的调研测试。

泰美泉LED调研-开发模式的确定

设备连接与启动

泰美泉LED是针对我公司定制的，与服务器的通信方式为串口无线方式，具体如下

• LED端：串口转无线模块（内部封装好了，只保留了一根天线暴露在外）
• 服务器端：USB转串口无线模块

win10笔记本电脑连接上usb串口无线模块后，可以自动安装驱动，安装完驱动后，打开设备管理器，可以看到端口部分这个设备正常显示了出来。

右键属性，可以设置串口的波特率和串口号。设置好属性后，需要检查下LED端是否正常启动，检查方法：LED端使用移动电源供电，移动电源开关打开后，屏幕会闪烁一下，代表正常启动。

设备基本调试

设备和无线模块都连接好后，使用串口工具发送指令来查看LED设备是否可以正常工作。串口工具使用的是sscom串口调试助手。打开后显示如下：

选择端口号为无线模块对应的端口号，波特率对应修改，点击打开串口就可以开始测试了。

具体依次发送的测试内容如下：

1. !#001%ZD00$$ //先清除所有区域，执行一次就行
2. !#001%ZI01%ZC0000000000960064%ZA01%ZS03%ZH0050%F16%C1%AH1%AV1欢迎使用北京泰美泉2000型中长跑测试仪$$

发现串口正确回复，并且LED屏幕显示了测试文字-欢迎使用北京泰美泉2000型中长跑测试仪。设备基本调试步骤成功。

动态库环境调试

上面的步骤是直接使用串口，调用字库协议来发送数据，此外，LED还提供了另外一种方式，就是调用dll动态库的方式来控制LED屏幕。这种方式需要搭建Java开发环境，并加载泰美泉提供的demo程序进行测试。

组员在进行测试时，发现虽然已经正确修改了配置文件，但是Demo程序测试时会反馈失败，咨询对方技术人员后得知，数据未从串口发出，后来对接了另外一个动态库的技术人员，远程后，发现原来使用的Demo程序版本太低，使用对方的Demo程序就可以正常显示。

工作小启示：

很多时候与我们对接的是设备的销售商或者商务，对方提供的资料未必是最新的资料，尽量找对方的一线人员获取最新的资料数据。

动态库调试最核心的步骤是修改配置文件信息，配置文件信息如下：

[地址：0]
CardType=21
CardAddress=0
CommunicationMode=0
ScreemHeight=64
ScreemWidth=96
SerialBaud=9600
SerialNum=3
NetPort=5005
IpAddress0=192
IpAddress1=168
IpAddress2=1
IpAddress3=236
ColorStyle = 1

测试节目模式和实时模式后，均无法满足我们对于实时性更新的要求，所以本次开发不会选用动态库模式。

字库模式调试

既然动态库模式行不通，我们就开始测试字库模式，字库模式的协议比较简单，但是也比较受限，经过测试，虽然可以满足实时性的需求，但是针对目前的UI设计就无法满足，只能重新设计UI。

最终确定的UI如下：

阶段总结

经过上述的一番测试，我们组最终确定了使用字库模式进行开发。具体开发计划是使用Java语言，调用串口工具类，直接发送协议字符串给LED进行实时显示。这个阶段的目标已经达到。

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泰美泉LED调研-Java串口环境

串口环境搭建和工具类

关于java串口环境的搭建的主题，网络上已经有很多优秀的文章，笔者主要参考了Java程序与串口的通信实现及调试 这篇文章进行了串口环境的搭建。

核心步骤：

1. 工程中创建lib文件夹，并放入RXTXcomm.jar，使用Maven构建项目的要在pom文件中添加下面的代码，使maven可以管理我们自己的jar包。

   <dependency>
   		<groupId>rxtx</groupId>
   		<artifactId>rxtx</artifactId>
   		<version>0.1</version>
   		<scope>system</scope>
   		<systemPath>${project.basedir}/lib/RXTXcomm.jar</systemPath>
   </dependency>
   

2. JAVA_HOME/jre/bin 目录下放入两个dll

   • rxtxParallel.dll
   • rxtxSerial.dll

3. 使用我整理好的工具类即可

   package com.icomp.tpft.util;
   
   import gnu.io.*;
   import org.apache.log4j.Logger;
   
   import java.io.IOException;
   import java.io.InputStream;
   import java.io.OutputStream;
   import java.util.Enumeration;
   import java.util.TooManyListenersException;
   import java.util.concurrent.BlockingQueue;
   import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
   
   /**
    * 串口发送工具类，实现中会自动启动一个线程来处理接收数据并打印，无业务处理
    * （工具类可以直接用于不关注接收数据的场景）
    */
   public class ComUtil extends Thread implements SerialPortEventListener {
   
       private static final Logger logger = Logger.getLogger(ComUtil.class);
   
       // 监听器,我的理解是独立开辟一个线程监听串口数据
       private static CommPortIdentifier portId; // 串口通信管理类
       private static Enumeration<?> portList; // 有效连接上的端口的枚举
       private InputStream inputStream; // 从串口来的输入流
       private static OutputStream outputStream;// 向串口输出的流
       private static SerialPort serialPort; // 串口的引用
       // 堵塞队列用来存放读到的数据
       private BlockingQueue<String> msgQueue = new LinkedBlockingQueue<String>();
   
       /**
        * 接收串口数据方法
        *
        * @param serialPortEvent
        */
       @Override
       public void serialEvent(SerialPortEvent serialPortEvent) {
           switch (serialPortEvent.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:// 当有可用数据时读取数据
                   byte[] readBuffer = new byte[200];
                   try {
                       int numBytes = -1;
                       while (inputStream.available() > 0) {
                           numBytes = inputStream.read(readBuffer);
   
                           if (numBytes > 0) {
                               msgQueue.add(":收到的数据为："
                                       + new String(readBuffer));
                               readBuffer = new byte[200];// 重新构造缓冲对象，否则有可能会影响接下来接收的数据
                           } else {
                               msgQueue.add("本轮次没有读到数据");
                           }
                       }
                   } catch (IOException e) {
                       logger.error("出现异常", e);
                   }
                   break;
           }
       }
   
       /**
        * 打开串口方法
        * comName 端口号
        *
        * @return 返回1 表示端口打开成功，返回 0表示端口打开失败
        */
       public int startComPort(String comName) {
           // 通过串口通信管理类获得当前连接上的串口列表
           portList = CommPortIdentifier.getPortIdentifiers();
   
           while (portList.hasMoreElements()) {
   
               // 获取相应串口对象
               portId = (CommPortIdentifier) portList.nextElement();
   
               logger.info("设备类型：--->" + portId.getPortType());
               logger.info("设备名称：---->" + portId.getName());
               // 判断端口类型是否为串口
               if (portId.getPortType() == CommPortIdentifier.PORT_SERIAL) {
                   // 判断如果COM4串口存在，就打开该串口
                   if (portId.getName().equals(comName)) {
                       try {
                           // 打开串口名字为COM_3(名字任意),延迟为2毫秒
                           serialPort = (SerialPort) portId.open(comName, 2000);
   
                       } catch (PortInUseException e) {
                           logger.error("出现异常", e);
                           return 0;
                       }
                       // 设置当前串口的输入输出流
                       try {
                           inputStream = serialPort.getInputStream();
                           outputStream = serialPort.getOutputStream();
                       } catch (IOException e) {
                           logger.error("出现异常", e);
                           return 0;
                       }
                       // 给当前串口添加一个监听器
                       try {
                           serialPort.addEventListener(this);
                       } catch (TooManyListenersException e) {
                           logger.error("出现异常", e);
                           return 0;
                       }
                       // 设置监听器生效，即：当有数据时通知
                       serialPort.notifyOnDataAvailable(true);
   
                       // 设置串口的一些读写参数
                       try {
                           // 比特率、数据位、停止位、奇偶校验位
                           serialPort.setSerialPortParams(9600,
                                   SerialPort.DATABITS_8, SerialPort.STOPBITS_1,
                                   SerialPort.PARITY_NONE);
                       } catch (UnsupportedCommOperationException e) {
                           logger.error("出现异常", e);
                           return 0;
                       }
                       return 1;
                   }
               }
           }
           return 0;
       }
   
       @Override
       public void run() {
           try {
               logger.info("--------------任务处理线程运行了--------------");
               while (true) {
                   Thread.sleep(1, 10);
                   // 如果堵塞队列中存在数据就将其输出
                   if (msgQueue.size() > 0) {
                       logger.info(msgQueue.take());
                   }
               }
           } catch (InterruptedException e) {
               logger.error("出现异常", e);
           }
       }
   
       /**
        * 发送指令方法（未初始化自动初始化）
        *
        * @param command
        */
       public static void writeCommand(String command, String comName) {
           if (outputStream == null) {
               logger.info("当前串口未初始化，无法写入数据！即将开始初始化！");
               ComUtil cRead = new ComUtil();
               int i = cRead.startComPort(comName);
               if (i == 1) {
                   logger.info("当前串口初始化成功!");
                   // 启动线程来处理收到的数据
                   cRead.start();
                   logger.info("读取线程启动！");
                   doWriteCommand(command);
               } else {
                   logger.info("当前串口初始化失败!");
                   return;
               }
           } else {
               doWriteCommand(command);
           }
       }
   
       private static void doWriteCommand(String command) {
           try {
               //String st = "!#001%ZI01%ZC0000000000960064%ZA01%ZS03%ZH0050%F16%C1%AH1%AV1101:10'00 01202:20'00 02303:30'00 03404:40'00 04$$";
               String st = command;
               //logger.info("发出字节：" + HexStringUtils.toHexString(st.getBytes("gbk")));
               outputStream.write(st.getBytes("gbk"), 0,
                       st.getBytes("gbk").length);
           } catch (IOException e) {
               logger.error("出现异常", e);
           }
       }
   
       public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
           for (int i = 0; i < 10; i++) {
               ComUtil.writeCommand("!#001%ZI01%ZC0000000000960064%ZA01%ZS03%ZH0050%F16%C1%AH1%AV1101:10'00 01202:20'00 02303:30'00 03404:40'00 04$$", "COM3");
               Thread.sleep(1000);
           }
       }
   }
   
   

4. 使用main方法测试即可。注意，要修改对应的串口参数，以及修改串口具体指令

业务方法

具体的业务代码这里就不更新在这里了，业务代码的核心会使用

ComUtil.writeCommand

这个方法来调用驱动层发送。

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总结

本次测试，测试了LED的实时性，并且成功的搭建了JAVA的串口开发环境，我们项目组对于LED硬件对接又多了一些经验。