串口线程类

SlaveThread（从机线程）

目的：等待并响应来自主机的请求，然后发送预设的响应数据。
关键行为：线程启动后，通过串口监听请求数据。当检测到有数据可读时，读取请求数据。读取完毕后，向串口写入预设的响应数据。如果写入成功，通过信号 request(QString) 发送接收到的请求信息给外部监听者。如果在读取请求或写入响应时发生超时，会触发 timeout(QString) 信号。
同步机制：使用 QMutex 保证线程安全，检查和更新串口号、等待超时时间以及响应内容，但没有使用 QWaitCondition，因为它是一个被动监听请求的线程，不需要主动唤醒机制。

SlaveThread (从机线程) 示例

假设在一个自动化仓库管理系统中，有多个库存检查站，每个站点装备了一个读取条形码的扫描枪作为从设备（Slave）。这些从设备并不主动发起操作，而是等待仓库管理系统（主设备）的指令来执行任务。
场景描述：

任务：当一个物品进入或离开仓库时，仓库管理系统需要记录该物品的条形码信息。
流程：主设备（如中央服务器）通过网络向各个站点的从机发送请求，要求读取条形码。从机（SlaveThread实例）不断监听串口，一旦接收到请求，立刻激活扫描枪读取条形码，然后通过串口将条形码数据作为响应发回给主设备。
特点：在这个场景中，SlaveThread体现为被动响应设备的职责，等待主设备的指令，执行读取任务并反馈结果。

SlaveThread 更适用于那些需要持续监听并响应外部指令的场景，如传感器数据采集、远程控制设备的响应等。(只采集数据，并不需要主动发送请求，而是始终监听并响应数据的到来)

class SlaveThread : public QThread
{Q_OBJECTpublic:explicit SlaveThread(QObject *parent = nullptr);//~SlaveThread();void startSlave(const QString &portName, int waitTimeout, const QString &response);//初始化串口及启动线程signals:void request(const QString &s);//请求消息void error(const QString &s);//串口错误消息void timeout(const QString &s);//串口连接超时消息private:void run() override;//串口通信QString m_portName;QString m_response;int m_waitTimeout = 0;QMutex m_mutex;bool m_quit = false;
};

初始化串口类

void SlaveThread::startSlave(const QString &portName, int waitTimeout, const QString &response)
{const QMutexLocker locker(&m_mutex);//初始化线程锁m_portName = portName;//设置串口号m_waitTimeout = waitTimeout;//设置串口的等待时间m_response = response;//设置串口的相应参数if (!isRunning())//判断线程是否运行start();//启动线程
}

打开串口并发送数据

void SlaveThread::run()
{bool currentPortNameChanged = false;// 加锁以安全地访问和更新线程间共享的数据m_mutex.lock();// 获取并记录当前配置与上次是否有变QString currentPortName;if (currentPortName != m_portName) { // 检查端口名是否变更currentPortName = m_portName;currentPortNameChanged = true; // 标记端口变更}int currentWaitTimeout = m_waitTimeout; // 获取超时时间QString currentResponse = m_response; // 获取响应信息m_mutex.unlock(); // 解锁，释放互斥锁QSerialPort serial; // 创建QSerialPort对象用于串口通信// 主循环，持续运行直到收到退出信号while (!m_quit) {// 如果端口设置发生变更if (currentPortNameChanged) {serial.close(); // 关闭旧端口serial.setPortName(currentPortName); // 设置新端口名// 尝试打开新的串口，失败则发送错误信号并退出if (!serial.open(QIODevice::ReadWrite)) {emit error(tr("无法打开端口 %1, 错误码 %2").arg(currentPortName).arg(serial.error()));return;}}// 等待读取请求数据if (serial.waitForReadyRead(currentWaitTimeout)) {// 读取所有可用的请求数据QByteArray requestData = serial.readAll();// 处理可能的分包情况，继续读取直到没有更多数据到来while (serial.waitForReadyRead(10))requestData += serial.readAll();// 准备响应数据并发送QByteArray responseData = currentResponse.toUtf8();serial.write(responseData);// 等待响应数据写入完成，成功则发送请求信号，否则发送写入超时信号if (serial.waitForBytesWritten(m_waitTimeout)) {QString request = QString::fromUtf8(requestData);emit request(request);} else {emit timeout(tr("等待写入响应超时 %1").arg(QTime::currentTime().toString()));}} else {// 如果等待读取请求超时，发送读取超时信号emit timeout(tr("等待读取请求超时 %1").arg(QTime::currentTime().toString()));}// 再次加锁，检查配置是否更新m_mutex.lock();if (currentPortName != m_portName) {currentPortName = m_portName;currentPortNameChanged = true;} else {currentPortNameChanged = false;}currentWaitTimeout = m_waitTimeout; // 更新超时时间currentResponse = m_response; // 更新响应信息m_mutex.unlock(); // 解锁}
}

析构函数

SlaveThread::~SlaveThread()
{m_mutex.lock();m_quit = true;m_mutex.unlock();wait();
}

窗口设置

#ifndef DIALOG_H
#define DIALOG_H#include "slavethread.h"#include <QDialog>QT_BEGIN_NAMESPACEclass QLabel;
class QLineEdit;
class QComboBox;
class QSpinBox;
class QPushButton;QT_END_NAMESPACEclass Dialog : public QDialog
{Q_OBJECTpublic:explicit Dialog(QWidget *parent = nullptr);private slots:void startSlave();void showRequest(const QString &s);void processError(const QString &s);void processTimeout(const QString &s);void activateRunButton();private:int m_transactionCount = 0;QLabel *m_serialPortLabel = nullptr;QComboBox *m_serialPortComboBox = nullptr;QLabel *m_waitRequestLabel = nullptr;QSpinBox *m_waitRequestSpinBox = nullptr;QLabel *m_responseLabel = nullptr;QLineEdit *m_responseLineEdit = nullptr;QLabel *m_trafficLabel = nullptr;QLabel *m_statusLabel = nullptr;QPushButton *m_runButton = nullptr;SlaveThread m_thread;
};#endif // DIALOG_H

窗口函数实现

#include "dialog.h"// 引入所需Qt模块的头文件
#include <QComboBox>
#include <QGridLayout>
#include <QLabel>
#include <QLineEdit>
#include <QPushButton>
#include <QSerialPortInfo>
#include <QSpinBox>// 定义Dialog类，继承自QWidget
Dialog::Dialog(QWidget *parent) :QDialog(parent),// 初始化UI组件m_serialPortLabel(new QLabel(tr("Serial port:"))), // 串口标签m_serialPortComboBox(new QComboBox),              // 串口选择组合框m_waitRequestLabel(new QLabel(tr("Wait request, msec:"))), // 等待请求时间标签m_waitRequestSpinBox(new QSpinBox),             // 等待请求时间微调框m_responseLabel(new QLabel(tr("Response:"))),     // 响应标签m_responseLineEdit(new QLineEdit(tr("Hello, I'm Slave."))), // 响应文本框，默认值m_trafficLabel(new QLabel(tr("No traffic."))),    // 流量信息标签m_statusLabel(new QLabel(tr("Status: Not running."))), // 状态标签m_runButton(new QPushButton(tr("Start")))      // 开始按钮
{// 设置等待请求时间的范围和默认值m_waitRequestSpinBox->setRange(0, 10000);m_waitRequestSpinBox->setValue(10000);// 获取并添加所有可用的串口名到组合框中const auto infos = QSerialPortInfo::availablePorts();for (const QSerialPortInfo &info : infos)m_serialPortComboBox->addItem(info.portName());// 创建主网格布局，并将UI组件添加到布局中auto mainLayout = new QGridLayout;mainLayout->addWidget(m_serialPortLabel, 0, 0);mainLayout->addWidget(m_serialPortComboBox, 0, 1);mainLayout->addWidget(m_waitRequestLabel, 1, 0);mainLayout->addWidget(m_waitRequestSpinBox, 1, 1);mainLayout->addWidget(m_runButton, 0, 2, 2, 1); // 横跨两行mainLayout->addWidget(m_responseLabel, 2, 0);mainLayout->addWidget(m_responseLineEdit, 2, 1, 1, 3); // 横跨三列mainLayout->addWidget(m_trafficLabel, 3, 0, 1, 4); // 横跨四列mainLayout->addWidget(m_statusLabel, 4, 0, 1, 5); // 横跨五列setLayout(mainLayout); // 设置对话框的主布局// 设置窗口标题，并让串口选择框获得焦点setWindowTitle(tr("Blocking Slave"));m_serialPortComboBox->setFocus();// 连接信号与槽函数// 当按下开始按钮时，启动从机线程connect(m_runButton, &QPushButton::clicked, this, &Dialog::startSlave);// 当线程发出请求信号时，显示该请求connect(&m_thread, &SlaveThread::request, this,&Dialog::showRequest);// 处理错误信号connect(&m_thread, &SlaveThread::error, this, &Dialog::processError);// 处理超时信号connect(&m_thread, &SlaveThread::timeout, this, &Dialog::processTimeout);// 当串口选择、等待时间或响应文本改变时，激活或禁用开始按钮connect(m_serialPortComboBox, QOverload<const QString &>::of(&QComboBox::currentIndexChanged),this, &Dialog::activateRunButton);connect(m_waitRequestSpinBox, &QSpinBox::textChanged, this, &Dialog::activateRunButton);connect(m_responseLineEdit, &QLineEdit::textChanged, this, &Dialog::activateRunButton);
}// 启动从机线程的槽函数
void Dialog::startSlave()
{m_runButton->setEnabled(false); // 禁用开始按钮// 更新状态标签，显示当前连接的端口信息m_statusLabel->setText(tr("Status: Running, connected to port %1.").arg(m_serialPortComboBox->currentText()));// 启动SlaveThread线程，传递配置参数m_thread.startSlave(m_serialPortComboBox->currentText(),m_waitRequestSpinBox->value(),m_responseLineEdit->text());
}// 显示请求的槽函数
void Dialog::showRequest(const QString &s)
{// 更新流量信息，显示当前交易的请求和响应m_trafficLabel->setText(tr("Traffic, transaction #%1:""\n\r-request: %2""\n\r-response: %3").arg(++m_transactionCount) // 交易计数加一.arg(s)                  // 请求内容.arg(m_responseLineEdit->text())); // 预设响应
}// 处理错误的槽函数
void Dialog::processError(const QString &s)
{// 重新激活开始按钮，更新状态标签显示错误信息activateRunButton();m_statusLabel->setText(tr("Status: Not running, %1.").arg(s));m_trafficLabel->setText(tr("No traffic."));
}// 处理超时的槽函数
void Dialog::processTimeout(const QString &s)
{// 更新状态标签，显示超时信息m_statusLabel->setText(tr("Status: Running, %1.").arg(s));m_trafficLabel->setText(tr("No traffic."));
}// 激活或禁用开始按钮的槽函数
void Dialog::activateRunButton()
{m_runButton->setEnabled(true); // 根据输入状态，决定是否启用开始按钮
}