【Arduino】使用C#实现Arduino与电脑进行串行通讯

在给Arduino编程的时候，因为没有调试工具，经常要通过使用串口通讯的方式调用Serial.print和Serial.println输出Arduino运行过程中的相关信息，然后在电脑上用Arduino IDE的Serial Monitor来查看print出来的信息。Serial Monitor不仅可以接受Arduino发送到电脑的数据，还可以向Arduino发送数据，进行双向通讯。但是这种通讯方式太过于简陋，是纯粹的手工方式，只适合调试。如果需要在电脑上通过可视化界面与Arduino进行交互，或者对Arduino发送到电脑上的数据进行处理，就需要在电脑上编程了。说的专业一点就是上位机与下位机的通讯。本文就介绍一下如何使用C#实现Arduino与电脑进行串行通讯。

1、C#串口编程基础

在C#中有一个串口类System.IO.Ports.SerialPort，这个类的实例就对应设备管理器中的串口。

比如 SerialPort port = new SerialPort("COM4")

这句代码就定义了一个串口实例，对应下图中的USB Serial Port(COM4)

SerialPort常用方法包括Open, Close, Read, ReadLine, Write, WriteLine。这些方法通过名称就很容易理解它们的用法。

具体类信息可以参考MSDN：http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/vstudio/System.IO.Ports.SerialPort(v=vs.100).aspx

2、Arduino串口编程基础

Arduino中的Serial和C#的SerialPort用法类似，有available, begin, read, readBytes, write, print, println，从名称上也很容易理解。具体用法可以参考官方文档：http://arduino.cc/en/Reference/Serial

一般我们会在Arduino代码的setup方法中添加Serial.begin(9600)，然后在serialEvent方法中读取接收到的数据。

3、实例

实例的场景为：

1、Arduino上接一个光线传感器，通过模拟口周期性读取亮度值。

2、在电脑上向Arduino发送一个开始发送数据的命令后，点亮Arduino上13号数字口的LED，然后Arduino通过串口向电脑发送亮度值。

3、在电脑上向Arduino发送一个停止发送数据的命令后，关闭Arduino上13号数字口的LED，然后Arduino停止通过串口向电脑发送亮度值。

这个场景包含了Arduino和电脑的双向通讯。

示例采用WinForm，界面如下：

“串口列表”中自动加载电脑上的可用串口名称。

点击“开始读取”按钮，根据选择的串口名称实例化一个串口对象，指定串口的DataReceived事件处理方法。然后调用ChangeArduinoSendStatus方法向Arduino发送“serial start”命令。

点击“停止读取”按钮，向Arduino发送“serial stop”命令，关闭串口并销毁实例。

点击“开始发送”或“停止发送”按钮，调用ChangeArduinoSendStatus方法向Arduino发送“serial start”或“serial stop”命令，让Arduino开始通过串口向电脑发送数据或停止向电脑发送数据。

串口在接收到数据后出发DataReceived事件，在事件处理方法中调用RefreshInfoTextBox方法，读取串口的数据并追加到界面的文本框。注意：串口的DataReceived事件是由后台线程执行，要把读取到的数据显示在WinFrom界面，需要使用控件的Invoke方法才能刷新界面。

C#核心代码如下：

private SerialPort port = null;
/// <summary>
/// 初始化串口实例
/// </summary>
private void InitialSerialPort()
{
    try
    {
        string portName = this.cmbSerials.SelectedItem.ToString();
        port = new SerialPort(portName, 9600);
        port.Encoding = Encoding.ASCII;
        port.DataReceived += port_DataReceived;
        port.Open();
        this.ChangeArduinoSendStatus(true);
    }
    catch (Exception ex)
    {
        MessageBox.Show("初始化串口发生错误：" + ex.Message, "提示信息", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Information);
    }
}
 
/// <summary>
/// 关闭并销毁串口实例
/// </summary>
private void DisposeSerialPort()
{
    if (port != null)
    {
        try
        {
            this.ChangeArduinoSendStatus(false);
            if (port.IsOpen)
            {
                port.Close();
            }
            port.Dispose();
        }
        catch (Exception ex)
        {
            MessageBox.Show("关闭串口发生错误：" + ex.Message, "提示信息", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Information);
        }
    }
}
 
/// <summary>
/// 改变Arduino串口的发送状态
/// </summary>
/// <param name="allowSend">是否允许发送数据</param>
private void ChangeArduinoSendStatus(bool allowSend)
{
    if (port != null && port.IsOpen)
    {
        if (allowSend)
        {
            port.WriteLine("serial start");
        }
        else
        {
            port.WriteLine("serial stop");
        }
    }
}
 
/// <summary>
/// 从串口读取数据并转换为字符串形式
/// </summary>
/// <returns></returns>
private string ReadSerialData()
{
    string value = "";
    try
    {
        if (port != null && port.BytesToRead > 0)
        {
            value = port.ReadExisting();
        }
    }
    catch (Exception ex)
    {
        MessageBox.Show("读取串口数据发生错误：" + ex.Message, "提示信息", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Information);
    }
 
    return value;
}
 
/// <summary>
/// 在读取到数据时刷新文本框的信息
/// </summary>
private void RefreshInfoTextBox()
{
    string value = this.ReadSerialData();
    Action<string> setValueAction = text => this.txtInfo.Text += text;
 
    if (this.txtInfo.InvokeRequired)
    {
        this.txtInfo.Invoke(setValueAction, value);
    }
    else
    {
        setValueAction(value);
    }
}

Arduino代码

代码注释很详细，就不再做解释。

int pinLed = 13;//定义连接LED的数字口，当允许通过串口发送数据时，点亮LED，否则关闭LED
boolean sendFlag = false;//指示是否允许通过串口发送数据
boolean readCompleted = false;//指示是否完成读取串口数据
String serialString = "";//串口数据缓存字符串
//Author：Alex Leo, Email:conexpress@qq.com, Blog:http://conexpress.cnblogs.com/
//参考:http://arduino.cc/en/Reference/Serial
void setup()
{
  pinMode(pinLed,OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  serialString.reserve(200);//初始化字符串
}
 
void loop()
{
  int lightValue = analogRead(A0);//从A0口读取光线传感器的值
  if(readCompleted)//判断串口是否接收到数据并完成读取
  {
    Serial.print("read value:");
    Serial.println(serialString);//将读取到的信息发送给电脑
    if(serialString == "serial start")//当读取到的信息是"serial start"时，设置发送标志设置为true
    {
      sendFlag = true;
    }
    else if(serialString == "serial stop")//当读取到的信息是"serial stop"时，设置发送标志设置为false
    {
      sendFlag = false;
    }
    serialString = "";
readCompleted = false;
  }
 
  if(sendFlag)//如果允许通过串口发送数据，则点亮LED并发送数据，否则关闭LED
{
    digitalWrite(pinLed, HIGH);
    Serial.print("light value:");
    Serial.println(lightValue);
  }
  else
  {
    digitalWrite(pinLed, LOW);
  }
  delay(1000);//延时1000ms
}
 
void serialEvent()//串口事件处理方法，参考:http://arduino.cc/en/Tutorial/SerialEvent
{
  while(Serial.available())//参考://arduino.cc/en/Serial/Available
  {
    char inChar = (char)Serial.read();
    if(inChar != '\n')//以换行符作为读取结束标志
    {
      serialString += inChar;
    }
    else
    {
      readCompleted = true;
    }
  }
}