Java串口编程:串口数据的发送与监听读取「建议收藏」

Java串口编程:串口数据的发送与监听读取「建议收藏」  本人在近期的开发工作中遇到向串口发送设备控制指令的需求,遂对串口编程进行了略微深入的钻研,在此对自己的一些心得和经验进行总结,以供大家参考与交流。串口介绍  串口全称为串行接口,一般指COM接口,是采用串行通信方式的扩展接口。其特点是数据位的传送按位顺序进行,最少只需一根传输线即可完成,成本低但传送速度慢。由于串口(COM)不支持热插拔及传输速率较低,目前部分新主板和大部分便携电脑…

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本人在近期的开发工作中遇到向串口发送设备控制指令的需求,遂对串口编程进行了略微深入的钻研,在此对自己的一些心得和经验进行总结,以供大家参考与交流。
#串口介绍 #
  串口全称为串行接口,一般指COM接口,是采用串行通信方式的扩展接口。其特点是数据位的传送按位顺序进行,最少只需一根传输线即可完成,成本低但传送速度慢。由于串口(COM)不支持热插拔及传输速率较低,目前部分新主板和大部分便携电脑已取消该接口。现在串口多用于工业控制和测量设备以及部分通信设备中。
  根据美国电子工业协会(EIA: Electronic Industry Association)制定的标准,串口可以分为RS-232、RS-422以及RS-485等种类,其中以RS-232类型的接口最为典型和常见,本文所使用的是RS-232类型的9针串口(RS-232类型有25接口,但是现在几乎不再使用)。如图 1所示,是RS-232类型9针串口的实物示意图。RS-232类型9针串口每一个引脚的作用说明如图 2所示。
    图 1 RS232 9针串口实物示意图
        图 1 RS232 9针串口实物示意图

图 2 RS232 9针串口的针脚示意图
        图 2 RS232 9针串口的针脚示意图

想更加深入了解串口知识的读者请参阅以下内容:串行接口RS-232RS-422rs485

Java对串口编程的API包#

目前比较常见的针对Java的串口包有3个来源:一是1998年SUN发布的串口通信API:comm2.0.jar(Windows环境下)和comm3.0.jar(Linux/Solaris环境下);二是IBM的串口通信API;三是一些开源的API。本文介绍的是在Windows环境下使用java语言对串口进行编程,所以选取SUN的官方API(comm2.0.jar)。comm2.0.jar和comm3.0.jar的下载地址如下:
  comm2.0.jar:下载
  comm.jar:下载

对串口编程的环境搭建

软件环境搭建##

在本文写作时,本人所使用的软件开发环境为:Windows7,Jdk1.6.0_10,Eclipse3.4.1。Java对串口编程的环境搭建分为以下步骤:
  1.下载并安装jdk,本人jdk的根目录是“D:\ProgramFiles\Java\jdk1.6.0_10”,在接下来的文章中路径“D:\ProgramFiles\Java\jdk1.6.0_10”将使用“%JAVA_HOME%”来代替;
  2.下载comm2.0.jar(下载链接见上文)并将串口编程必须的3个文件拷贝到jdk对应的文件夹中:
    2.1.将win32com.dll文件拷贝到“%JAVA_HOME%\bin”以及“%JAVA_HOME%\jre\bin”目录下
    2.2 将comm.jar文件拷贝到“%JAVA_HOME%\lib”以及“%JAVA_HOME%\jre\lib\ext”目录下
    2.3 将javax.comm.properties文件拷贝到“%JAVA_HOME%\lib”以及“%JAVA_HOME%\jre\lib”下
  3 新建工程并将comm.jar添加到工程文件中:
    3.1 新建java工程serialPortProgramming,并将该工程的运行时环境(JRE)指定为步骤1中新安装的jdk。
    3.2 在工程中新建“lib”文件夹,并将comm.jar文件拷贝到该文件夹下,右键点击该文件选择【Build Path】—【Add to Build Path】。
##“硬件” 环境准备 ##
  Java对串口编程,首先设备上需要有串口(这不废话吗),但如今的大多数电脑主板上并不带串口,所以本人用Virtual Serial Port Driver软件虚拟出一对串口COM11和COM21,以方便文章的写作和实验的进行。
  下载 Virtual Serial Port Driver7.1 并安装,使用压缩包中的“vspdctl.dll”文件替换软件安装根目录中的“vspdctl.dll”文件即可完成激活成功教程。安装Virtual Serial Port Driver之后用该软件创建一对端口(COM11和COM21),在此创建的一对串口将在之后的实验中再次使用到。因为串口COM11和COM21是通过软件虚拟的、相互连接的一对串口,所以从COM11发送的数据COM21会接收到,反之亦然。
  当然如果自己的设备上有串口的话也可以不用创建虚拟串口,只需要将一个串口的数据发送引脚(引脚3,如图 2所示)和另一个串口的数据接收引脚(引脚2)使用一根铜线链接即可实现数据的收发。如果设备上只有一个串口,要实现串口数据的收发,可以将串口的引脚2和引脚3使用铜线相连接,这样从本串口发送的数据就会通过本串口接收到。

实例一:获取本地串口并实现打开与关闭

在上文创建好的工程中新建包“com.serialPort.writer”并新建类OpenerAndCloser,该类实现串口的获取、打开与关闭。

OpenerAndCloser.java

package com.serialPort.writer;

import java.util.Enumeration;
import javax.comm.CommPortIdentifier;
import javax.comm.NoSuchPortException;
import javax.comm.PortInUseException;
import javax.comm.SerialPort;
import javax.comm.UnsupportedCommOperationException;

/**
 * 该类实现3个功能
 * 1.列举出本地所有的串口;
 * 2.打开所有串口(但是未向串口中写数据);
 * 3.关闭打开的串口。
 */
public class OpenerAndCloser {
	public static void main(String[] args){
		//1.获取本地所有的端口并输出其名称:
		//1.1.用于标识端口的变量
		CommPortIdentifier portIdentifier = null;
		
		//1.2.记录所有端口的变量
		Enumeration<?> allPorts 
			= CommPortIdentifier.getPortIdentifiers();
		
		//1.3.输出每一个端口
		while(allPorts.hasMoreElements()){
			portIdentifier 
				= (CommPortIdentifier) allPorts.nextElement();
			System.out.println("串口:" + portIdentifier.getName());
		}
		
		//2.打开COM11和COM21端口
		//2.1.获取两个端口
		CommPortIdentifier com11 = null;
		CommPortIdentifier com21 = null;
		try {
			com11 = CommPortIdentifier.getPortIdentifier("COM11");
			com21 = CommPortIdentifier.getPortIdentifier("COM21");
		} catch (NoSuchPortException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
		
		//2.2.打开两个端口,但是什么都没干
		SerialPort serialCom11 = null;
		SerialPort serialCom21 = null;
		try {
			//open方法的第1个参数表示串口被打开后的所有者名称,
			//第2个参数表示如果串口被占用的时候本程序的最长等待时间,以毫秒为单位。
			serialCom11 
				= (SerialPort)com11.open("OpenerAndCloser", 1000);
			serialCom21 
				= (SerialPort)com21.open("OpenerAndCloser", 1000);
		} catch (PortInUseException e) {
			//要打开的端口被占用时抛出该异常
			e.printStackTrace();
		}
		
		//2.3.设置两个端口的参数
		try {
			serialCom11.setSerialPortParams(
					9600, //波特率
					SerialPort.DATABITS_8,//数据位数
					SerialPort.STOPBITS_1,//停止位
					SerialPort.PARITY_NONE//奇偶位
			);
			
			serialCom21.setSerialPortParams(
					9600, //波特率
					SerialPort.DATABITS_8,//数据位数
					SerialPort.STOPBITS_1,//停止位
					SerialPort.PARITY_NONE//奇偶位
			);
		} catch (UnsupportedCommOperationException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		
		//3.关闭COM11和COM21端口
		//关闭端口的方法在SerialPort类中
		serialCom11.close();
		serialCom21.close();
	}
}

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在以上的代码中,有两个较为重要的类,在此做以说明,它们是类CommPortIdentifier和类SerialPort。这两个类都来自于comm.jar,CommPortIdentifier类代表本地串口,可以通过该类的静态方法getPortIdentifier或getPortIdentifiers获取本地的串口,该类的实例方法open用于打开串口。SerialPort类同样代表本地串口,不过其代表的是打开的串口,可以通过该类的实例方法close关闭已经打开的串口,也可以通过该类的实例方法获取串口的输入输出流,实现往串口数据的读写操作。
  执行Com11Writer类的main方法,就会发现控制台输出了本地机器的所有串口(包括虚拟串口和物理串口)。

实例二:串口数据的读写

向串口写数据##

在包“com.serialPort.writer”下新建Com11Writer类,该类实现往COM11写入数据“Hello World!”的功能,向串口COM11写入的数据会发送到与其相连的另一个串口COM21,并被COM21所接收,从串口接收数据的方式将在下文讲到,以下是Com11Writer的源代码:

Com11Writer.java

package com.serialPort.writer;

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import javax.comm.CommPortIdentifier;
import javax.comm.NoSuchPortException;
import javax.comm.PortInUseException;
import javax.comm.SerialPort;

/**
 * Com11Writer类的功能是向COM11串口发送字符串“Hello World!”
 */
public class Com11Writer {
	
	public static void main(String[] args) {
		//1.定义变量
		CommPortIdentifier com11 = null;//用于记录本地串口
		SerialPort serialCom11 = null;//用于标识打开的串口
		
		try {
			//2.获取COM11口
			com11 = CommPortIdentifier.getPortIdentifier("COM11");
			
			//3.打开COM11
			serialCom11 = (SerialPort) com11.open("Com11Writer", 1000);
			
			//4.往串口写数据(使用串口对应的输出流对象)
			//4.1.获取串口的输出流对象
			OutputStream outputStream = serialCom11.getOutputStream();
			
			//4.2.通过串口的输出流向串口写数据“Hello World!”:
			//使用输出流往串口写数据的时候必须将数据转换为byte数组格式或int格式,
			//当另一个串口接收到数据之后再根据双方约定的规则,对数据进行解码。
			outputStream.write(new byte[]{'H','e','l','l','o',
					' ','W','o','r','l','d','!'});
			outputStream.flush();
			//4.3.关闭输出流
			outputStream.close();
			
			//5.关闭串口
			serialCom11.close();
		} catch (NoSuchPortException e) {
			//找不到串口的情况下抛出该异常
			e.printStackTrace();
		} catch (PortInUseException e) {
			//如果因为端口被占用而导致打开失败,则抛出该异常
			e.printStackTrace();
		} catch (IOException e) {
			//如果获取输出流失败,则抛出该异常
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

从串口读数据##

从串口COM11发送的数据最终将到达与其连通的串口COM21,如果COM21处于可用状态,则到达的数据将被缓存,等待程序的读取。从串口读入数据有多种模式,本文将介绍“轮询模式”和事件监听模式。
  “轮询模式”是指程序(线程)每隔固定的时间就对串口进行一次扫描,如果扫描发现串口中有可用数据,则进行读取。Com21PollingListener类使用“事件监听模式”读取串口COM21接收到的数据:

Com21PollingListener.java

package com.serialPort.listener;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import javax.comm.CommPortIdentifier;
import javax.comm.NoSuchPortException;
import javax.comm.PortInUseException;
import javax.comm.SerialPort;

/**
 * Com21PollingListener类使用“轮训”的方法监听串口COM21,
 * 并通过COM21的输入流对象来获取该端口接收到的数据(在本文中数据来自串口COM11)。
 */
public class Com21PollingListener {
	public static void main(String[] args){
		//1.定义变量
		CommPortIdentifier com21 = null;//未打卡的端口
		SerialPort serialCom21 = null;//打开的端口
		InputStream inputStream = null;//端口输入流
		
		try{
			//2.获取并打开串口COM21
			com21 = CommPortIdentifier.getPortIdentifier("COM21");
			serialCom21 = (SerialPort) com21.open("Com21Listener", 1000);
			
			//3.获取串口的输入流对象
			inputStream = serialCom21.getInputStream();
			
			//4.从串口读入数据
			//定义用于缓存读入数据的数组
			byte[] cache = new byte[1024];
			//记录已经到达串口COM21且未被读取的数据的字节(Byte)数。
			int availableBytes = 0;
			
			//无限循环,每隔20毫秒对串口COM21进行一次扫描,检查是否有数据到达
			while(true){
				//获取串口COM21收到的可用字节数
				availableBytes = inputStream.available();
				//如果可用字节数大于零则开始循环并获取数据
				while(availableBytes > 0){
					//从串口的输入流对象中读入数据并将数据存放到缓存数组中
					inputStream.read(cache);
					//将获取到的数据进行转码并输出
					for(int j = 0;j < cache.length && j < availableBytes; j++){
						//因为COM11口发送的是使用byte数组表示的字符串,
						//所以在此将接收到的每个字节的数据都强制装换为char对象即可,
						//这是一个简单的编码转换,读者可以根据需要进行更加复杂的编码转换。
						System.out.print((char)cache[j]);
					}
					System.out.println();
					//更新循环条件
					availableBytes = inputStream.available();
				}
				//让线程睡眠20毫秒
				Thread.sleep(20);
			}
		}catch(InterruptedException e){
			e.printStackTrace();
		}catch (NoSuchPortException e) {
			//找不到串口的情况下抛出该异常
			e.printStackTrace();
		} catch (PortInUseException e) {
			//如果因为端口被占用而导致打开失败,则抛出该异常
			e.printStackTrace();
		} catch (IOException e) {
			//如果获取输出流失败,则抛出该异常
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

“事件监听模式”是为串口注册一个事件监听类,当有数据到达串口的时候就会触发事件,在事件的响应方法中读取串口接收到的数据。Com21EventListener类使用“事件监听模式”读取串口COM21接收到的数据:
Com21EventListener.java

package com.serialPort.listener;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.util.TooManyListenersException;
import javax.comm.CommPortIdentifier;
import javax.comm.NoSuchPortException;
import javax.comm.PortInUseException;
import javax.comm.SerialPort;
import javax.comm.SerialPortEvent;
import javax.comm.SerialPortEventListener;

/**
 * Com21EventListener类使用“事件监听模式”监听串口COM21,
 * 并通过COM21的输入流对象来获取该端口接收到的数据(在本文中数据来自串口COM11)。
 * 使用“事件监听模式”监听串口,必须字定义一个事件监听类,该类实现SerialPortEventListener
 * 接口并重写serialEvent方法,在serialEvent方法中编写监听逻辑。
 */
public class Com21EventListener implements SerialPortEventListener {
	
	//1.定义变量
	CommPortIdentifier com21 = null;//未打卡的端口
	SerialPort serialCom21 = null;//打开的端口
	InputStream inputStream = null;//输入流
	
	//2.构造函数:
	//实现初始化动作:获取串口COM21、打开串口、获取串口输入流对象、为串口添加事件监听对象
	public Com21EventListener(){
		try {
			//获取串口、打开窗串口、获取串口的输入流。
			com21 = CommPortIdentifier.getPortIdentifier("COM21");
			serialCom21 = (SerialPort) com21.open("Com21EventListener", 1000);
			inputStream = serialCom21.getInputStream();
			
			//向串口添加事件监听对象。
			serialCom21.addEventListener(this);
			//设置当端口有可用数据时触发事件,此设置必不可少。
			serialCom21.notifyOnDataAvailable(true);
		} catch (NoSuchPortException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (PortInUseException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (TooManyListenersException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

	//重写继承的监听器方法
	@Override
	public void serialEvent(SerialPortEvent event) {
		//定义用于缓存读入数据的数组
		byte[] cache = new byte[1024];
		//记录已经到达串口COM21且未被读取的数据的字节(Byte)数。
		int availableBytes = 0;
		
		//如果是数据可用的时间发送,则进行数据的读写
		if(event.getEventType() == SerialPortEvent.DATA_AVAILABLE){
			try {
				availableBytes = inputStream.available();
				while(availableBytes > 0){
					inputStream.read(cache);
					for(int i = 0; i < cache.length && i < availableBytes; i++){
						//解码并输出数据
						System.out.print((char)cache[i]);
					}
					availableBytes = inputStream.available();
				}
				System.out.println();
			} catch (IOException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
	
	//在main方法中创建类的实例
	public static void main(String[] args) {
		new Com21EventListener();
	}
}

读写程序的联合运行

串口能接收到数据的前提是该串口处于打开(可用)状态,如果串口处于关闭状态,那么发送到该串口的数据就会丢失。所以在实验的过程中,如果使用铜线连接同一个串口的引脚2和引脚3,一定要注意的是千万不能在向串口发送完数据之后关闭该串口,然后再次打开串口去读取数据,一定要让串口始终处于打开状态直到程序运行结束。
  基于以上的说明,在本文所涉及到的实例中,首先运行Com21PollingListener类(或Com21EventListener类)中的main方法打开端口监听程序,然后再运行Com11Writer类的main方法通过COM11向COM21发送数据,这样程序就能从COM21读取数据。

参考与鸣谢

在本文写作的过程中参考了很多网络资源,其中参考了如下几篇文章,在此对所有作者的无私奉献表示衷心的感谢。
  http://blog.csdn.net/luoduyu/article/details/2182321
  http://www.cnblogs.com/dyufei/archive/2010/09/19/2573913.html
  http://www.cnblogs.com/dyufei/archive/2010/09/19/2573912.html
  http://www.cnblogs.com/dyufei/archive/2010/09/19/2573911.html

本文实例的源工程文件可以从以下链接获取

  • 链接: https://pan.baidu.com/s/1m9qXcYQMcppkEcD8YVxEbQ
  • 密码: x5xw

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