基于WPF怎么編寫一個串口轉UDP工具

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框架準備

盡管希望做一個轉發工具，但如果自身不會發送的話，那還得再用其他軟件進行測試，所以這個轉發工具，理應具備串口和UDP協議的全部功能，這一點也要在界面上體現出來。

新建一個WPF項目，名字是portUDP，然后開始布局，結果如下

其中，串口設置中包含波特率、數據位、停止位和奇偶校驗等信息，由于不常更換，所以隱藏起來。

串口只需要一個，但UDP通信需要設置本機和目標的IP地址與端口。自動轉發單選框選中后，會自動將接收到的串口數據轉給UDP，并且UDP收到的數據也會轉給串口。

窗口尺寸為320 × 640 320\times640320×640，外部采用一個DockPanel，并對常用控件進行基本的外觀設置

<DockPanel.Resources>
    <Style TargetType="TextBox">
        <Setter Property="VerticalAlignment" Value="Center"/>
        <Setter Property="Margin" Value="2"/>
    </Style>
    <Style TargetType="TextBlock">
        <Setter Property="VerticalAlignment" Value="Center"/>
        <Setter Property="HorizontalAlignment" Value="Center"/>
    </Style>
    <Style TargetType="ComboBox">
        <Setter Property="VerticalAlignment" Value="Center"/>
        <Setter Property="Margin" Value="2"/>
    </Style>
    <Style TargetType="Button">
        <Setter Property="VerticalAlignment" Value="Center"/>
        <Setter Property="Margin" Value="2"/>
    </Style>
    <Style TargetType="CheckBox">
        <Setter Property="VerticalAlignment" Value="Center"/>
        <Setter Property="HorizontalAlignment" Value="Center"/>
        <Setter Property="Margin" Value="2"/>
    </Style>
</DockPanel.Resources>

左側控制面板被寫在一個StackPanel中，最上面是一個Expander，里面包含串口設置的相關信息

<Expander Header="串口設置">
    <UniformGrid Columns="2" Visibility="Visible">
        <TextBlock Text="波特率"/>
        <ComboBox x:Name="cbBaud"/>
        <TextBlock Text="數據位"/>
        <ComboBox x:Name="cbDataBit"/>
        <TextBlock Text="停止位"/>
        <ComboBox x:Name="cbStopBit"/>
        <TextBlock Text="校驗位"/>
        <ComboBox x:Name="cbParity"/>
    </UniformGrid>
    
</Expander>

然后是一個GroupBox，用于進行基本設置，其中兩個按鈕需要在連接后更改內容，所以設了個名字。

<UniformGrid Columns="2">
    <ComboBox x:Name="cbPorts" Margin="2"/>
    <Button x:Name="btnPort" Content="連接串口"/>

    <TextBox x:Name="txtSrcIP" Text="127.0.0.1"/>
    <TextBox x:Name="txtSrcPort" Text="91"/>
    
    <TextBox x:Name="txtDstIP" Text="127.0.0.1"/>
    <TextBox x:Name="txtDstPort" Text="91"/>
    
    <CheckBox Content="自動轉發" IsChecked="True"/>
    <Button  x:Name="btnUDP" Content="創建服務"/>
</UniformGrid>

最后是發送文本框與發送按鈕等，內容如下

<TextBox x:Name="txtSend" TextWrapping="Wrap" Height="70"/>
<UniformGrid Columns="3">
    <CheckBox Content="Hex" IsChecked="False"/>
    <Button Content="串口發送"/>
    <Button Content="UDP發送"/>
    <CheckBox Content="時間"/>
    <Button Content="清空日志"/>
    <Button Content="保存日志"/>
</UniformGrid>

左側控制界面布局完成后，是右側的接收區域，內容如下

<GroupBox Header="日志信息">
    <TextBox x:Name="txtInfo"  Height="270"/>
</GroupBox>

初始化

由于.Net6.0不內置串口庫，所以需要額外下載，點擊菜單欄工具->NuGet包管理器->管理解決方案的NuGet包，點擊瀏覽選項卡，搜索Ports，選擇System.IO.Ports，安裝。

在對用戶界面進行最簡單的布局后，可以在C#代碼中，對一些ComboBox做進一步的設置。

public void initComContent()
{
    // 串口號
    cbPorts.ItemsSource = SerialPort.GetPortNames();
    cbPorts.SelectedIndex = 0;
    
    // 波特率
    cbBaud.ItemsSource = new int[] { 9600, 19200, 38400, 115200 };
    cbBaud.SelectedIndex = 3;

    // 數據位
    cbDataBit.ItemsSource = Enumerable.Range(1, 8);
    cbDataBit.SelectedIndex = 7;
    
    // 校驗位
    cbParity.ItemsSource = Enum.GetNames(typeof(Parity));
    cbParity.SelectedIndex = 0;
    
    //停止位
    cbStopBit.ItemsSource = Enum.GetNames(typeof(StopBits));
    cbStopBit.SelectedIndex = 1;
}

這樣，在打開軟件之后，串口設置如下

串口設置

接下來設置串口，在xml編輯界面，將btnPort后面添加Click="btnPort_Click"后，按下F12，IDE會自動創建對應的函數。

<Button x:Name="btnPort" Content="連接串口" Click="btnPort_Click"/>

在寫串口開關按鈕的控制指令之前，先新建一個全局的串口對象，然后寫btnPort_Click內容

SerialPort sp;
private void btnPort_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    if (btnPort.Content.ToString() == "打開串口")
    {
        string name = cbPorts.SelectedItem.ToString();
        try
        {
            sp = new SerialPort(name,
                (int)cbBaud.SelectedItem,
                (Parity)cbParity.SelectedIndex,
                (int)cbDataBit.SelectedItem,
                (StopBits)cbStopBit.SelectedIndex);

            sp.Open();
            sp.DataReceived += Sp_DataReceived;
            txtInfo.AppendText($"串口{name}打開成功");
        }
        catch(Exception ex)
        {
            txtInfo.AppendText($"串口{name}打開失敗，原因是{ex}");
        }
    }
    else
    {
        try
        {
            sp.Close();
            initComContent();
        }
        catch (Exception ex)
        {
            txtInfo.AppendText($"串口關閉失敗，原因是{ex}");
        }
    }
    btnPort.Content = sp.IsOpen ? "關閉串口" : "打開串口";
}

其中sp.DataReceived += Sp_DataReceived;新增一個委托，用于規范串口接收到數據后的行為。

UDP設置

和串口設置相同，UDP也需要新建用于UDP通信的全局變量，包括本機節點、目標節點以及UDP服務。

UdpClient udp;
IPEndPoint ptSrc;
IPEndPoint ptDst;

然后設置創建服務按鈕后，其邏輯與串口是相似的，都是在創建或關閉服務時，用try-catch語句以找到錯誤。

private void btnUDP_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    if (btnUDP.Content.ToString() == "創建服務")
    {
        try
        {
            ptSrc = new IPEndPoint(IPAddress.Parse(txtSrcIP.Text), int.Parse(txtSrcPort.Text));
            ptDst = new IPEndPoint(IPAddress.Parse(txtDstIP.Text), int.Parse(txtDstPort.Text));
            udp = new UdpClient(ptSrc);
            txtInfo.AppendText("成功創建服務");
            btnUDP.Content = "關閉服務";
        }catch(Exception ex)
        {
            txtInfo.AppendText($"服務創建失敗，原因為{ex}\n");
        }
    }
    else
    {
        try
        {
            udp.Close();
            btnUDP.Content = "創建服務";
        }
        catch(Exception ex)
        {
            txtInfo.AppendText($"服務關閉失敗，原因為{ex}");
        }
    }

}

發送設置

首先是串口發送，在xaml文件中，為串口發送按鈕掛載一個Click動作，其內容即為串口發送功能

<Button Content="串口發送" Click="btnPortSend_Click"/>

private void btnPortSend_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    var data = Encoding.UTF8.GetBytes(txtSend.Text);
    txtInfo.AppendText($"串口發送{txtSend.Text}\n");
    sp.Write(data, 0, data.Length);
}

然后是UDP發送，其改裝過程也大同小異

<Button Content="UDP發送" Click="btnUDPSend_Click"/>

private void btnUDPSend_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    var data = Encoding.UTF8.GetBytes(txtSend.Text);
    txtInfo.AppendText($"UDP發送{txtSend.Text}\n");
    udp.Send(data, data.Length, ptDst);    //將內容發給ptDst
}

轉發設置

轉發是本軟件的核心功能，但其前提是接收到數據。所以，先來充實創建串口時就已經提到的Sp_DataReceived函數

private void Sp_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
{
    byte[] data = new byte[sp.BytesToRead];
    sp.Read(data, 0, data.Length);//從串口讀取數據
    Dispatcher.Invoke(() => spReceived(data));
}

private void spReceived(byte[] data)
{
    string info = Encoding.UTF8.GetString(data);
    txtInfo.AppendText("串口接收數據：{info}");
    if ((bool)chkTransmit.IsChecked)
    {
        try
        {
            udp.Send(data, data.Length, ptDst);    //將內容發給ptDst
            txtInfo.AppendText($"UDP轉發：{info}");
        }
        catch (Exception ex)
        {
            txtInfo.AppendText($"UDP轉發失敗，原因為{ex}\nd");
        }
    }
}

然后創建UPD接收和轉發函數

private void udpReceiving(CancellationToken token)
{
    while (! token.IsCancellationRequested)
    {
        var data = udp.Receive(ref ptDst);
        Dispatcher.Invoke(() => udpReceived(data));
    }
}
private void udpReceived(byte[] data)
{
    string info = Encoding.UTF8.GetString(data);
    txtInfo.AppendText("UDP接收數據：{info}");
    if ((bool)chkTransmit.IsChecked)
    {
        try
        {
            sp.Write(data, 0, data.Length);
            txtInfo.AppendText($"串口轉發{info}\n");
        }
        catch (Exception ex)
        {
            txtInfo.AppendText($"串口轉發失敗，原因為{ex}");
        }
    }
}

其中，udpReceiving里面是一個死循環，表示一直等待UDP信息的到來，這個函數作為一個Task的創建時機，自然是在UDP服務創建之時，

//...
txtInfo.AppendText("成功創建服務");
//這是一個全局變量
cts = new CancellationTokenSource();
Task.Run(() => udpReceiving(cts.Token), cts.Token);

測試

至此，一個串口-UDP轉發工具便算完成了，盡管界面上還有幾個功能沒有實現，比如Hex以及時間的單選框等，但這些均為錦上添花。

下面做一下基礎的測試，效果如下

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