C#串口通信 [实战] （读取激光雷达数据，生成图像）

效果展示

话不多说，先上激光雷达数据显示效果图：

激光雷达用的是雷达大叔的二手货，基本上长这个样子：

操作步骤

要生成激光雷达图像，首先就是获取串口数据了，所以第一步就是读取串口数据：

由于是帮朋友调试，开始朋友给了错误的SDK，导致调试半天没有任何结果，索性用串口助手查看一下这货返回些什么数据：

眼神要好，有一列FA，没错，就是250，看样子是帧头，查询一下这款雷达的数据格式：

<start> <index> <speed_l> <speed_h> [Data 0] [Data 1] [Data 2] [Data 3] <checksum_l> <checksum_h> 

<start>：0xFA是固定格式表明数据包开始,可用来从数据流中分割数据包

<index>：数据包的索引号,范围从0xA0 到 0xF9 (每个包4个数据)。

<speed>：有两个speedL和speedH ，它们各一个字节，共同组成转速信息。

<data>：[ Data 0] 到 [Data 3] 是四组测量数据,其中每组测量数据分别由4个字节组成，如下： 

byte 0 : <distance 7:0="">  # 距离信息的0-7位 

byte 1 : <“invalid data” flag> <“strength warning” flag> <distance 13:8=""> # 错误信息标志位 , 警告位, 距离信息13-8位

byte 2 : <signal strength="" 7:0="">  # 信号强度 0-7位 

byte 3 : <signal strength="" 15:8=""> # 讯号强度 8-15位 

距离信息的单位是mm ,整个激光雷达的测量范围大概是15cm 到6m, 只需要把距离信息的两个字节组装成一个整数即可(注意判断无效数据位为0,如果为1意味是无效的数据，需丢弃)。  <checksum>：由两个字节组成的校验码，用来校验整个数据包是否正确。

一、读取串口数据

有了上述信息之后，首先编写基本串口类，用来打开串口、读取数据：

有以下2点值得注意：

1. 使用DataReceived事件来读取数据；

2. 使用isReading和isClosing标识来保证正常关闭激光雷达（防止出现读取已关闭串口数据的情况）；

还有就是，可以定义一个委托，用来读取完数据后，执行处理操作；

using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.IO; using System.IO.Ports; namespace Laser { public class MPort { /// /// Attribute（属性域） /// // 串口实例 private SerialPort port; // 串口名和串口波特率 private String portName = "COM3"; private int baudRate = 115200; // 正在关闭、正在读取串口状态 private bool isClosing; private bool isReading; // 串口返回数据 private byte[] receData = new byte[2048]; private Object receLock = new object(); // 定义一个委托 public delegate void processData(byte[] receData); public processData processDel; /// /// Attribute Modify（属性域修改） /// /// <summary> /// 串口名 /// </summary> public String PortName{ get{ return portName;} set{ portName = value;} } /// <summary> /// 波特率 /// </summary> public int BaudRate{ get{ return baudRate;} set{ baudRate = value;} } /// <summary> /// 读取数据 /// </summary> public byte[] ReceData { get { lock (receLock) { return receData; } } set { lock (receLock) { receData = value; } } } /// <summary> /// 串口打开状态 /// </summary> public bool IsOpen { get { return port.IsOpen; } } /// /// Method（方法域） /// /// <summary> /// 串口实例构造方法 /// </summary> public MPort(String portName, int baudRate = 115200) { try { // 尝试关闭已使用的串口 if (port != null) { this.closePort(); } // 尝试打开新串口 this.PortName = portName; this.BaudRate = baudRate; port = new SerialPort(this.PortName, this.BaudRate); } catch { // "Check your port!" } } /// <summary> /// 打开串口方法 /// </summary> /// <returns>打开是否成功</returns> public bool openPort() { // 注册读取串口事件 port.DataReceived -= port_DataReceived; port.DataReceived += port_DataReceived; // 串口未打开时尝试打开串口 if (!port.IsOpen) { isClosing = false; try { port.Open(); } catch (Exception ex) { Console.WriteLine(ex.Message); return false; } } return true; } /// <summary> /// 关闭串口方法 /// </summary> /// <returns>关闭串口是否成功</returns> public bool closePort() { if (!port.IsOpen) { return true; } isClosing = true; // 等待读取事件完毕 while (isReading) { System.Windows.Forms.Application.DoEvents(); } // 尝试关闭串口 try { port.Close(); } catch { return false; } return true; } /// <summary> /// 读取串口事件 /// </summary> /// <param name="sender"></param> /// <param name="e"></param> void port_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e) { // 正在关闭则返回 if (isClosing) { return; } // 设置正在读取状态 isReading = true; try { int count = Math.Min(port.BytesToRead, ReceData.Length); port.Read(ReceData, 0, count); // 委托方法不为空，调用委托方法 if (processDel != null) { processDel(ReceData); } } finally { isReading = false; } } /// <summary> /// 向串口写入数据 /// </summary> /// <param name="buff">写入数据的内容</param> /// <returns>是否写入成功的返回值</returns> public bool writeData(byte[] buff) { // 尝试向串口写入数据 try { port.Write(buff, 0, buff.Length); } catch (Exception ex) { Console.WriteLine(ex.Message); return false; } return true; } } }

上述代码完成后，基本的串口操作就可以通过这个类完成，如果要对激光雷达做处理，则在次类基础上继承一个激光雷达类即可：

二、处理激光雷达数据

1. 继承MPort类，生成激光雷达类；

2. 考虑到当前只有到一个激光雷达，采用单例模式设计；

3. 绑定ProcessData方法，以便读取完数据后进行处理；

4. 数据处理是根据数据格式定义来编写的；

5. 预留了一个处理后的委托；

using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; namespace Laser { public class Radar: MPort { /// /// Attribute（属性域） /// // 距离信息 private int[] dist = new int[360]; // 强度信息 private int[] back = new int[360]; // 旋转速度 private int speed; // 读写锁 private Object readLock = new object(); /// /// Attribute Modify（属性域修改） /// /// <summary> /// 距离信息 /// </summary> public int[] Dist { get { lock (readLock) { return dist; } } set { lock (readLock) { dist = value; } } } /// <summary> /// 强度信息 /// </summary> public int[] Back { get { lock (readLock) { return back; } } set { lock (readLock) { back = value; } } } /// <summary> /// 速度信息 /// </summary> public int Speed { get { lock (readLock){ return speed; } } set { lock (readLock) { speed = value; } } } /// /// Method（方法域） /// private Radar(String portName, int baudRate = 115200):base( portName, baudRate) { this.processDel -= new processData(this.processData); this.processDel += new processData(this.processData); } private static Radar radar; /// <summary> /// 单例模式，创建激光雷达类 /// </summary> /// <param name="portName">串口号</param> /// <param name="baudRate">波特率</param> /// <returns>激光雷达实例</returns> public static Radar getInstance(String portName, int baudRate = 115200) { if (radar == null || !portName.Equals(radar.PortName)) { radar = new Radar(portName, baudRate); } return radar; } /// <summary> /// 数据头 /// </summary> public static byte dHead = (byte)0xFA; /// <summary> /// 数据帧长度 /// </summary> public static int dLen = 22; /// <summary> /// 处理激光雷达获取的数据信息 /// </summary> /// <param name="data">获取的数据</param> public void processData(byte[] data) { // 该数据完整则进行处理 for (int i = 0; i < data.Length && (i + dLen - 1 < data.Length); ) { // 寻找帧头 if (data[i] != dHead) { ++i; continue; } // 索引号 int index = data[i + 1]; Speed = data[i + 2] + 256 * (data[i + 3]); // 计算距离和强度信息 for (int j = 0; j < 4; ++j) { int tag = (index - 160) * 4 + j; if (tag < 0 || tag >= 360) { break; } Dist[tag] = data[i + 3 + j * 4 + 1] + 256 * (data[i + 3 + j * 4 + 2] & 0x3F); Back[tag] = data[i + 3 + j * 4 + 3] + 256 * data[i + 3 + j * 4 + 4]; } i += dLen; } // 执行数据处理完成后的方法 if (afterProcessDel != null) { afterProcessDel(); } } /// <summary> /// 定义数据处理后执行方法 /// </summary> public delegate void afterProcess(); public static afterProcess afterProcessDel; } }

三、绘图显示

为了进行显示，需要把从串口读到的激光雷达距离信息和强度信息画在图上，其中，画图使用winForm的Graphic，

1. 创建一张Bitmap；

2. 根据角度距离信息，计算当前测量点的坐标；

3. 在坐标处绘制一个点，其实就是实心圆，使用FillEclipse方法；

4. 此处画图的坐标比较神奇，是因为坐标原点在左上角（0,0），向下为Y轴增大方向，向右为X轴增大方向；

using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Drawing; namespace Laser { public class DrawRadarImg { /// /// Attribute（属性域） /// // 图像宽度 private int width; // 图像高度 private int height; // 显示比例 private double rate = 0.05; // 像素点大小 private static int ps = 4; /// /// Attribute Modify（属性域修改） /// /// <summary> /// 图像宽度 /// </summary> public int Width { get { return width; } set { width = value; } } /// <summary> /// 图像高度 /// </summary> public int Height { get { return height; } set { height = value; } } /// <summary> /// 长度比例 /// </summary> public double Rate { get { return rate; } set { rate = value; } } /// <summary> /// 一个测量点大小 /// </summary> public int PS { get { return ps; } set { ps = value; } } /// /// Method（方法域） /// /// <summary> /// 根据距离和强度信息画图 /// </summary> /// <param name="dist">距离信息</param> /// <param name="back">强度信息</param> /// <returns></returns> public Image drawImg(int[] dist, int[] back) { Bitmap img = new Bitmap(400, 400); Graphics g = Graphics.FromImage(img); for (int i = 0; i < 360; ++i) { // 计算当前角度、X、Y坐标（偏差90度，与设定相关） double ang = ((i + 90) / 180.0) * Math.PI; double x = Math.Cos(ang) * dist[i] * rate; double y = Math.Sin(ang) * dist[i] * rate; // 调整强度显示的颜色 Brush brush = (back[i] > 300) ? (Brushes.Red) : (back[i] > 200) ? (Brushes.Green) : (back[i] > 100) ? (Brushes.Blue) : Brushes.Purple; // 画点 g.FillEllipse(brush, (int)(x + 200 - ps / 2), (int)(200 - (y - ps / 2)), ps, ps); } return img; } } } 最后，将这些类在Form1中进行调用，代码如下：

using System; using System.Collections.Generic; using System.ComponentModel; using System.Data; using System.Drawing; using System.Linq; using System.Text; using System.Windows.Forms; namespace Laser { public partial class Form1 : Form { // 激光雷达对象 private Radar radar; private DrawRadarImg dImg = new DrawRadarImg(); public Form1() { InitializeComponent(); // 绑定更新界面方法 updateBoardDel += new updateBoard(this.updateBoardMethod); } /// <summary> /// 打开关闭串口方法 /// </summary> /// <param name="sender"></param> /// <param name="e"></param> private void button2_Click(object sender, EventArgs e) { radar = Radar.getInstance(this.textBox1.Text.Trim()); Radar.afterProcessDel = new Radar.afterProcess(this.processData); if (!radar.IsOpen) { radar.openPort(); this.button2.Text = "closePort"; this.textBox1.Enabled = false; } else { radar.closePort(); this.button2.Text = "openPort"; } } /// <summary> /// 处理完数据执行画图方法 /// </summary> public void processData() { Image img = dImg.drawImg(radar.Dist, radar.Back); if (updateBoardDel != null) { this.Invoke(updateBoardDel,img); } } /// <summary> /// 更新窗口委托 /// </summary> /// <param name="img"></param> public delegate void updateBoard(Image img); public updateBoard updateBoardDel; public void updateBoardMethod(Image img) { this.pictureBox1.Image = img; this.textSpeed.Text = radar.Speed.ToString(); } } }

源码： https://github.com/findQin/RadarUncle