Java RXTX 实现串口通信

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-03-02 13:38 1352阅读 0赞

**目录**

串口（通信）概述

串口调试助手

RXTX 下载与依赖

Java 开发实战

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# 串口(通信)概述 #

1、串口通信是指[串口][Link 1]按位（bit）发送和接收字节

2、串口通信可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据

3、串口通信常用的协议包括 RS-232、RS-422 和 RS-485

4、串口通信，控制线长度可达1200 米

5、串口通信最重要的参数是[波特率][Link 2]、[数据位][Link 3]、停止位和[奇偶校验][Link 4]，对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdteDE5OTMzMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

6、串口对于普通用户来说很陌生，现在的计算机大都已经取消了这个插口，在工业上和电子行业中，这个端口使用的较为频繁。

7、注意串口与 VGA 插口的区别：串口通常为 9 针，2 排 4+5 排列；而 VGA 插口有15 针，3 排 5+5+5 排列

8、一般来说，带有原生串口的主板，其原生串口的串口号默认为 COM1，如果主板带有2个原生串口，则机箱后方的[RS232][]插口为 COM1，主板上还有一个未能引出的串口插槽为 COM2。

9、如果电脑上没有串口，则一般要用 USB 转串口线进行连接，然后像连接键盘、鼠标一样，要安装USB转串口的驱动

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdteDE5OTMzMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

> 如上所示发送数据时应该给 usb 转串口的 com3 发送

<table>  串口通信术语  
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:92px;"><strong>波特率</strong></td> 
   <td> <p>1、衡量信号传输速率的参数<br> 2、指的是信号被调制以后在单位时间内的变化，即单位时间内载波参数变化的次数，如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位（1个起始位，1个停止位，8个数据位），这时的波特率为240Bd，比特率为10位*240个/秒=2400bps。一般调制速率大于波特率，比如曼彻斯特编码）<br> 3、通常电话线的波特率为 14400，28800 和 36600，波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是 GPIB 设备的通信。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:92px;"><strong><a href="http://baike.baidu.com/item/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E4%BD%8D" rel="nofollow">数据位</a></strong></td> 
   <td> <p>1、衡量通信中实际数据位的参数<br> 2、当计算机发送一个信息包，实际的数据往往不会是 8 位的，标准的值是 6、7 和 8 位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的 ASCII 码是 0～127（7位）。扩展的 ASCII 码是0～255（8位）<br> 3、如果数据使用简单的文本（标准 ASCII码），那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:92px;"><strong>停止位</strong></td> 
   <td> <p>1、用于表示单个包的最后一位，典型的值为 1，1.5 和 2 位<br> 2、由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:92px;"><strong>奇偶校验位</strong></td> 
   <td> <p>1、串口通信中一种简单的检错方式<br> 2、有四种检错方式：偶、奇、高和低，当然没有校验位也是可以的<br> 3、对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位为1，这样就有3个逻辑高位。高位和低位不真正的检查数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态，有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 串口调试助手 #

1、如同 tcp、udp 通信可以先使用测试工具一样，串口通信也推荐先使用工具进行调试，因为至少要先确定被控制的硬件(如投影机、智能灯等)没有问题，否则如果控制失败，就无法指定到底是硬件的问题，还是自己软件的问题了。

2、使用调试助手控制成功后，则可以使用 Java 程序再进行控制。

3、可以使用如下的串口调试工具：Serial Port Utility（友善串口调试助手）

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdteDE5OTMzMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

4、如果电脑有串口，则可以直接使用串口线连接硬件使用，如果电脑上没有串口，则可以使用 USB 转串口线进行转换，然后为 USB 转串口线安装好驱动即可。

5、通常一台电脑上的串口是有限的，比如一个串口，此时一个串口通过串口线连接到硬件后，只能控制一台硬件，如何一个串口控制多台硬件呢？可以去网上买一个串口分配器，它可以将一个串口输入分成多个串口输出，通常有 4个、8个等。

# RXTX 下载与依赖 #

1、虽然 Java 也有原生串口通信的 API ，但是使用不太方便，可以选择市面上人家封装好的第三方库，其中以 RXTX 较为常用。

2、rxtx.qbang 官网：[http://fizzed.com/oss/rxtx-for-java][http_fizzed.com_oss_rxtx-for-java]

3、根据自己电脑系统选择下载：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>Version</th> 
   <th>File</th> 
   <th>Information</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RXTX-2-2-20081207</td> 
   <td><a href="https://bitbucket.org/jlauer/mfz-cdn/downloads/mfz-rxtx-2.2-20081207-win-x64.zip" rel="nofollow">Windows-x64</a> <p><a href="https://bitbucket.org/jlauer/mfz-cdn/downloads/mfz-rxtx-2.2-20081207-win-x86.zip" rel="nofollow">Windows-x86</a><br><a href="https://bitbucket.org/jlauer/mfz-cdn/downloads/mfz-rxtx-2.2-20081207-win-ia64.zip" rel="nofollow">Windows-ia64</a><br><a href="https://bitbucket.org/jlauer/mfz-cdn/downloads/mfz-rxtx-2.2-20081207-linux-x86_64.zip" rel="nofollow">Linux-x86_64</a><br><a href="https://bitbucket.org/jlauer/mfz-cdn/downloads/mfz-rxtx-2.2-20081207-linux-i386.zip" rel="nofollow">Linux-i386</a></p> </td> 
   <td>Based on CVS snapshot of RXTX taken on 2008-12-07</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

4、以 Windows-x64 为例，下载解压后如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdteDE5OTMzMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

5、其中的 Install.txt 中官方给出了使用说明，Windows 系统如下：

-----------------------Windows-----------------------------
    
    Choose your binary build - x64 or x86 (based on which version of
    the JVM you are installing to)
    
    NOTE: You MUST match your architecture.  You can't install the i386
    version on a 64-bit version of the JDK and vice-versa.
    
    For a JDK installation:
    
    Copy RXTXcomm.jar ---> <JAVA_HOME>\jre\lib\ext
    Copy rxtxSerial.dll ---> <JAVA_HOME>\jre\bin
    Copy rxtxParallel.dll ---> <JAVA_HOME>\jre\bin

> 1）RXTXcomm.jar ：作为项目开发包如果已经导入到了项目中，则可以不必复制到 <JAVA\_HOME>\\jre\\lib\\ext 下
> 
> 2）rxtxSerial.dll、rxtxParallel.dll 文件必须放到 <JAVA\_HOME>\\jre\\bin 下，如果是 Windows 系统，则也可以放到 C:\\Windows\\System32 目录下，否则运行会报错如下：

java.lang.UnsatisfiedLinkError: no rxtxSerial in java.library.path] with root cause
    java.lang.UnsatisfiedLinkError: no rxtxSerial in java.library.path
      at java.lang.ClassLoader.loadLibrary(ClassLoader.java:1867)
      at java.lang.Runtime.loadLibrary0(Runtime.java:870)
      at java.lang.System.loadLibrary(System.java:1122)

**Maven 依赖**

1、如果是 Maven 应用，则可以 Maven 中央仓库获取 [RXTX 依赖][RXTX]：

<dependency>
        <groupId>org.bidib.jbidib.org.qbang.rxtx</groupId>
        <artifactId>rxtxcomm</artifactId>
        <version>2.2</version>
    </dependency>

# Java 开发实战 #

1、使用也是很简单，分为三步：

> 1）打开串口
> 
> 2）使用 java.io.OutputStream 发送数据，或 java.io.InputStream 读取数据
> 
> 3）关闭串口

2、完整内容如下：

import gnu.io.*;
    import org.slf4j.Logger;
    import org.slf4j.LoggerFactory;
    import java.io.IOException;
    import java.io.OutputStream;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Arrays;
    import java.util.Enumeration;
    import java.util.List;
    /**
     * Created by Administrator on 2019/3/18 0018.
     * 串口工具类
     */
    public class SerialPortTool {
        private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(SerialPortTool.class);//slf4j 日志记录器
        /**
         * 查找电脑上所有可用 com 端口
         *
         * @return 可用端口名称列表，没有时 列表为空
         */
        public static final ArrayList<String> findSystemAllComPort() {
            /**
             *  getPortIdentifiers：获得电脑主板当前所有可用串口
             */
            Enumeration<CommPortIdentifier> portList = CommPortIdentifier.getPortIdentifiers();
            ArrayList<String> portNameList = new ArrayList<>();
    
            /**
             *  将可用串口名添加到 List 列表
             */
            while (portList.hasMoreElements()) {
                String portName = portList.nextElement().getName();//名称如 COM1、COM2....
                portNameList.add(portName);
            }
            return portNameList;
        }
    
        /**
         * 打开电脑上指定的串口
         *
         * @param portName 端口名称，如 COM1，为 null 时，默认使用电脑中能用的端口中的第一个
         * @param b        波特率(baudrate)，如 9600
         * @param d        数据位（datebits），如 SerialPort.DATABITS_8 = 8
         * @param s        停止位（stopbits），如 SerialPort.STOPBITS_1 = 1
         * @param p        校验位 (parity)，如 SerialPort.PARITY_NONE = 0
         * @return 打开的串口对象，打开失败时，返回 null
         */
        public static final SerialPort openComPort(String portName, int b, int d, int s, int p) {
            CommPort commPort = null;
            try {
                //当没有传入可用的 com 口时，默认使用电脑中可用的 com 口中的第一个
                if (portName == null || "".equals(portName)) {
                    List<String> comPortList = findSystemAllComPort();
                    if (comPortList != null && comPortList.size() > 0) {
                        portName = comPortList.get(0);
                    }
                }
                logger.info("开始打开串口：portName=" + portName + ",baudrate=" + b + ",datebits=" + d + ",stopbits=" + s + ",parity=" + p);
    
                //通过端口名称识别指定 COM 端口
                CommPortIdentifier portIdentifier = CommPortIdentifier.getPortIdentifier(portName);
                /**
                 * open(String TheOwner, int i)：打开端口
                 * TheOwner 自定义一个端口名称，随便自定义即可
                 * i：打开的端口的超时时间，单位毫秒，超时则抛出异常：PortInUseException if in use.
                 * 如果此时串口已经被占用，则抛出异常：gnu.io.PortInUseException: Unknown Application
                 */
                commPort = portIdentifier.open(portName, 5000);
                /**
                 * 判断端口是不是串口
                 * public abstract class SerialPort extends CommPort
                 */
                if (commPort instanceof SerialPort) {
                    SerialPort serialPort = (SerialPort) commPort;
                    /**
                     * 设置串口参数：setSerialPortParams( int b, int d, int s, int p )
                     * b：波特率（baudrate）
                     * d：数据位（datebits），SerialPort 支持 5,6,7,8
                     * s：停止位（stopbits），SerialPort 支持 1,2,3
                     * p：校验位 (parity)，SerialPort 支持 0,1,2,3,4
                     * 如果参数设置错误，则抛出异常：gnu.io.UnsupportedCommOperationException: Invalid Parameter
                     * 此时必须关闭串口，否则下次 portIdentifier.open 时会打不开串口，因为已经被占用
                     */
                    serialPort.setSerialPortParams(b, d, s, p);
                    logger.info("打开串口 " + portName + " 成功...");
                    return serialPort;
                } else {
                    logger.error("当前端口 " + commPort.getName() + " 不是串口...");
                }
            } catch (NoSuchPortException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (PortInUseException e) {
                logger.warn("串口 " + portName + " 已经被占用，请先解除占用...");
                e.printStackTrace();
            } catch (UnsupportedCommOperationException e) {
                logger.warn("串口参数设置错误，关闭串口，数据位[5-8]、停止位[1-3]、验证位[0-4]...");
                e.printStackTrace();
                if (commPort != null) {//此时必须关闭串口，否则下次 portIdentifier.open 时会打不开串口，因为已经被占用
                    commPort.close();
                }
            }
            logger.error("打开串口 " + portName + " 失败...");
            return null;
        }
    
        /**
         * 往串口发送数据
         *
         * @param serialPort 串口对象
         * @param order      待发送数据
         */
        public static void sendDataToComPort(SerialPort serialPort, byte[] orders) {
            OutputStream outputStream = null;
            try {
                if (serialPort != null) {
                    outputStream = serialPort.getOutputStream();
                    outputStream.write(orders);
                    outputStream.flush();
                    logger.info("往串口 " + serialPort.getName() + " 发送数据：" + Arrays.toString(orders) + " 完成...");
                } else {
                    logger.error("gnu.io.SerialPort 为null，取消数据发送...");
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                if (outputStream != null) {
                    try {
                        outputStream.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    
        /**
         * 关闭串口
         *
         * @param serialport 待关闭的串口对象
         */
        public static void closeComPort(SerialPort serialPort) {
            if (serialPort != null) {
                serialPort.close();
                logger.info("关闭串口 " + serialPort.getName());
            }
        }
    
        /**
         * 16进制字符串转十进制字节数组
         * 这是常用的方法，如某些硬件的通信指令就是提供的16进制字符串，发送时需要转为字节数组再进行发送
         *
         * @param strSource 16进制字符串，如 "455A432F5600"，每两位对应字节数组中的一个10进制元素
         *                  默认会去除参数字符串中的空格，所以参数 "45 5A 43 2F 56 00" 也是可以的
         * @return 十进制字节数组, 如 [69, 90, 67, 47, 86, 0]
         */
        public static byte[] hexString2Bytes(String strSource) {
            if (strSource == null || "".equals(strSource.trim())) {
                System.out.println("hexString2Bytes 参数为空，放弃转换.");
                return null;
            }
            strSource = strSource.replace(" ", "");
            int l = strSource.length() / 2;
            byte[] ret = new byte[l];
            for (int i = 0; i < l; i++) {
                ret[i] = Integer.valueOf(strSource.substring(i * 2, i * 2 + 2), 16).byteValue();
            }
            return ret;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            //发送普通数据
            byte[] bytes = new byte[]{1, 2, 3, 4, 5};
            SerialPort serialPort = SerialPortTool.openComPort(null, 38400, 8, 1, 0);
            SerialPortTool.sendDataToComPort(serialPort, bytes);
            SerialPortTool.closeComPort(serialPort);
    
            //发送16进制数据——实际应用中串口通信传输的数据，大都是 16 进制
            String hexStrCode = "455A432F5600";
            serialPort = SerialPortTool.openComPort(null, 38400, 8, 1, 0);
            SerialPortTool.sendDataToComPort(serialPort, hexString2Bytes(hexStrCode));
            SerialPortTool.closeComPort(serialPort);
        }
    }

![20190321090936315.gif][]

> 上面虽然只有发送数据，但是读取也是同理的，无非就是获取输入流进行读取即可。因为读取没有切实的真实测试使用场景，所以就不贴出了。

[Link 1]: http://baike.baidu.com/item/%E4%B8%B2%E5%8F%A3
[Link 2]: http://baike.baidu.com/item/%E6%B3%A2%E7%89%B9%E7%8E%87
[Link 3]: http://baike.baidu.com/item/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E4%BD%8D
[Link 4]: http://baike.baidu.com/item/%E5%A5%87%E5%81%B6%E6%A0%A1%E9%AA%8C
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdteDE5OTMzMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220302/a9ad53b2e1ef4e44b15835542a428355.png
[RS232]: https://www.baidu.com/s?wd=RS232&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdteDE5OTMzMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220302/fc50c09ad82e4cc6a91d259cdd272af6.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdteDE5OTMzMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220302/95a61a6002c746d4b773b7adadb30d81.png
[http_fizzed.com_oss_rxtx-for-java]: http://fizzed.com/oss/rxtx-for-java
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdteDE5OTMzMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20220302/9fcd6287c36b4720826af3df5776a4ea.png
[RXTX]: https://mvnrepository.com/artifact/org.bidib.jbidib.org.qbang.rxtx/rxtxcomm
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