Qt编写气体安全管理系统4-通信协议

一、前言

通信协议解析是整个系统的核心灵魂，绝大部分人做软硬件通信开发，第一步估计就是写demo将协议解析好，然后再慢慢写整个界面和操作流程等，在工业控制领域，modbus协议应用还是非常广泛的，这个系统用的也是modbus协议，采用此协议可以方便的用一些第三方的组态软件接入，兼容性更强，modbus只是个协议规约标准，至于使用串口还是网络还是其他，都由厂家自行具体实现，一般正常来说，使用modbus协议的系统支持255个设备在同一个网络上进行通信，而且大部分都会采用485半双工的机制，挨个轮询设备状态，每次通信链路上要么在发送数据，要么在接收数据，不能同时进行，这样有个好处就是可以传输的距离一般可以到1200米，而如果是串口全双工的话，基本上在100米就歇菜，具体还要看波特率，当然如果可以用中转设备进行转发那除外。

本项目即支持串口设备也支持网络设备，在端口管理中添加好对应的通信端口即可，modbus通信协议的解析库，有个第三方开源的libmodbus，跨平台的，Qt从Qt5.8以来新增了总线serialbus库，其中就包括了QModbusClient和QModbusServer来做modbus协议的解析，本人两种都用过，大同小异，使用方法都差不多，总体上libmodbus要优于Qt自带的modbus。但是为了更大的灵活性，这个项目采用的自己程序解析协议数据来实现，这样不用去纠结封装的接口中每次发送几个字节那些接口对应的含义等，而且自己解析也很方便，我写过的所有的modbus通信项目，都是采用的自己做协议解析。

皮肤开源：https://gitee.com/feiyangqingyun/QWidgetDemo https://github.com/feiyangqingyun/QWidgetDemo
文件名称：styledemo

体验地址：https://gitee.com/feiyangqingyun/QWidgetExe https://github.com/feiyangqingyun/QWidgetExe
文件名称：bin_sams.zip

二、功能特点

1. 采集数据端口，支持串口端口+网络端口，串口支持自由设置串口号+波特率，网络支持自由设置IP地址+通讯端口，每个端口支持采集周期，默认1秒钟一个地址，支持设置通讯超时次数，默认3次，支持最大重连时间，用于重新读取离线的设备。
2. 控制器信息，能够添加控制器名称，选择控制器地址+控制器型号，设置该控制器下面的探测器数量。
3. 探测器信息，能够添加位号，可自由选择探测器型号，气体种类，气体符号，高报值，低报值，缓冲值，清零值，是否启用，报警声音，背景地图，存储周期，数值换算小数点位数，报警延时时间，报警的类型（HH,LL,HL）等。
4. 控制器型号+探测器型号+气体种类+气体符号，均可自由配置。
5. 地图支持导入和删除，所有的探测器对应地图位置可自由拖动保存。
6. 端口信息+控制器信息+探测器信息，支持导入导出+导出到excel+打印。
7. 运行记录+报警记录+用户记录，支持多条件组合查询，比如时间段+控制器+探测器等，所有记录支持导出到excel+打印。
8. 导出到excel的记录支持所有excel+wps等表格文件版本，不依赖excel等软件。
9. 可删除指定时间范围内的数据，支持自动清理早期数据，设置最大保存记录数。
10. 支持报警短信转发，支持多个接收手机号码，可设定发送间隔，比如即时发送或者6个小时发送一次所有的报警信息，短信内容过长，自动拆分多条短信。
11. 支持报警邮件转发，支持多个接收邮箱，可设定发送间隔，比如即时发送或者6个小时发送一次所有的报警信息，支持附件发送。
12. 高报颜色+低报颜色+正常颜色+0值颜色+曲线背景+曲线颜色等，都可以自由选择。
13. 软件的中文标题+英文标题+logo路径+版权所有都可以自由设置。
14. 提供开关设置开机运行+报警声音+自动登录+记住密码等。
15. 报警声音可设置播放次数，界面提供17种皮肤文件选择。
16. 支持云端数据同步，可设置云端数据库的信息，比如数据库名称，用户名+密码等。
17. 支持网络转发和网络接收，网络接收开启后，软件从udp接收数据进行解析。网络转发支持多个目标IP，这样就实现了本地采集的软件，自由将数据转到客户端，随时查看探测器数据。
18. 自动记住用户最后停留的界面+其他信息，重启后自动应用。
19. 报警自动切换到对应的地图，探测器按钮闪烁。
20. 双击探测器图标，可以进行回控。
21. 支持用户权限管理，管理员+操作员两大类，用户登录+用户退出，可以记住密码和自动登录，超过三次报错提示并关闭程序。
22. 支持四种监控模式，设备面板监控+地图监控+表格数据监控+曲线数据监控，可自由切换，四种同步应用。
23. 支持报警继电器联动，一个位号可以跨串口联动多个模块和继电器号，支持多对多。
24. 本地数据存储支持sqlite+mysql，支持远程数据同步到云端数据库。自动重连。
25. 本地设备采集到的数据实时上传到云端，以便手机APP或者web等其他方式提取。
26. 支持两种数据源，一种是串口和网络通过协议采集设备数据，一种是数据库采集。数据库采集模式可以作为通用的系统使用。
27. 自带设备模拟工具，支持16个设备数据模拟，同时还带数据库数据模拟，以便在没有设备的时候测试数据。
28. 默认通信协议采用modbus协议，后期增加mqtt等物联网协议的支持，做成通用系统。
29. 支持所有windows操作系统+linux操作系统和其他操作系统。

三、效果图

四、核心代码

void DeviceClient::checkValue()
{
    if (!isOk) {
        return;
    }

    QMutexLocker locker(&mutex);
    readData();

    //至少要多少个字节,保证下面取数据不出错
    int size = buffer.size();
    if (size < 5) {
        return;
    }

    //01 03 08 00 00 00 00 00 00 00 00 95 D7
    //01 03 08 00 14 03 12 00 00 00 00 79 E6

    //取出首字节,判断是否为当前地址集合中的地址
    quint8 addr = buffer.at(0);
    quint8 cmd = buffer.at(1);
    quint8 len = buffer.at(2);

    //如果是错误码则直接解析错误信息
    QList cmds;
    cmds << 0x03 << 0x04 << 0x06;
    if (!cmds.contains(cmd)) {
        emit receiveError(portName, addr, QString("数据出错: %1").arg(QUIHelper::byteArrayToHexStr(buffer)));
        buffer.clear();
        return;
    }

    //如果数据过长则丢弃当前数据包,不然一旦产生了错误的数据会一直累积
    if (size > 517) {
        emit receiveError(portName, addr, QString("数据出错: %1").arg(QUIHelper::byteArrayToHexStr(buffer)));
        buffer.clear();
        return;
    }

    //后面的数据长度必须大于等于长度数据位表示的长度
    if ((cmd == 0x03 || cmd == 0x04 || cmd == 0x06) && size < len + 5) {
        emit receiveError(portName, addr, QString("数据不全,等待完整数据再解析: %1").arg(QUIHelper::byteArrayToHexStr(buffer)));
        return;
    }

    //放在这里发出去数据是准确的完整的
    emit receiveData(portName, addr, buffer);

    //过滤不存在的地址,防止索引越界
    int index = addrs.indexOf(addr);
    if (index < 0) {
        emit receiveError(portName, addr, "地址出错: 当前地址不在设定的地址集合中");
        buffer.clear();
        return;
    }

    //来过消息的设备,立马更新最后的消息时间,以及判断设备上线
    times[index] = QDateTime::currentDateTime();
    if (!onlines.at(index)) {
        onlines[index] = true;
        emit receiveOnline(portName, addr, true);
        emit receiveInfo(portName, addr, "设备上线");
    }

    //根据不同的cmd+不同的命令类型 取出对应的数据内容
    if (cmd == 0x03) {
        QString info;
        if (currentType == "查询浓度值") {
            QList values;
            for (int i = 3; i < size - 2; i = i + 2) {
                values << (float)QUIHelper::byteToUShort(buffer.mid(i, 2));
            }

            QStringList list;
            foreach (quint16 value, values) {
                list << QString::number(value);
            }

            info = QString("%1返回: %2").arg(currentType).arg(list.join(" "));
            emit receiveValue(portName, addr, values);
        } else if (currentType == "查询4路AD值") {
            //01 03 08 02 07 08 0C 00 00 00 00 73 87
            QList values;
            for (int i = 3; i < size - 2; i = i + 2) {
                values << (float)QUIHelper::byteToUShort(buffer.mid(i, 2));
            }

            QStringList list;
            foreach (quint16 value, values) {
                list << QString::number(value);
            }

            info = QString("%1返回: %2").arg(currentType).arg(list.join(" "));
            emit receiveValueAD4(portName, addr, values);
        } else if (currentType == "查询报警标志") {
            //01 03 08 00 00 00 12 07 13 00 12 5D 68

        } else if (currentType == "查询标定日期") {
            //01 03 04 00 12 07 13 19 CB
            int year = QString("20%1").arg(QString::number(buffer.at(4), todate)).toInt();
            int month = QString::number(buffer.at(5), todate).toInt();
            int day = QString::number(buffer.at(6), todate).toInt();
            info = QString("%1返回: %2年%3月%4日").arg(currentType).arg(year).arg(month).arg(day);
            emit receiveDate(portName, addr, year, month, day);
        } else if (currentType == "查询出厂日期") {
            //01 03 04 00 12 07 13 19 CB
            int year = QString("20%1").arg(QString::number(buffer.at(4), todate)).toInt();
            int month = QString::number(buffer.at(5), todate).toInt();
            int day = QString::number(buffer.at(6), todate).toInt();
            info = QString("%1返回: %2年%3月%4日").arg(currentType).arg(year).arg(month).arg(day);
            emit receiveDateInit(portName, addr, year, month, day);
        }

        //发送对应的文字解析
        if (!info.isEmpty()) {
            emit receiveInfo(portName, addr, info);
        }
    } else if (cmd == 0x04) {

    } else if (cmd == 0x06) {

    }

    //重新赋值
    buffer.clear();
}