Qt串口通信开发教程：Linux下的串口调试工具实现

文章前言：

源码地址：https://github.com/haoxiliangluo/robot_control

不用做ros开发的可以将串口部分复制到新的项目中，也可以直接cmake使用，如果直接使用的话，请不要连接rosmaster，这可能会导致程序崩溃。

本项目是我大一下学期时候在Linux为调试串口方便写的，当时用的都是很简单的语法，也没有开多线程，所以在一些方面可能为有一些问题，等我抽出来空再将他分离出来，并进行优化。

1. 项目概述

本文介绍一个基于Qt5和ROS的串口通信工具，该工具提供了一套完整的串口通信解决方案，可用于各种串口设备的调试和数据传输。工具具有以下特点：

自动检测和显示系统可用串口设备
完整的串口参数配置（波特率、数据位、停止位、校验位）
支持ASCII和十六进制数据的收发与显示
大数据量自动清屏功能
串口数据保存功能
自动重连断开的串口
添加时间戳功能

项目效果：

2. 开发环境配置

2.1 开发环境

操作系统：Ubuntu 20.04
ROS版本：ROS Noetic
Qt版本：Qt 5.14.2（也可使用Qt 5.12或更高版本）
编译器：GCC 9.3.0
构建工具：CMake 3.16.3

2.2 依赖库

QtSerialPort：Qt提供的串口通信模块
QtWidgets：Qt图形界面库
ROS相关库（可选，用于ROS集成）

2.3 环境配置

安装Qt开发环境：

bash 复制代码

sudo apt-get install qt5-default qtcreator

安装Qt串口模块：

bash 复制代码

sudo apt-get install libqt5serialport5-dev

安装ROS（如果需要ROS集成）：
bash 复制代码
```
# 按ROS官方指南安装ROS Noetic
```

3. 项目结构

serial/
├── CMakeLists.txt         # CMake构建脚本
├── package.xml           # ROS包配置文件
├── mainpage.dox          # 文档配置
├── resources/            # 资源文件目录
│   └── images.qrc        # Qt资源配置文件
├── ui/                   # UI文件目录
│   └── main_window.ui    # 主窗口UI设计文件
├── include/              # 头文件目录
│   └── serailDemo/       # 项目头文件
│       ├── main_window.hpp  # 主窗口类定义
│       └── qnode.hpp     # ROS节点类定义
└── src/                 # 源代码目录
    ├── main.cpp         # 主函数
    ├── main_window.cpp  # 主窗口类实现
    └── qnode.cpp        # ROS节点类实现

4. 核心功能实现

4.1 串口设备检测

使用QSerialPortInfo类获取系统可用串口设备列表：

cpp 复制代码

void MainWindow::report()
{
    ui.serial_port_2->clear(); //清空下拉菜单

    portList = QSerialPortInfo::availablePorts(); //获取端口列表

    //添加下拉菜单
    for (QSerialPortInfo &i : portList)
    {
        ui.serial_port_2->addItem(i.portName());
    }
}

4.2 串口参数配置

设置串口参数，包括波特率、数据位、停止位和校验位：

cpp 复制代码

void MainWindow::slot_open_serial()
{   
    //相当于sudo，pkexec一般用于图形化编程
    QString command = "pkexec chmod 666 /dev/" + portList.at(ui.serial_port_2->currentIndex()).portName();
    system(command.toUtf8());
    update_serial_date();
    serial.setParity(parity);
    serial.setBaudRate(baudRate);
    serial.setDataBits(dataBits);
    serial.setStopBits(stopBits);
    if (serial.open(QIODevice::ReadWrite)) {
        logMessage("串口打开成功！");
    } else {
        logMessage("串口打开失败！");
        qDebug() << serial.error();
    }
}

4.3 数据发送功能

实现数据发送，支持ASCII和十六进制格式：

cpp 复制代码

void MainWindow::sendMessge() {
    if (serial.isOpen()) {
        QString message = ui.textEdit->toPlainText();
        QByteArray data = message.toUtf8();
        if(ui.checkBox_3->isChecked())
        {
            message = data.toHex(' ').toUpper(); // 将数据转换为十六进制字符串，并用空格分隔
            serial.write(data);
        }
        else
        {
            serial.write(data);
        }
        receivedDataSize += data.size();
        // 检查是否需要200k清屏
        if(ui.checkBox_5->isChecked() && receivedDataSize >= 200 * 1024)
        {
            cleanAccept();
            receivedDataSize = 0;
        }
        logMessage("发送: " + message);
    } else {
        logMessage("串口并没有被打开.");
        QMessageBox::warning(this, "warning！", "串口并没有被打开,脑子不要可以捐了.");
    }
}

4.4 数据接收功能

使用QSerialPort::read方法读取串口数据，支持ASCII和十六进制显示：

cpp 复制代码

void MainWindow::readSerialData()
{
    while (serial.canReadLine()) {
        QByteArray data = serial.read(serial.bytesAvailable());
        receivedDataSize += data.size();
        if (ui.checkBox_5->isChecked() && receivedDataSize >= 200 * 1024) {
            cleanAccept();
            receivedDataSize = 0;
        }
        QString message;
        if (ui.checkBox_2->isChecked()) {
            message = toHex(data);
        } else  {
            message = QString::fromUtf8(data);
        }
        logMessage("接收: "+message);
    }
}

4.5 十六进制转换

实现数据与十六进制字符串之间的转换：

cpp 复制代码

QString MainWindow::toHex(const QByteArray &data)
{
    QString hexString;
    for (char byte : data) {
        hexString.append(QString("%1 ").arg(static_cast<unsigned char>(byte), 2, 16, QChar('0')).toUpper());
    }
    return hexString.trimmed();
}

4.6 自动重连功能

检测串口错误并自动尝试重新连接：

cpp 复制代码

void MainWindow::handleSerialError(QSerialPort::SerialPortError error) {
    if (error == QSerialPort::ResourceError) {
        logMessage("串口连接断开，尝试重新连接...");
        serial.close();
        QTimer::singleShot(1000, this, &MainWindow::slot_open_serial);
    }
}

4.7 保存数据功能

将接收的数据保存到文件：

cpp 复制代码

void MainWindow::save_data()
{
    QString filename = QFileDialog::getSaveFileName(this, tr("选择保存路径"), "");
    QFile file(filename);
    file.open(QIODevice::ReadWrite | QIODevice::Text);
    //获取日志信息
    QStringList saveData;
    for(int i=0; i<ui.listWidget->count(); i++)
    {
        QListWidgetItem* item = ui.listWidget->item(i);
        saveData << item->text();
    }

    // 将 QStringList 转换为单个 QString
    QString saveDataString = saveData.join("\n");

    // 写入日志信息
    if (file.write(saveDataString.toUtf8()) > 0) {
        // 弹出成功对话框
        QMessageBox::information(this, tr("保存数据"), tr("保存成功！"));
    } else {
        QMessageBox::warning(this, tr("保存数据"), tr("保存失败！"));
    }
}

5. CMake配置

项目使用CMake构建，以下是CMakeLists.txt的核心部分：

cmake 复制代码

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.0)
project(serailDemo)
set(CMAKE_INCLUDE_CURRENT_DIR ON)
set(CMAKE_PREFIX_PATH "/usr/lib/x86_64-linux-gnu/cmake/Qt5")
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS roscpp)
include_directories(${catkin_INCLUDE_DIRS})
find_package(Qt5 REQUIRED Core Widgets SerialPort)
set(QT_LIBRARIES Qt5::Widgets Qt5::SerialPort)
catkin_package()
file(GLOB QT_FORMS RELATIVE ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR} ui/*.ui)
file(GLOB QT_RESOURCES RELATIVE ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR} resources/*.qrc)
file(GLOB_RECURSE QT_MOC RELATIVE ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR} FOLLOW_SYMLINKS include/serailDemo/*.hpp *.h)
QT5_ADD_RESOURCES(QT_RESOURCES_CPP ${QT_RESOURCES})
QT5_WRAP_UI(QT_FORMS_HPP ${QT_FORMS})
QT5_WRAP_CPP(QT_MOC_HPP ${QT_MOC})
file(GLOB_RECURSE QT_SOURCES RELATIVE ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR} FOLLOW_SYMLINKS src/*.cpp)
add_executable(serailDemo ${QT_SOURCES} ${QT_RESOURCES_CPP} ${QT_FORMS_HPP} ${QT_MOC_HPP})
target_link_libraries(serailDemo ${QT_LIBRARIES} ${catkin_LIBRARIES})
install(TARGETS serailDemo RUNTIME DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION})

6. UI设计

通过Qt Designer创建界面，主要包含：

串口配置区域：用于选择串口设备和设置串口参数
接收区域：显示接收到的数据
发送区域：用于编辑和发送数据
控制按钮：打开/关闭串口、清空接收/发送区、保存数据等
选项设置：十六进制显示/发送、添加时间戳、自动清屏等

UI文件通过QT5_WRAP_UI命令转换为C++头文件，并在主窗口类中使用。

7. 编译与运行

7.1 使用catkin编译

bash 复制代码

# 在工作空间根目录下
catkin_make

7.2 运行程序

bash 复制代码

# 在工作空间根目录下
source devel/setup.bash
rosrun serailDemo serailDemo#用ros开发的
./build/devel/lib/serailDemo #原生linux开发的

8. 使用指南

选择串口设备：从下拉菜单中选择要使用的串口设备
配置串口参数：设置波特率、数据位、停止位和校验位
打开串口：点击"打开串口"按钮
发送数据：在发送区输入要发送的数据，点击"发送消息"按钮
接收数据：接收到的数据将显示在接收区
特殊功能 ：
- 勾选"16进制显示"可将接收到的数据以十六进制显示
- 勾选"16进制发送"可将发送的数据以十六进制发送
- 勾选"200k清屏"当接收数据量超过200KB时自动清空接收区
- 勾选"添加时间头"在日志前添加时间戳
保存数据：点击"保存串口数据"按钮将接收到的数据保存到文件

9. 常见问题与解决方案

无法打开串口
- 检查串口权限：确保当前用户有访问串口设备的权限
- 检查串口是否被其他程序占用
- 检查串口设备是否正确连接
数据接收显示乱码
- 检查波特率设置是否正确
- 检查数据位、停止位、校验位是否与设备匹配
- 尝试以十六进制模式查看数据
程序闪退或卡死
- 检查串口连接是否稳定
- 减少高频率大数据量的传输
- 启用自动清屏功能

10. 拓展与改进

本项目还可以进行以下改进：

添加数据绘图功能，实时显示串口数据
增加数据协议解析功能
支持多串口同时操作

11. 总结

本文介绍了一个基于Qt和ROS的串口通信工具的实现过程，包括环境配置、核心功能实现、UI设计和使用说明。该工具功能完善，界面友好，适用于各种串口设备的调试和开发工作。通过这个项目，我们可以了解Qt串口通信的基本原理和实现方法，为进一步的串口应用开发打下基础。

希望这篇教程对大家学习Qt串口通信开发有所帮助！如有问题欢迎在评论区留言讨论。

欢迎分享、点赞、收藏！如果您对这个项目有兴趣，可以到我的GitHub仓库查看完整代码。