码上通QT实战17--监控页面09-通信过程对接

1、前言

1、Modbus通信过程概述

Modbus是一种串行通信协议，广泛应用于工业自动化领域。通信过程基于主从架构，主设备（Master）发起请求，从设备（Slave）响应。协议支持RTU、ASCII和TCP三种传输模式。

Modbus RTU/ASCII通信流程

主设备发送请求帧

主设备构造包含从设备地址、功能码、数据字段和校验码的请求帧。RTU模式使用CRC校验，ASCII模式使用LRC校验。帧格式如下：

RTU：[地址][功能码][数据][CRC低字节][CRC高字节]
ASCII：:[地址][功能码][数据][LRC][CR][LF]

从设备接收并处理请求

从设备检测地址匹配后，解析功能码和数据字段。若请求合法，执行相应操作（如读取寄存器或写入数据），否则返回异常响应。

从设备返回响应帧

正常响应帧包含从设备地址、功能码、数据字段和校验码。异常响应帧将功能码最高位置1，并附加异常码。例如：

正常响应：[地址][功能码][数据长度][数据][校验]
异常响应：[地址][功能码+0x80][异常码][校验]

Modbus TCP通信流程

建立TCP连接

主设备与从设备通过IP地址和端口（默认502）建立TCP连接。无需地址字段，改用MBAP头（Modbus Application Protocol Header）。

请求与响应结构

MBAP头包含事务标识符、协议标识符（固定0）、长度字段和单元标识符（从设备地址）。数据部分与RTU模式类似：

请求：[MBAP][功能码][数据]
响应：[MBAP][功能码][数据]或[MBAP][功能码+0x80][异常码]

典型功能码示例

0x01：读取线圈状态（离散量输出）
0x03：读取保持寄存器（模拟量输入）
0x06：写入单个保持寄存器
0x10：写入多个保持寄存器

离散量与模拟量的定义

离散量（Digital Quantity）：以不连续的数值或状态表示，通常是有限个数的离散值。例如二进制信号（0和1）、数字计数器等。离散量在计算机系统和数字电路中广泛应用，简单通俗地说，离散量就是指只有开或关两种情况，比如灯的开关可用1表示开，0表示关，象这种情况是指开关量，也叫离散量，只有0或1，只有真或假，这种环境。

模拟量（Analog Quantity）：以连续变化的数值表示，可以在一定范围内取无限多个值。例如温度、压力、电压等物理量的连续变化。模拟量常见于传感器信号和传统控制系统。比如描述设备的转速，产量多少，他是一个变化的数字，而不是只有0和1这两种情况的，这是模拟量。

2、支持modbus协议的仪器设备

3、Modbus Slave

modbus Slave 是 Modbus 协议中的从设备（服务器端），负责响应主设备（客户端）的请求，提供数据访问或执行控制操作。它广泛应用于工业自动化、SCADA 系统和物联网设备中。

Modbus Slave 的功能

数据存储：保存寄存器数据（如线圈、输入寄存器、保持寄存器等）。
协议支持：支持 Modbus RTU、ASCII 和 TCP/IP 通信模式。
响应请求：解析主设备的读写指令并返回相应数据。

Modbus Slave：用于测试和调试的模拟工具。也就是说，这个软件是用来模拟上面那些湿度，温度，灯泡硬件设备的，因为当前没有真实的硬家伙，可以使用软件来模拟设备，效果是一样的，效果相当的奈撕，耐死。

1）安装软件

2）创建设备

3）连接串口

4）串口调试工具

ComMonitor 是一款用于串口通信调试的工具，支持实时监控、发送和接收串口数据。常用于嵌入式开发、硬件调试、工业控制等领域，帮助开发者分析串口通信协议或排查通信问题。通过合理配置和功能选择，ComMonitor 能有效提升串口调试效率。

主要功能

实时数据监控

显示串口接收和发送的原始数据（十六进制、ASCII 或混合格式）。
支持时间戳记录，便于分析数据时序。

数据发送与接收

支持手动输入或从文件加载数据并发送。
自动记录接收到的数据，可保存为文本或二进制文件。

参数配置

可设置波特率、数据位、停止位、校验位等串口参数。
支持自定义帧头、帧尾过滤，方便协议解析。

高级功能

数据统计（如接收字节数、错误计数）。
支持多串口同时监控（部分版本）。

更详细的modbus功能码，发送指令和响应指令的格式要求，请自行百度或AI工具

2、直接干

1、修改配置文件

2、创建异步任务

QtConcurrent 是 Qt 提供的一个高级并发编程模块，用于简化多线程任务的开发。它基于线程池实现，无需直接管理线程，适合处理可并行化的任务（如数据过滤、映射、归约等）。该模块属于 QtConcurrent 命名空间，需在项目中引入 QT += concurrent。

通过 QtConcurrent::run() 在后台线程中执行函数，返回 QFuture 对象用于监控结果：

注意事项

线程安全 ：确保共享数据通过互斥锁（如 QMutex）保护，或使用无状态函数。
返回值处理 ：QFuture 的 result() 会阻塞调用线程，建议结合信号槽异步获取结果。
性能权衡 ：线程池默认大小与 CPU 核心数相关，可通过 QThreadPool::globalInstance()->setMaxThreadCount() 调整。

cpp 复制代码

QFuture<void> future = QtConcurrent::run([]() {
    // 耗时操作
});
future.waitForFinished(); // 阻塞等待完成

QFuture 是 Qt 框架中用于表示异步计算结果的类，属于 QtConcurrent 模块的一部分。它允许开发者启动异步任务（如多线程操作），并通过信号槽机制或轮询方式获取任务结果，常用于非阻塞式编程。

核心功能

异步任务管理 ：与 QtConcurrent::run() 或 QThreadPool 结合使用，执行耗时操作（如文件读写、网络请求）。
结果获取 ：通过 result() 或 waitForFinished() 获取计算结果，支持泛型类型（如 QFuture<int>）。
进度与状态监控 ：提供 isFinished()、isCanceled() 等方法，并可连接 progressValueChanged 信号更新 UI。

3、发送功能指令

cpp 复制代码

#include "mainwindow.h"
#include "systemutils.h"
#include "ui_mainwindow.h"
#include <QMessageBox>
#include <QMouseEvent>
#include <QThread>
#include <QtConcurrent/QtConcurrentRun>

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);

    // 1.设置窗口无边框和窗口透明
    this->setWindowFlags(Qt::FramelessWindowHint);
    this->setAttribute(Qt::WA_TranslucentBackground);


    // 设置相关阴影效果
    SystemUtils * utils=new SystemUtils();
    utils->SetDropShadowEffect(ui->wdg_root,Qt::gray,10);

    //设置关闭，最小，最大的图标
    // 设置相关字体图标
    QFont font=QFont(QString("zx_icons"),9);
    // 关闭
    ui->pb_close->setFont(font);
    ui->pb_close->setText(QChar(0xe653));
    // 最大化
    ui->pb_max->setFont(font);
    ui->pb_max->setText(QChar(0xe694));
    // 最小化
    ui->pb_min->setFont(font);
    ui->pb_min->setText(QChar(0xe7e6));
    //设置第二行消息的图标
    ui->lbl_message_icon->setFont(font);
    ui->lbl_message_icon->setText(QChar(0xe7ff));

    //设置标题字体
    QFont font2=QFont(QString("钉钉进步体"),14);
    ui->lbl_title->setFont(font2);

    //设置"实时监控"按钮的信号和槽函数
    connect(ui->nb_monitor,SIGNAL(onClicked(int)),SLOT(onNavClicked(int)));
    //设置"趋势图表"导航按钮的信号和槽函数
    connect(ui->nb_trend,SIGNAL(onClicked(int)),SLOT(onNavClicked(int)));
    //设置"异常报警"导航按钮的信号和槽函数
    connect(ui->nb_alarm,SIGNAL(onClicked(int)),SLOT(onNavClicked(int)));
    //设置"系统设置"导航按钮的信号和槽函数
    connect(ui->nb_settings,SIGNAL(onClicked(int)),SLOT(onNavClicked(int)));

    //绑定监控页面Monitor的信号和槽函数关联，即monitor页面中的信号函数onConnect由本页面的槽函数onConnect响应处理
    connect(ui->Monitor,SIGNAL(onConnect(QString,QString,QString,QString,QString)),SLOT(onConnect(QString,QString,QString,QString,QString)));

    //创建线程及对象，处理串口
    thread=new QThread();
    worker=new QWorker();
    //1、本页面的信号函数onOpen由worker对象的槽函数openPort响应处理
    connect(this,SIGNAL(onOpen(QString,QString,QString,QString,QString)),worker,SLOT(openPort(QString,QString,QString,QString,QString)));
    //2、worker对象中的信号函数openCompleted由本页面的onSetopenState槽函数响应处理
    connect(worker,SIGNAL(openCompleted(bool)),this,SLOT(onSetopenState(bool)));
    //3、本页面的信号函数onSend由worker对象的槽函数sendData响应处理
    connect(this,SIGNAL(onSend(QByteArray,int)),worker,SLOT(sendData(QByteArray,int)));
    //4、worker对象中的信号函数sendCompleted由本页面的槽函数onSendCompleted响应处理
    connect(worker,SIGNAL(sendCompleted(QByteArray,int)),this,SLOT(onSendCompleted(QByteArray,int)));

    worker->moveToThread(thread);//把对象worker放在多线程中
    thread->start();//启动线程
    //f1=QtConcurrent::run(this,&MainWindow::onMonitor);//这是qt5.X的写法，这个写法在6.x中不支持
    //实例化异步任务
    f1 = QtConcurrent::run([this]() {
        this->onMonitor(); // 替换为你的成员函数名
    });
}

MainWindow::~MainWindow()
{
    delete ui;
}

//监控事件
void MainWindow::onMonitor()
{
    while(this->isMonitor){
        // 从设备中获取到相关数据
        QByteArray bytes;
        bytes.resize(6);
        bytes[0]=0x01;//设备地址
        bytes[1]=0x03;//功能码
        bytes[2]=0x00;//开始地址
        bytes[3]=0x00;
        bytes[4]=0x00;//请求数量
        bytes[5]=0x03;
        // CRC16算法
        auto crc=this->CRC16(bytes);
        uint8_t hi=uint8_t(crc>>8);
        uint8_t lo=uint8_t(crc);
        bytes.resize(8);
        bytes[6]=lo;//crc校验码
        bytes[7]=hi;
        // 需要给QWorker对象发送一个信号
        emit onSend(bytes,1);//发送信号
        QThread::msleep(500);
    }
}

//鼠标按下事件
void MainWindow::mousePressEvent(QMouseEvent *event){
    if (event->button() == Qt::LeftButton) {  // 如果按下左边按钮
        m_drag = true;//表示要移动
        // 获取当前光标的位置
        m_dragPos = event->pos();
        // 当前鼠标点相对于桌面屏幕左上角的坐标(0,0)，全局坐标；
        m_resizeDownPos = event->globalPosition().toPoint();
        // 获取当前窗口的相关参数，包括位置，大小等等各种参数
        m_mouseDownRect = this->rect();
    }
}

//鼠标移动事件
void MainWindow::mouseMoveEvent(QMouseEvent *event){
    // 如果是鼠标在拖动时，当前窗口是全屏，不做任何处理
    if (isFullScreen()) {
        return;
    }
    if (m_move) {
        move(event->globalPosition().toPoint() - m_dragPos);
        return;
    }

    setCursor(Qt::ArrowCursor);
    if (m_drag && (event->buttons() & Qt::LeftButton)) {
        m_move = true;
        move(event->globalPosition().toPoint() - m_dragPos);
    }
}

//鼠标释放事件
void MainWindow::mouseReleaseEvent(QMouseEvent *event){
    Q_UNUSED(event)
    m_drag = false;
    if (m_move) {
        m_move = false;
    }
    setCursor(Qt::ArrowCursor);
}

//关闭事件
void MainWindow::on_pb_close_clicked()
{
    QMessageBox::StandardButton ret=QMessageBox::question(this,tr("关闭系统运行"),tr("您确定要退出系统吗？"),QMessageBox::Yes | QMessageBox::No,QMessageBox::Yes );
    if(ret== QMessageBox::Yes){
        this->isMonitor=false;
        this->close();
    }

}
//最大化
void MainWindow::on_pb_max_clicked()
{
    this->showFullScreen();  // 全屏展示
}
//最小化
void MainWindow::on_pb_min_clicked()
{
    this->showMinimized();
}

//窗体双击事件
void MainWindow::mouseDoubleClickEvent(QMouseEvent *event)
{
    Q_UNUSED(event); // 标记参数未使用，消除警告
    if (isFullScreen()) {
        showNormal();  // 如果是全屏，就恢复到非全屏
    } else {
        showFullScreen();  // 否则就变成全屏的
    }
}

//导航按钮的点击响应事件
void MainWindow::onNavClicked(int index)
{
    ui->sw_pages->setCurrentIndex(index);
}

//连接串口设备
void MainWindow::onConnect(QString port, QString baud, QString parity, QString data, QString stop)
{
    //执行串口对象的连接动作，动作必须在后台线程中处理
    //触发信号，让qworker这个对象来接收信号
    emit onOpen(port,baud,parity,data,stop);
}

//串口连接状态
void MainWindow::onSetopenState(bool state)
{
    //接收到worker对象中的打开状态信号
    ui->Monitor->setOpenState(state);

}

//计算CRC校验码
uint16_t MainWindow::CRC16(QByteArray bytes)
{
    int len=bytes.size();
    uint16_t wcrc=0XFFFF;//预置16位crc寄存器，初值全部为1
    uint8_t temp;//定义中间变量
    int i=0,j=0;//定义计数

    for(i=0;i<len;i++)//循环计算每个数据
    {
        temp=bytes.at(i);
        wcrc^=temp;
        for(j=0;j<8;j++){
            //判断右移出的是不是1，如果是1则与多项式进行异或。
            if(wcrc&0X0001){
                wcrc>>=1;//先将数据右移一位
                wcrc^=0XA001;//与上面的多项式进行异或
            }
            else//如果不是1，则直接移出
                wcrc>>=1;//直接移出
        }
    }
    temp=wcrc;//crc的值
    return wcrc;
}

4、发送接收流程

5、运行测试

6、小结

本节内容较多较复杂，重点是modbus功能码，另外是工具软件的使用，还有QT的异步，多线程知识，下节解析报文，并显示到界面上。

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