嵌入式_串口助手__可以显示图表、进行FFT

缘于博客，出于需要查看串口数据变化情况的需求，又没有找到合适的串口助手，于是临时使用WPF搭建一个串口助手。也因此界面简单，由于使用WPF，相比Qt性能上确实有些堪忧。虽然界面和功能远远不及其它串口助手，不过由于项目比较简单，可以更加定制化地开发，也能满足一些特殊需求，适合练手。本项目工程已经上传到github和gitcode了，功能和界面比较简单，可以当成一个小框架自己继续开发，或者练手。代码里

浮梦终焉

1114人浏览 · 2024-11-24 18:35:35

浮梦终焉 · 2024-11-24 18:35:35 发布

一、简介

缘于博客_FYAW智能显示控制仪表的简单使用_串口通信-CSDN博客，出于需要查看串口数据变化情况的需求，又没有找到合适的串口助手，于是临时使用WPF搭建一个串口助手。也因此界面简单，由于使用WPF，相比Qt性能上确实有些堪忧。虽然界面和功能远远不及其它串口助手，不过由于项目比较简单，可以更加定制化地开发，也能满足一些特殊需求，适合练手。

本项目工程已经上传到github和gitcode了，功能和界面比较简单，可以当成一个小框架自己继续开发，或者练手。代码里面有不少注释，命名也还比较规范，采用MVVM模式，对初学者应该也比较友好。由于本人不一定有时间更新或者修复（Readme还没怎么写），所以Issue或者私信什么的不一定能及时处理，还请见谅。当然，Fork或者Clone再自行解决也是不错的（MIT）

github：ichliebedich-DaCapo/ZQcom (github.com)

gitcode:ZQcom - GitCode

为了能直接使用，打算发布一个beta版意思意思，真正算得上特色的或许只有图表这个功能了。原本打算做一个显示变量的IDE插件，但串口调试的方法显然更加通用。

二、基本使用

1，说明

还没有做工具栏什么的，基础功能就这些。编码方案、CRC计算、更复杂的数据处理或者运行某些脚本等功能后续可能会考虑做。

目前进行小段时间小频次的收发数据和图像显示是没有问题的，但由于我的需求源自于智能仪表显示仪的通信（10Hz一次收发），所以对大量数据接收与显示还有些不足甚至闪退，体验可能欠佳，后面会尝试慢慢解决。

2，处理数据框和图表的使用

第一步自然是选择串口，如果在打开程序后才插上线，那么可以点击一下刷新。然后就是选择波特率、数据位等，选择完成后就可以打开串口了，这个不要忘。

成功打开串口后就可以收发数据了，可以开启16进制发送或显示，也可以选择定时发送，右边是定时发送周期（单位是ms）。

        下面共有三个窗口，我分为上下两大部分，上面是日志框，下面两个小框是数据处理框。其中左半边是截取框，用于截取收到的数据，当截取长度设为-1时，表示不截取（此时起始位置失效）。右半部分是转换框，把截取的数据进行某种转换，这里出于我个人的需求，仅仅是把左边接收到的8位16进制字符串（需要开启16进制显示）或普通字符串转为浮点表达。

当然，只有勾选了【处理数据】，才能使用数据处理框。至于时间戳，我只添加了日志框的，数据处理框我个人觉得没必要所以就没添加。日志保存和打开日志目录是可以正常使用的，【保存日志】时，如果勾选了处理数据复选框，那么就会连同下面的数据处理框的内容也一并保存。

由于转换过的数据是可以打印在右边的图表框上的，所以进行了一些数据检查，如果数据不合法，那么就会弹出警告。但有时由于发送数据过快，容易出现一些黏连现象，所以添加了【强制处理】，其实就是忽略没有不合法的数据，只打印“无法转换”在框中，并不会把数据传到右侧框（或许只传入0更能体现出这个数据是不合法的）

如果只是想接收单片机发来的浮点数据或者整型数据打印在图表上，那么就不要开启16进制显示和发送，这样进行处理时只是将普通字符串转为浮点数（相当于什么都没做），记得在长度框输入-1（没有做保存上次记录的持久化存储功能）。然后勾选图表框上的【开启图表】，默认起始索引是0，与数组对应。旁边的测试按钮其实啥用也没有



下面是接收单片机发送的正弦波数据，由于数据处理框和图表框我是放在处理数据这一个函数的，所以它俩是同步的，图表框会阻塞数据处理框。由于还能达到我个人的需求也就没有把它俩进行异步处理。但数据接收框和它俩是异步的，确保接收数据不会被延误。

所以发送大量数据后，你会看到日志框已经停下来了，但图表框和数据处理框可能还在工作。

        点击FFT后可以进行FFT处理，再点击一次就会取消FFT。禁用动画这个功能，从观感上有时候会更流畅，有时候会更卡。

3,工程下载

可以从github的发行地方下载

如果打不开，可以到gitcode（镜像）上下载

可能需要安装.Net8.0运行时环境，如果你没有安装的话。

下载 .NET 8.0 Desktop Runtime (v8.0.11) - Windows x64 Installer

2024.11.25

优化了接收数据和处理数据，添加了【待处理】显示，可以知道处理数据过程与接收数据过程差多少数据量（队列，异步）。

        修复了关闭串口会卡死的现象。修复了清屏时数据处理框仍在打处理数据。

接收数据并处理数据的极限速度是0.016s，即1s发62.5个数据。即使是0.015s也会出现异常，这个异常是由浮点转换函数抛出的异常导致的，目前的解决方案是关闭【处理数据】，问题还正在解决。关闭时间戳、禁用动画或者不使用处理数据会流畅很多。

略微修改了界面的样式，标题栏采用自定义形式，所以暂时还无法缩放界面（可以拖拽）

        添加了一个数据打印功能，由于LiveCharts实在有些卡，于是此处采用ScottPlot。点击数据打印按钮后，可以选择当前Log目录下的文件，选择后会显示一张图表，可以自由缩放拖拽。不过图表初始显示时，不一定能看到你的数据，需要自己翻找。

后续可能考虑将主界面的图表组件改为ScottPlot，但现在制约处理数据的过程是字符串黏连现象。

        为了方便自行测试串口助手，于是使用了com0com开了虚拟串口，这个功能如果想要正常使用，需要设置两个名称，选择两个没有被使用的串口就性，然后使能缓冲区，最后点击右下角的Apply

下面是发送串口数据的Python脚本
import asyncio
import math
import random

import serial
import serial_asyncio


class VirtualSerialServer(asyncio.Protocol):
    def __init__(self, baudrate=115200, interval=0.1, frequency=1.0, amplitude=1.0, offset=0.0):
        self.transport = None
        self.baudrate = baudrate
        self.interval = interval
        self.frequency = frequency  # 正弦波频率（Hz）
        self.amplitude = amplitude  # 正弦波振幅
        self.offset = offset  # 正弦波偏移量
        self.time = 0.0  # 当前时间

    def connection_made(self, transport):
        self.transport = transport
        print(f'Virtual Serial Port connected with baudrate {self.baudrate}')
        asyncio.create_task(self.send_data_periodically())

    # def data_received(self, data):
    #     print(f'Received: {data.decode()}')
    #     # 回显接收到的数据
    #     self.transport.write(data)

    async def send_data_periodically(self):
        while True:
            # 生成100以内的随机整数
            value = random.randint(0, 100)
            # 将整数转换为字符串格式
            data_to_send = f'{value}\n'.encode('utf-8')
            self.transport.write(data_to_send)
            # 打印数据
            # print(f'Sent: {value}')
            await asyncio.sleep(self.interval)



async def main():
    # 固定波特率和时间间隔
    baudrate = 115200
    interval = 0.016  # 发送间隔（秒）

    # 使用实际的虚拟串口号，例如 'COM15'
    port = 'COM15'

    loop = asyncio.get_running_loop()
    try:
        server = await serial_asyncio.create_serial_connection(
            loop, lambda: VirtualSerialServer(baudrate, interval), url=port, baudrate=baudrate)
    except serial.serialutil.SerialException as e:
        print(f"Error opening serial port {port}: {e}")
        return

    await asyncio.Event().wait()  # 保持程序运行


if __name__ == '__main__':
    try:
        asyncio.run(main())
    except KeyboardInterrupt:
        print('程序已终止。')
持久化存储选项后续会做

三、工程框架

这个工程采用的是MVVM模式，可以看到相应目录结构。由于实际开发上觉得有些麻烦，虽然视图和数据分离这一部分做得还比较好，但我一般不怎么实用Model，而是直接把变量都一股脑放在ViewModel里。

窗口的启动从App.xaml转移到了App.xaml.cs里

Views

界面完全使用数据绑定、绑定事件什么的，不会直接在ViewModel里调用组件

ViewModels

MainViewModel里没有写任何逻辑，仅仅是添加串口和图表的视图模型

在SerialPortViewModel里，我实现了与串口相关的绝大部分逻辑，另一小部分在Services里的SerialPortService里。而把数据显示在图表上，使用的是事件聚合器，为的是解耦

在ChartViewModel里，Model与ViewModel分离做得比上面好，管理图表框相关的所有逻辑