Qt串口助手开发：基于多线程moveToThread方法串口通信工具

      介绍了一个基于Qt框架开发的简易串口助手，满足粉丝的需求。该项目展示了如何利用Qt的moveToThread方法实现多线程串口通信，确保数据接收和发送功能的流畅性。项目中的核心类包括SerialWorker类和MainWindow类，分别负责串口操作和用户界面交互。

1. 项目背景与设计思路

Qt 是一个跨平台的 C++ 开发框架，具有强大的 GUI 开发能力和对硬件接口（如串口）的支持。串口通信通常涉及长时间的读写操作，因此为了避免阻塞用户界面线程，需要将串口操作放入后台线程处理。本项目通过 moveToThread 方法实现了这一需求，即将串口操作移至一个独立的工作线程中，保证界面在数据处理过程中仍然保持响应。

2. 串口助手的主要功能

该串口助手工具具备以下主要功能：

  • 串口的自动检测与配置。
  • 数据的十六进制格式与文本格式发送和接收。
  • 数据的发送、接收、及错误处理。
  • 多线程处理，确保串口操作不会阻塞主界面。

3. SerialWorker类：串口操作的后台处理

SerialWorker类是串口助手的核心，专门用于处理串口的开启、关闭、数据收发等操作。该类继承自QObject，其设计遵循Qt的信号与槽机制，以实现异步通信。

  • 构造与析构：串口对象serial在构造时初始化为nullptr，并在析构时安全关闭串口，释放资源。

  • startSerialPort方法：该方法通过Q_INVOKABLE修饰，可以在其他线程中被调用。它用于设置串口的端口名和波特率，并打开串口，准备进行读写操作。

  • handleReadyRead槽函数：这是处理串口数据接收的关键函数，当串口接收到数据时，它会被触发，读取数据并发射dataReceived信号。

  • handleWriteData槽函数：该函数用于向串口发送数据，在串口打开时调用serial->write()方法发送数据，确保数据通过串口传输出去。

    4.MainWindow 类：用户界面的交互逻辑

    MainWindow类是串口助手的主界面，负责用户操作与后台串口通信的交互。

  • UI初始化与线程处理：在构造函数中，将SerialWorker对象移到独立线程workerThread中，确保串口操作在后台线程执行，不阻塞界面。通过QMetaObject::invokeMethod实现主线程对工作线程的安全调用。

  • 串口检测：populateSerialPorts方法自动检测可用串口，并将其填充到下拉菜单供用户选择。

  • 串口启动与关闭：点击启动按钮后，获取串口名和波特率，通过invokeMethod调用SerialWorker的startSerialPort方法开启串口；点击停止按钮则关闭串口。

  • 数据发送：应用支持文本和十六进制两种格式的发送，用户选择格式后，数据会被处理并通过handleWriteData方法发送至串口。

  • 数据接收与显示：接收到串口数据后，通过信号将数据传给MainWindow，并实时显示，支持文本与十六进制格式的切换。

  • 错误处理：当出现错误时，SerialWorker通过信号将错误信息传递给MainWindow，主窗口会通过弹窗通知用户。

  • #ifndef SERIALWORKER_H
#define SERIALWORKER_H#include <QObject>
#include <QSerialPort>
#include <QThread>#define tc(a) QString::fromLocal8Bit(a)class SerialWorker : public QObject
{Q_OBJECT
public:explicit SerialWorker(QObject *parent = nullptr);  // 构造函数~SerialWorker();  // 析构函数Q_INVOKABLE void startSerialPort(const QString &portName, int baudRate);  // 启动串口，Q_INVOKABLE使其可被invokeMethod调用Q_INVOKABLE void stopSerialPort();  // 关闭串口，Q_INVOKABLE使其可被invokeMethod调用signals:void dataReceived(const QByteArray &data);  // 数据接收信号void errorOccurred(const QString &error);   // 错误信号void writeData(const QByteArray &data);     // 写数据信号public slots:void handleWriteData(const QByteArray &data);  // 写数据槽函数private slots:void handleReadyRead();  // 处理串口接收数据槽函数private:QSerialPort *serial;  // QSerialPort 对象指针
};#endif // SERIALWORKER_H

    #include "serialworker.h"
#include <QDebug>SerialWorker::SerialWorker(QObject *parent) : QObject(parent)
{serial = nullptr;  // 初始化时serial为空，稍后在startSerialPort中创建
}SerialWorker::~SerialWorker()
{if (serial) {if (serial->isOpen()) {serial->close();  // 如果串口打开，关闭串口}delete serial;  // 删除serial对象}
}// 启动串口，Q_INVOKABLE 使其可被跨线程调用
void SerialWorker::startSerialPort(const QString &portName, int baudRate)
{if (!serial) {serial = new QSerialPort();  // 创建串口对象}serial->setPortName(portName);   // 设置串口名称serial->setBaudRate(baudRate);   // 设置波特率// 连接串口的 readyRead 信号到 handleReadyRead 槽函数connect(serial, &QSerialPort::readyRead, this, &SerialWorker::handleReadyRead);// 打开串口，读写模式if (serial->open(QIODevice::ReadWrite)) {qDebug() << tc("串口成功打开：") << portName;} else {emit errorOccurred(serial->errorString());  // 发送错误信号}
}// 停止串口操作
void SerialWorker::stopSerialPort()
{if (serial && serial->isOpen()) {serial->close();  // 关闭串口qDebug() << tc("串口已关闭");}
}// 写入数据到串口
void SerialWorker::handleWriteData(const QByteArray &data)
{if (serial && serial->isOpen()) {serial->write(data);  // 写数据到串口} else {emit errorOccurred(tc("串口未打开"));  // 如果串口未打开，发送错误信号}
}// 处理串口接收到的数据
void SerialWorker::handleReadyRead()
{QByteArray data = serial->readAll();  // 读取所有数据emit dataReceived(data);  // 发出数据接收信号
}

    #ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H#include <QMainWindow>
#include <QSerialPortInfo>
#include "serialworker.h"#define tc(a) QString::fromLocal8Bit(a)QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class MainWindow; }
QT_END_NAMESPACEclass MainWindow : public QMainWindow
{Q_OBJECTpublic:MainWindow(QWidget *parent = nullptr);~MainWindow();protected:void closeEvent(QCloseEvent *e)override;void initStyle();private slots:void on_startButton_clicked();  // 点击启动按钮槽函数void on_sendButton_clicked();   // 点击发送按钮槽函数void on_stopButton_clicked();   // 点击停止按钮槽函数void handleDataReceived(const QByteArray &data);  // 处理接收到的数据槽函数void handleError(const QString &error);  // 处理错误槽函数void populateSerialPorts();  // 自动检索可用串口并填充到下拉列表private:Ui::MainWindow *ui;SerialWorker *serialWorker;  // 串口工作类对象QThread *workerThread;       // 工作线程对象
};#endif // MAINWINDOW_H

    #include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"
#include <QMessageBox>
#include <QSerialPortInfo>
#include <QDebug>
#include <QFile>
#include <QDateTime>
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow), serialWorker(new SerialWorker), workerThread(new QThread(this))
{ui->setupUi(this);// 将 SerialWorker 移动到 workerThreadserialWorker->moveToThread(workerThread);// 启动工作线程workerThread->start();// 连接信号和槽connect(serialWorker, &SerialWorker::dataReceived, this, &MainWindow::handleDataReceived);connect(serialWorker, &SerialWorker::errorOccurred, this, &MainWindow::handleError);// 预填充常用波特率ui->baudRateComboBox->addItems({"9600", "115200", "38400", "19200", "57600"});// 自动检索串口并填充到下拉列表populateSerialPorts();initStyle();
}MainWindow::~MainWindow()
{workerThread->quit();  // 退出工作线程workerThread->wait();  // 等待线程完全退出delete serialWorker;   // 删除串口工作类对象delete ui;
}
void MainWindow::initStyle()
{//加载样式表QString qss;QFile file(":/qss/psblack.css");if (file.open(QFile::ReadOnly)) {
#if 1//用QTextStream读取样式文件不用区分文件编码 带bom也行QStringList list;QTextStream in(&file);//in.setCodec("utf-8");while (!in.atEnd()) {QString line;in >> line;list << line;}qss = list.join("\n");
#else//用readAll读取默认支持的是ANSI格式,如果不小心用creator打开编辑过了很可能打不开qss = QLatin1String(file.readAll());
#endifQString paletteColor = qss.mid(20, 7);qApp->setPalette(QPalette(paletteColor));qApp->setStyleSheet(qss);file.close();}}
void MainWindow::closeEvent(QCloseEvent *e)
{on_stopButton_clicked();QMainWindow::closeEvent(e);
}// 自动检索系统可用的串口并填充到ComboBox中
void MainWindow::populateSerialPorts()
{ui->portNameComboBox->clear();  // 清空现有的串口列表// 获取可用串口列表并添加到ComboBox中const QList<QSerialPortInfo> serialPorts = QSerialPortInfo::availablePorts();for (const QSerialPortInfo &info : serialPorts) {ui->portNameComboBox->addItem(info.portName());}// 如果没有可用串口，提示警告if (ui->portNameComboBox->count() == 0) {QMessageBox::warning(this, tc("警告"), tc("未检测到可用的串口"));}
}// 启动串口操作
void MainWindow::on_startButton_clicked()
{QString portName = ui->portNameComboBox->currentText();  // 从 ComboBox 中获取串口名int baudRate = ui->baudRateComboBox->currentText().toInt();  // 从 ComboBox 中获取波特率// 使用 QMetaObject::invokeMethod 来确保在工作线程中启动串口QMetaObject::invokeMethod(serialWorker, "startSerialPort", Qt::QueuedConnection,Q_ARG(QString, portName), Q_ARG(int, baudRate));
}// 发送数据到串口
void MainWindow::on_sendButton_clicked()
{QByteArray data;if(ui->radioSendHEX->isChecked()){QString input = ui->sendDataEdit->text().remove(QRegExp("\\s")); // Remove all spacesdata = QByteArray::fromHex(input.toLocal8Bit()); // Convert the cleaned string to QByteArray}else{data=(ui->sendDataEdit->text().toLocal8Bit());}// 使用 QMetaObject::invokeMethod 来确保在工作线程中发送数据QMetaObject::invokeMethod(serialWorker, "handleWriteData", Qt::QueuedConnection,Q_ARG(QByteArray, data));QString msg;msg.append(QDateTime::currentDateTime().toString("hh:mm:ss.(zzz)  "));msg.append(tc("发送  "));msg.append(ui->radioSendHEX->isChecked()? data.toHex(' ').toUpper():QString::fromLocal8Bit(data));ui->receiveDataEdit->append(msg);}// 停止串口操作
void MainWindow::on_stopButton_clicked()
{// 使用 QMetaObject::invokeMethod 来确保在工作线程中关闭串口QMetaObject::invokeMethod(serialWorker, "stopSerialPort", Qt::QueuedConnection);
}// 处理串口接收到的数据
void MainWindow::handleDataReceived(const QByteArray &data)
{QString msg;msg.append(QDateTime::currentDateTime().toString("hh:mm:ss.(zzz)  "));msg.append(tc("接收  "));msg.append(ui->radioRecvHex->isChecked()? data.toHex(' ').toUpper():QString::fromLocal8Bit(data));ui->receiveDataEdit->append(msg);}// 处理串口错误
void MainWindow::handleError(const QString &error)
{QMessageBox::critical(this, tc("错误"), error);  // 显示错误信息
}

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