【Android】在平板上實現Rs485的數據通訊

前言

在工業控制領域，Android 設備通過 RS485 接口與 PLC（可編程邏輯控制器）通信是一種常見的技術方案。最近在實現一個項目需要和plc使用485進行通訊，記錄下實現的方式。

我這邊使用的從平的Android平板，從平里面已經對這個串口進行了優化和提供了開發工具包，這樣哦我們就不需要自己實現這方面的東西了，【Uart 】就是提供的工具類。

正文

先貼代碼

public class Rs485Util {private static final String TAG = "Rs485Util";private static final String UART_PATH = "/dev/ttyWK1";private static final int BAUD_RATE = 19200;private static final String QUERY_COMMAND = "01030000001AC401";private static final int QUERY_INTERVAL = 199; // 定時查詢間隔(毫秒)private static final int SEND_RETRY_COUNT = 3; // 命令重試次數private static final int SEND_DELAY = 51; // 重試間隔(毫秒)private static final int COMMAND_INTERVAL = 101; // 不同命令間間隔(毫秒)private static volatile Rs485Util instance;private Uart uart485;private final ScheduledExecutorService queryExecutor; // 定時查詢線程池private final ScheduledExecutorService commandExecutor; // 命令處理線程池private final BlockingQueue<String> commandQueue;private final AtomicBoolean isRunning = new AtomicBoolean(false);private final AtomicBoolean isQuerying = new AtomicBoolean(false);private final AtomicBoolean isQueryPaused = new AtomicBoolean(false); // 查詢暫停標記private String lastCommand = null; // 上一條命令記錄// 重要指令private static final String START_COMMAND_1 = "010600060001A80B";private static final String START_COMMAND_0 = "01060006000069CB";private static final String STOP_COMMAND_1 = "010600070001F9CB";private static final String STOP_COMMAND_0 = "010600070000380B";private Rs485Util() {// 初始化命令線程池（單線程，確保命令順序執行）commandExecutor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor(r -> {Thread thread = new Thread(r, "RS485-Command-Thread");thread.setDaemon(true);return thread;});// 初始化查詢線程池（單線程，定時發送查詢指令）queryExecutor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor(r -> {Thread thread = new Thread(r, "RS485-Query-Thread");thread.setDaemon(true);return thread;});// 命令隊列（存儲待發送的命令指令）commandQueue = new LinkedBlockingQueue<>();}// 單例模式獲取實例public static Rs485Util getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Rs485Util.class) {if (instance == null) {instance = new Rs485Util();}}}return instance;}/*** 打開485串口并初始化通信*/public synchronized void open485Uart() {if (isRunning.get()) {Log.e(TAG, "串口已處于打開狀態");return;}commandExecutor.execute(() -> {try {// 初始化串口uart485 = new Uart(UART_PATH, BAUD_RATE, true);uart485.setReceiveListener(bytes -> {String receiveData = DigitalTransUtil.byte2hex(bytes);PLCUtil.analyzePLCData(receiveData);});uart485.start();Log.e(TAG, "串口啟動成功");isRunning.set(true);// 啟動定時查詢任務startQueryTask();// 啟動命令隊列處理processCommandQueue();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();Log.e(TAG, "啟動485串口失敗：" + e.getMessage());closeResources(); // 異常時釋放資源}});}/*** 啟動定時查詢任務（帶暫停判斷）*/private void startQueryTask() {if (isQuerying.get()) return;// 定時發送查詢指令，每次發送前檢查是否被暫停queryExecutor.scheduleAtFixedRate(() -> {// 僅在運行中且未被暫停時發送查詢指令if (uart485 != null && isRunning.get() && !isQueryPaused.get()) {try {byte[] sendByte = DigitalTransUtil.hex2byte(QUERY_COMMAND);uart485.send(sendByte);Log.d(TAG, "發送查詢指令: " + QUERY_COMMAND);} catch (Exception e) {Log.e(TAG, "查詢命令發送失敗: " + e.getMessage());}}}, 0, QUERY_INTERVAL, TimeUnit.MILLISECONDS);isQuerying.set(true);}/*** 處理命令隊列（發送命令時暫停查詢）*/private void processCommandQueue() {commandExecutor.execute(() -> {while (isRunning.get()) {try {// 從隊列獲取命令（阻塞等待新命令）String command = commandQueue.take();// 1. 暫停定時查詢（確保命令發送時無查詢干擾）
//                    pauseQuery();// 2. 不同命令間等待間隔if (lastCommand != null && !lastCommand.equals(command)) {Thread.sleep(COMMAND_INTERVAL);}// 3. 發送命令（帶重試）sendCommandInternal(command);// 4. 更新最后一條命令記錄lastCommand = command;// 5. 恢復定時查詢（命令發送完成）
//                    resumeQuery();} catch (InterruptedException e) {Log.e(TAG, "命令處理線程被中斷", e);Thread.currentThread().interrupt();break;} catch (Exception e) {Log.e(TAG, "命令處理異常: " + e.getMessage());// 異常時也需恢復查詢resumeQuery();}}});}/*** 內部發送命令（帶重試機制）*/private void sendCommandInternal(String strCommand) throws InterruptedException {if (uart485 == null || !isRunning.get()) {Log.e(TAG, "串口未初始化或已關閉，無法發送命令");return;}for (int i = 0; i < SEND_RETRY_COUNT; i++) {try {byte[] sendByte = DigitalTransUtil.hex2byte(strCommand);uart485.send(sendByte);Log.e(TAG, "命令發送成功(第" + (i + 1) + "次): " + strCommand);// 非最后一次重試時等待間隔if (i < SEND_RETRY_COUNT - 1) {Thread.sleep(SEND_DELAY);}} catch (Exception e) {Log.e(TAG, "命令發送失敗(第" + (i + 1) + "次): " + e.getMessage());// 最后一次重試失敗時，仍繼續后續流程（避免阻塞）if (i == SEND_RETRY_COUNT - 1) {Log.e(TAG, "命令達到最大重試次數: " + strCommand);}}}}/*** 暫停定時查詢*/private synchronized void pauseQuery() {if (!isQueryPaused.get()) {isQueryPaused.set(true);Log.e(TAG, "暫停定時查詢");}}/*** 恢復定時查詢*/private synchronized void resumeQuery() {if (isQueryPaused.get()) {isQueryPaused.set(false);Log.e(TAG, "恢復定時查詢");}}/*** 發送命令接口（線程安全）*/public void sendString(String strCommand) {if (!isRunning.get()) {Log.e(TAG, "串口未打開，無法發送命令");return;}try {boolean isSpecial = START_COMMAND_1.equals(strCommand) || STOP_COMMAND_1.equals(strCommand);if (isSpecial) {commandQueue.clear();}commandQueue.put(strCommand);Log.e(TAG, "命令已加入隊列: " + strCommand);} catch (InterruptedException e) {Log.e(TAG, "添加命令到隊列被中斷", e);Thread.currentThread().interrupt();}}/*** 停止485串口通信*/public synchronized void stop485Uart() {if (!isRunning.get()) {Log.e(TAG, "串口已處于關閉狀態");return;}Log.e(TAG, "正在停止485串口通信...");isRunning.set(false);isQuerying.set(false);isQueryPaused.set(false); // 重置暫停狀態closeResources();}/*** 關閉所有資源*/private void closeResources() {// 關閉查詢線程池if (queryExecutor != null) {queryExecutor.shutdownNow();try {if (!queryExecutor.awaitTermination(500, TimeUnit.MILLISECONDS)) {Log.e(TAG, "查詢任務未能及時關閉");}} catch (InterruptedException e) {queryExecutor.shutdownNow();Thread.currentThread().interrupt();}}// 關閉命令線程池if (commandExecutor != null) {commandExecutor.shutdownNow();try {if (!commandExecutor.awaitTermination(500, TimeUnit.MILLISECONDS)) {Log.e(TAG, "命令任務未能及時關閉");}} catch (InterruptedException e) {commandExecutor.shutdownNow();Thread.currentThread().interrupt();}}// 清空命令隊列commandQueue.clear();// 關閉串口if (uart485 != null) {try {uart485.stop();} catch (Exception e) {Log.e(TAG, "關閉串口異常: " + e.getMessage());}uart485 = null;}Log.e(TAG, "485串口資源已完全釋放");}/*** 檢查串口是否已打開*/public boolean isUartOpen() {return isRunning.get();}
}

代碼解析

使用兩個單線程調度線程池實現任務分離：

queryExecutor：負責定時發送查詢指令，采用scheduleAtFixedRate實現固定間隔執行

commandExecutor：處理命令隊列，確保命令按順序執行

線程池配置為守護線程（thread.setDaemon(true)），避免應用退出時線程殘留。這種分離設計保證了查詢任務和命令任務的獨立性，防止相互干擾。

通過BlockingQueue實現命令的緩沖與有序處理：

所有命令先進入隊列等待，由專門的線程按順序取出并發送
特殊命令（啟動 / 停止）具有清空隊列的優先權：

boolean isSpecial = START_COMMAND_1.equals(strCommand) || STOP_COMMAND_1.equals(strCommand);
if (isSpecial) { commandQueue.clear(); }

這種設計解決了多線程發送命令的沖突問題，保證了命令執行的順序性，同時確保關鍵操作（如啟動 / 停止）能夠立即執行。

關鍵方法解析

1. 串口初始化：open485Uart()

該方法是啟動通信的入口，主要完成：

檢查當前狀態，避免重復打開
初始化 UART 設備，配置端口路徑（/dev/ttyWK1）和波特率（19200）
設置接收數據的監聽器，實現數據的異步處理：

uart485.setReceiveListener(bytes -> {//數據的解析處理String receiveData = DigitalTransUtil.byte2hex(bytes);PLCUtil.analyzePLCData(receiveData);
});

2. 定時查詢：startQueryTask()

實現對 PLC 的定時查詢功能：

采用固定間隔（199ms）發送查詢指令QUERY_COMMAND
發送前檢查運行狀態和暫停標記，確保僅在合適狀態下發送
通過scheduleAtFixedRate實現周期性執行

3. 命令處理：processCommandQueue()

命令處理的核心流程：

從隊列阻塞獲取命令（commandQueue.take()）
不同命令間保持固定間隔（101ms），避免命令發送過于密集
調用sendCommandInternal()實際發送命令（包含重試邏輯）
更新最后一條命令記錄，用于間隔判斷

4. 資源釋放：closeResources()

該方法負責在通信結束或異常時釋放所有資源：

關閉線程池（shutdownNow() + awaitTermination）
清空命令隊列，避免殘留命令干擾
關閉串口設備，釋放硬件資源
重置所有狀態標記，確保下次啟動正常

在和PLC對接的時候，哥們建議我在進行定時循環或者類似的操作的時候，最好不要把時間卡在5、10 等 5 的倍數，核心邏輯還是與 PLC 掃描周期的 “同步沖突” 有關

避免同步重疊

PLC 的掃描周期通常是動態變化的（如因程序復雜度波動在 8~12ms）。若通訊間隔固定為 10ms（5 的倍數），可能與 PLC 的掃描周期 “同步”—— 例如 PLC 在第 10ms、20ms 時正處于數據刷新階段，此時外部設備（如 SCADA、HMI）發送通訊請求，可能導致：
數據讀取不完整：PLC 尚未完成輸出刷新，讀取到的是 “舊數據”。
通訊響應延遲：PLC 優先處理內部程序，暫時擱置通訊請求，導致外部設備超時。

實際建議

通訊間隔應避開 PLC 的典型掃描周期范圍，或采用非固定間隔（如隨機增加 1~2ms 偏移量）。例如：
若 PLC 掃描周期約為 10ms，通訊間隔可設為 12ms 或 8ms，減少同步概率。
對于需要高頻通訊的場景（如毫秒級控制），建議采用 PLC 支持的高速通訊協議（如 Profinet IO、EtherCAT），而非依賴定時輪詢。

還有PLC的撞包概念

“撞包” 是工業通訊中的通俗說法，指數據幀沖突，即多個設備在同一時間向 PLC 的通訊總線發送數據，導致信號干擾、數據丟失。

常見場景

采用半雙工通訊協議（如 RS485 總線的 Modbus RTU）時，總線上的多個從設備（如傳感器、變頻器）若同時向 PLC（主設備）發送響應，會導致數據幀重疊。
總線負載過高：當多個設備的通訊頻率過高（如間隔過短），總線上數據幀密集，容易發生碰撞。

解決方式

采用全雙工協議（如 Profinet、EtherNet/IP）：通過交換機實現點對點通訊，避免總線沖突。
嚴格主從機制：如 Modbus RTU 中，由 PLC（主設備）輪流查詢從設備，從設備僅在被詢問時響應，禁止主動發送數據。
降低總線負載：控制總線上的設備數量，或延長通訊間隔，確保數據幀發送時間不重疊。