三大串行通信协议对比与Qt实现

串行通信协议详解（RS-232、RS-485、RS-422）

RS-232

电气特性：单端信号传输，电压范围±3V至±15V，典型±12V。逻辑“1”为负电压，逻辑“0”为正电压。
通信距离：理论最大15米（实际受波特率和线缆质量影响）。
拓扑结构：点对点连接，全双工通信，需明确区分DTE（数据终端设备）和DCE（数据通信设备）。
局限性：易受噪声干扰，不支持多节点网络。

RS-485

电气特性：差分信号传输，电压范围±1.5V至±6V，抗干扰能力强。
通信距离：最大1200米（波特率≤100kbps时）。
拓扑结构：多点总线式连接，半双工或全双工（需四线制），支持32~256个节点（依赖驱动器负载能力）。
优势：适用于工业环境的长距离、多设备通信。

RS-422

电气特性：与RS-485类似的差分传输，但仅支持点对点或一对多（单主多从）通信。
通信距离：最大1200米，全双工模式需四线制。
与RS-485区别：RS-422不支持多主竞争，通常用于要求高可靠性的单向主从系统。

Qt 中的串口通信实现

环境配置
Qt 5及以上版本需在pro文件中添加模块依赖：

QT += serialport

基本流程

#include <QSerialPort>
#include <QSerialPortInfo>

// 1. 枚举可用端口
QList<QSerialPortInfo> ports = QSerialPortInfo::availablePorts();
foreach(const QSerialPortInfo &port, ports) {
    qDebug() << "Port:" << port.portName();
}

// 2. 配置并打开串口
QSerialPort serial;
serial.setPortName("COM1");
serial.setBaudRate(QSerialPort::Baud9600);
serial.setDataBits(QSerialPort::Data8);
serial.setParity(QSerialPort::NoParity);
serial.setStopBits(QSerialPort::OneStop);
if (serial.open(QIODevice::ReadWrite)) {
    qDebug() << "Serial port opened";
}

// 3. 数据读写示例
serial.write("Hello RS-485\n");
connect(&serial, &QSerialPort::readyRead, [&]() {
    QByteArray data = serial.readAll();
    qDebug() << "Received:" << data;
});

多协议适配要点

RS-232：直接使用Qt SerialPort，注意电平转换芯片（如MAX232）的硬件连接。
RS-485：需控制方向引脚（DE/RE）实现半双工切换，可通过Qt控制GPIO或外部电路自动切换。
RS-422：全双工模式下无需方向控制，但需确保主从设备角色明确。

典型应用场景

工业控制系统
RS-485总线连接PLC与多个传感器，Qt上位机通过Modbus RTU协议（基于RS-485）采集数据并显示实时曲线。

嵌入式设备调试
通过RS-232连接嵌入式开发板，Qt程序实现日志接收和命令发送功能，支持自定义协议解析。

长距离监控系统
RS-422用于主控端与远程终端的可靠数据传输，Qt界面整合视频流与传感器数据，实现状态监控。

调试与优化建议

波特率校准：高波特率（>115200）时需验证时钟精度，尤其是长距离传输。
超时处理：设置QSerialPort::waitForReadyRead()避免线程阻塞。
错误处理：监听QSerialPort::errorOccurred信号，处理物理层断开或校验错误。
数据分帧：自定义帧头/帧尾或使用标准协议（如SLIP）解决粘包问题。

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