Qt串口通信中继电器状态解析的优化实践

原代码：

// 读REL
if(serial_buffer_title.toUpper() == Relays_Title.toUpper()) //继电器状态（LED）返回的数据, auv1，只有当控制下发时，才会返回这条
{
QString hexMessage = serial_data.value(1); //测试数据, 获取十六进制数
qDebug() << "hexMessage:" << hexMessage; // 打印十六进制消息
relay_back_status_int = serial_data.value(1).toInt(); //继电器返回状态_整型数据
qDebug() << "继电器返回状态_整型数据:" << relay_back_status_int; // 打印继电器返回状态的整型数据
QByteArray relay_hex_status; // 字节数组类型
hexMessage = hexMessage.setNum(relay_back_status_int, 2); // 将整型数据转换为二进制字符串
qDebug() << "hexMessage:" << hexMessage; // 打印二进制字符串
int hexMessage_size = hexMessage.size(); // 获取二进制字符串的长度
qDebug() << "hexMessage_size1:" << hexMessage_size; // 打印二进制字符串
for(int i = 0; i < 8 – hexMessage_size; i++) // 补齐二进制字符串到8位
{
relay_hex_status.append("0");
}
qDebug() << "hexMessage_size2:" << hexMessage_size; // 打印二进制字符串

relay_hex_status = relay_hex_status + hexMessage.toUtf8(); // 将补齐后的二进制字符串转换为字节数组
qDebug() << "relay_hex_status:" << relay_hex_status; // 打印补齐后的二进制字节数组。如0000 1111

int relay1s, relay2s, relay3s, relay4s, relay5s, relay6s, relay7s, relay8s; // 定义8个继电器的状态变量
QByteArray relay_status_temp = "0"; // 用于比较的临时字节数组

if(relay_hex_status.at(0) == relay_status_temp.at(0)) // 如果Bit7是'0' （从左往右Bit7-Bit0）
relay1s = 0; // 状态1为0
else
relay1s = 1; // 状态1为1

if(relay_hex_status.at(1) == relay_status_temp.at(0)) // 如果Bit6是'0'
relay2s = 0;
else
relay2s = 1;

if(relay_hex_status.at(2) == relay_status_temp.at(0)) // 如果Bit5是'0'
relay3s = 0;
else
relay3s = 1;

if(relay_hex_status.at(3) == relay_status_temp.at(0)) // 如果Bit4是'0'
relay4s = 0;
else
relay4s = 1;

if(relay_hex_status.at(4) == relay_status_temp.at(0)) // 如果Bit3是'0'
relay5s = 0;
else
relay5s = 1;

if(relay_hex_status.at(5) == relay_status_temp.at(0)) // 如果Bit2是'0'
relay6s = 0;
else
relay6s = 1;

if(relay_hex_status.at(6) == relay_status_temp.at(0)) // 如果Bit1是'0'
relay7s = 0;
else
relay7s = 1;

if(relay_hex_status.at(7) == relay_status_temp.at(0)) // 如果Bit0是'0'
relay8s = 0; // 状态8为0
else
relay8s = 1; // 状态8为1
qDebug() << "QString::number(relay8s) 状态8:" << relay8s; // 打印状态8
setLEDState(ui->label_led2_1, 2, 1, relay8s); // 设置LED状态,relay8s=1时闭合-指示灯绿，relay8s=0时断开-指示灯红
setLEDState(ui->label_led2_2, 2, 1, relay7s);
setLEDState(ui->label_led2_3, 2, 1, relay6s);
setLEDState(ui->label_led2_4, 2, 1, relay5s);
setLEDState(ui->label_led2_5, 2, 1, relay4s);
setLEDState(ui->label_led2_6, 2, 1, relay3s);
setLEDState(ui->label_led2_7, 2, 1, relay2s);
setLEDState(ui->label_led2_8, 2, 1, relay1s);

setLEDState(ui->label_led6_1, 2, 1, relay8s);
setLEDState(ui->label_led6_2, 2, 1, relay7s);
setLEDState(ui->label_led6_3, 2, 1, relay6s);
setLEDState(ui->label_led6_4, 2, 1, relay5s);
setLEDState(ui->label_led6_5, 2, 1, relay4s);
setLEDState(ui->label_led6_6, 2, 1, relay3s);
setLEDState(ui->label_led6_7, 2, 1, relay2s);
setLEDState(ui->label_led6_8, 2, 1, relay1s);
}

师虎教我修改优化后的代码：

// 读REL （继电器状态）
if (dataTitle == REL_Title) //返回的继电器状态数据
{
QString hexMessage = serial_data.value(0); //
//qDebug() << "hexMessage:" << hexMessage; // 打印十六进制消息
qint8 num = hexMessage.toInt();

int relays[8] = { 0 };
for (int i=0; i<8; i++)
{
int p = (int)pow(2, i);
relays[i] = (num & p) == p ? 1 : 0;

//qDebug() << "QString::number(relays) 状态 " << i << " : " << relays[i];
}

QLabel *label_leds[] = {
ui->label_led2_1,
ui->label_led2_2,
ui->label_led2_3,
ui->label_led2_4,
ui->label_led2_5,
ui->label_led2_6,
ui->label_led2_7,
ui->label_led2_8
};

for (int i=0; i<8; i++)
{
setLEDState(label_leds[i], 2, 1, relays[i]);
}

}

一、原始代码分析

1. 原始实现方式

原始代码处理继电器状态返回数据的流程如下：

// 原始代码片段示例
QString hexMessage = serial_data.value(1);
relay_back_status_int = serial_data.value(1).toInt();
hexMessage = hexMessage.setNum(relay_back_status_int, 2);

// 补齐8位
for(int i = 0; i < 8 – hexMessage_size; i++) {
relay_hex_status.append("0");
}

// 逐位解析
if(relay_hex_status.at(0) == relay_status_temp.at(0))
relay1s = 0;
else
relay1s = 1;
// …其他7个继电器类似处理

2. 原始实现存在的问题

二、优化后的代码解析

1. 优化实现方式

优化后的代码采用位运算直接解析状态：

// 优化后的代码片段
qint8 num = hexMessage.toInt();
int relays[8] = { 0 };

for (int i=0; i<8; i++) {
int p = (int)pow(2, i);
relays[i] = (num & p) == p ? 1 : 0;
}

// 使用数组统一管理UI元素
QLabel *label_leds[] = {
ui->label_led2_1,
ui->label_led2_2,
// …其他6个label
};

for (int i=0; i<8; i++) {
setLEDState(label_leds[i], 2, 1, relays[i]);
}

2. 优化点详解

三、关键技术点对比

四、位运算原理详解

优化代码的核心是使用位运算解析继电器状态：

int p = (int)pow(2, i); // 计算第i位对应的值
relays[i] = (num & p) == p ? 1 : 0;

工作原理：

示例：
假设接收到的状态值为13(二进制1101)：

• i=0: 1 & 1 = 1 → relays[0]=1

• i=1: 2 & 0 = 0 → relays[1]=0

• i=2: 4 & 4 = 4 → relays[2]=1

• i=3: 8 & 8 = 8 → relays[3]=1

五、总结与展望

优化效果总结

进一步优化方向

通过本次优化实践，展示了如何利用Qt和C++的特性改进嵌入式系统中的数据解析逻辑。这种基于位运算的方法不仅适用于继电器状态解析，也可推广到其他类似的硬件状态监测场景。