C#串口打印机：控制类开发与实战

C#串口打印机：控制类开发与实战

一、引言

在嵌入式设备、POS 终端、工业控制等场景中，串口打印机因其稳定的通信性能和广泛的兼容性，仍是重要的数据输出设备。本文基于 C# 语言，深度解析一个完整的串口打印机控制类Printer，该类封装了串口通信、数据格式化、图片打印等核心功能，可快速实现对各类串口打印机的控制，适用于 Windows 桌面应用开发。

二、Printer 类核心架构设计

1. 串口通信基础模块

初始化配置

public Printer(string portName)
{
   serialPort = new SerialPort
   {
       PortName = portName,
       BaudRate = 9600,       // 波特率
       Parity = Parity.Odd,  // 奇校验
       StopBits = StopBits.One // 停止位
   };
   OpenPort(); // 打开串口
}


public Printer() : this("COM2") { } // 默认COM2端口

• 双构造函数设计：支持指定端口名初始化和默认端口（COM2）初始化，满足不同设备连接需求

• 固定通信参数：采用工业级标准配置（9600 波特率 / 奇校验 / 1 停止位），适配大多数传统打印机

端口管理

private void OpenPort()
{
    if (!serialPort.IsOpen)
    {
        serialPort.Open(); // 安全打开串口
    } 
}


private void ClosePort()
{
   if (serialPort.IsOpen)
   {
       serialPort.Close();
       serialPort.Dispose(); // 释放资源
   }
}

• 包含完整的端口生命周期管理，避免资源泄漏

• 异常处理通过MessageBox反馈，适合 WinForms 界面应用

2. 多类型数据发送功能

字节数据发送（核心方法）

public void Write(byte[] data, int len)          // 定长数组
public void Write(params byte[] data)            // 不定长参数
public void Write(string strBuf)                 // 字符串（自动编码转换）

• 参数重载设计：支持三种主流数据类型发送，覆盖 90% 以上的打印指令场景

• 编码转换：通过ToHex方法实现 GB2312 编码转换，解决中文乱码问题（打印机常用编码）

private byte[] ToHex(string str, string charset)
{
   Encoding enc = Encoding.GetEncoding(charset);
   return enc.GetBytes(str); // 字符转字节数组
}

3. 图片打印核心功能

点阵图取模算法

private byte[,] GetBytesByBMP(Bitmap bmp)
{
   // 1. 灰度处理：将彩色图像转为单色素材
   // 2. 点阵生成：通过阈值（192）区分黑白像素
   // 3. 字节编码：8点一行转换为1字节数据

   var bitArray = new bool[height, width];
   for (int i=0; i<width; i++)
       for (int j=0; j<height; j++)
       {
           double gray = 0.299*R + 0.587*G + 0.114*B;
           bitArray[j,i] = gray < 192; // 深色像素标记为1
       }

   // 二进制转字节（逐行处理，8位一组）
   var res = new byte[rows, cols];
   for (int i=0; i<height; i+=8)
       for (int j=0; j<width; j++)
       {
           byte b = 0;
           for (int k=7; k>=0; k--)
               b += (byte)((bitArray[i+k,j] ? 1 : 0) << k);
           res[row++,j] = b;
       }
   return res;
}

• 灰度算法：采用 ITU-R 601-2 亮度公式，准确区分打印点
• 内存优化：自动处理非 8 的整数倍高度，补全虚拟行确保字节对齐

图片打印协议实现

public void PrintImage(Bitmap bmp)
{
   byte[,] gImage = GetBytesByBMP(bmp);
   int width = gImage.GetLength(1);
   // 发送图片数据头（ESC K指令）
   for (int i = gImage.GetLength(0)-1; i >= 0; i--)
   {
       Write(0x1B, 0x4B, (byte)width, (byte)(width >> 8)); 
       // 发送每行像素数据
       for (int j=0; j<width; j++)
           Write(gImage[i,j]);
       Write(0x0D); // 换行符
   }
}

• 遵循 ESC/POS 打印机控制协议（0x1B 0x4B 为图形打印指令）
• 支持任意尺寸位图打印，自动处理上下翻转（适应打印机坐标系）

三、典型应用场景与调用示例

1. 基础指令发送（控制打印机）

Printer p = new Printer("COM3"); // 连接指定串口

// 发送初始化指令（ESC @）
p.Write(0x1B, 0x40);
// 发送定长数据（如票据头数据）
byte[] header = Encoding.UTF8.GetBytes("票据打印系统");
p.Write(header, header.Length);

2. 字符串打印（中文支持）

// 直接发送字符串（自动转换为GB2312编码）
p.Write("您好，这是测试打印！\r\n");

// 支持特殊格式控制（需符合打印机指令集）
p.Write("\x1B\x45" + "加粗文本" + "\x1B\x46");

3. 图片打印（LOGO / 二维码）

// 加载本地图片并打印

using (Bitmap logo = new Bitmap("logo.bmp"))
{
   p.PrintImage(logo);
}

四、性能优化与异常处理

1. 线程安全

• 建议在多线程环境中添加锁机制：

private object lockObj = new object();
public void SafeWrite(byte[] data)
{
   lock (lockObj) { serialPort.Write(data); }
}

2. 错误处理增强

// 原代码优化建议

try { /* 操作 */ }
catch (Exception ex) 
{
   MessageBox.Show($"串口通信异常：{ex.Message}");
   ClosePort(); // 异常时确保端口关闭
}

3. 资源释放

• 建议实现IDisposable接口：

public void Dispose()
{
   ClosePort();
   GC.SuppressFinalize(this);
}

五、适用场景与设备兼容性

1. 典型应用领域

• POS 收银系统（小票打印）
• 工业控制设备（状态报表输出）
• 嵌入式终端（票据打印模块）
• 物联网设备（传感器数据打印）

2. 设备适配建议

• 指令集差异：不同品牌打印机（如 EPSON、Zebra）可能需要调整控制指令（如图片打印指令可能为 0x1B 0x2A）

• 波特率配置：若设备使用不同波特率（如 19200），需修改构造函数中的BaudRate参数

• 编码选择：对于支持 UTF-8 的新型打印机，可修改ToHex方法的默认编码

六、总结与扩展方向

1. 类库优势

• 一站式封装：集成串口通信、数据转换、图片处理三大核心功能
• 高扩展性：通过重载Write方法可轻松添加新的数据类型支持
• 快速集成：无需关注底层串口协议，3 行代码实现基础打印功能

2. 改进方向

• 跨平台支持：移除 WinForms 依赖（如Bitmap），使用跨平台图像库（如 SkiaSharp）
• 异步通信：添加WriteAsync方法，提升高并发场景下的性能
• 状态监控：增加接收缓冲区处理，实现打印机状态查询功能

3. 最佳实践

1. 初始化时通过SerialPort.GetPortNames()获取可用串口列表
2. 重要打印任务添加重试机制（3 次失败后提示用户）
3. 复杂格式打印建议先通过串口调试工具（如 SSCOM）验证指令

通过合理使用Printer类，开发者可在 10 分钟内完成串口打印模块开发，显著降低硬件交互成本。建议根据具体打印机型号调整控制指令和编码方式，确保最佳兼容性。