如何用Web Serial实现与工业控制设备的通信？

Web Serial API使浏览器能直接与工业设备串行通信，实现无需安装软件的HMI或数据采集系统。通过HTTPS下请求端口权限、配置波特率等参数，利用ReadableStream和WritableStream进行字节流收发，需在JavaScript中实现Modbus等协议的封装与解析。其优势在于跨平台、易部署、免驱动，结合Web可视化能力强；但存在兼容性局限（主要支持Chromium）、每次连接需手动授权、无自动重连机制，且复杂协议实现难度大、性能依赖JS优化。常见挑战包括协议解析、通信稳定性与错误处理，应对策略有构建轻量级协议库、使用TextEncoder/Decoder及DataView处理数据、设置超时重试与CRC校验。生产环境中需确保端口正确关闭、用Web Workers防阻塞、记录日志，并强化安全：前端输入验证、后端复核指令、遵循最小权限原则，同时保障物理设备访问安全。

Web Serial API的出现，确实为我们这些在Web端与传统工业设备打交道的人带来了新的可能。它允许浏览器直接与串行端口通信，这意味着我们可以用纯Web技术构建HMI（人机界面）或数据采集应用，直接控制或读取连接到电脑COM口的工业设备，而无需依赖桌面应用或复杂的驱动程序。这在过去简直是天方夜谭，现在却触手可及，但随之而来的挑战也同样真实且不容忽视。

解决方案

要用Web Serial实现与工业控制设备的通信，核心思路是利用浏览器提供的API，建立与物理串行端口的连接，然后按照工业设备所遵循的通信协议（如Modbus RTU、ASCII或其他自定义协议），在JavaScript层面进行数据的发送和接收、解析与封装。

首先，你需要确保你的Web应用运行在安全上下文（HTTPS）中，这是Web Serial API的硬性要求。接着，通过JavaScript调用

navigator.serial.requestPort()

一旦用户授权并选择了端口，你就可以通过

port.open()

端口打开后，你将获得一个

ReadableStream

WritableStream

WritableStream

ArrayBuffer

ReadableStream

例如，如果设备使用Modbus RTU协议，你需要自己构造Modbus请求帧（包含设备地址、功能码、数据、CRC校验码），然后将其转换为字节数组通过

WritableStream

Web Serial API在工业场景下的主要优势与局限性是什么？

在我看来，Web Serial API在工业场景中的最大魅力在于它极大地简化了部署和维护。想象一下，一个纯Web界面的SCADA（监控与数据采集）系统，或者一个设备调试工具，用户只需打开浏览器就能使用，无需安装任何桌面应用或驱动程序。这对于现场工程师和远程支持人员来说，无疑是工作效率的巨大提升。它天然的跨平台特性（只要浏览器支持，比如基于Chromium的浏览器），也意味着一套代码可以跑在Windows、Linux甚至某些嵌入式设备上，大大降低了开发成本。此外，结合Web技术强大的数据可视化能力，我们可以轻松构建出美观且实时的监控仪表盘。

然而，它的局限性同样不容忽视。首先是浏览器兼容性问题，目前主要是在基于Chromium的浏览器（如Chrome、Edge）中支持较好，Firefox和Safari的支持度有限，这限制了应用范围。其次，每次连接都需要用户手动授权，这在某些自动化程度要求高的场景下可能会显得繁琐。更深层次的挑战在于，Web Serial只提供了原始的字节流访问，这意味着你必须在JavaScript中完整实现各种工业通信协议（如Modbus、Profibus的简化版等）的解析和封装逻辑，这对于复杂的协议来说工作量不小，也容易出错。性能方面，虽然现代JavaScript引擎效率很高，但在处理高频率、大数据量的工业数据时，仍然需要仔细优化，避免阻塞主线程。

v0.dev

Vercel推出的AI生成式UI工具，通过文本描述生成UI组件代码

232

查看详情

实现Web Serial与工业设备通信时，有哪些常见的技术挑战和应对策略？

在实际操作中，我遇到过不少技术难题，它们往往围绕着数据处理和协议兼容性展开。

一个非常普遍的挑战是工业协议的实现与解析。大多数工业设备不直接理解JSON或HTTP，它们说的是Modbus RTU、ASCII，甚至是厂商自定义的二进制“方言”。Web Serial只提供原始的字节流，这意味着你需要一个“翻译官”。我的策略通常是：针对Modbus RTU这类协议，我会在JavaScript中编写一个轻量级的Modbus客户端库。这包括了计算CRC校验码、组装请求帧（比如读取保持寄存器或线圈）、以及解析响应帧。这听起来复杂，但一旦核心逻辑建立起来，就可以复用。对于数据编码和解码，

TextEncoder

TextDecoder

ArrayBuffer

DataView

另一个棘手的问题是通信的稳定性和错误处理。工业环境往往比我们想象的要恶劣，电磁干扰、线缆松动、设备故障都可能导致通信中断或数据损坏。我的经验是，必须构建健壮的错误处理机制。这包括设置合理的超时机制，如果设备在规定时间内没有响应，就认为通信失败；实现重试逻辑，对于偶尔的通信错误，可以尝试重新发送几次指令；以及利用协议本身的校验机制，比如Modbus的CRC校验，确保接收到的数据是完整的、未被篡改的。当连接意外断开时，自动检测并尝试重连，也是提升用户体验的关键。

最后，用户权限管理和体验也是一个挑战。每次连接都需要用户手动选择端口，这在生产环境中，如果频繁操作，会让人抓狂。虽然目前浏览器对此的限制较多，但我们可以通过优化UI/UX来缓解，比如清晰地告知用户为何需要选择端口，并在用户授权后，尽量保持连接的持久性，减少重复授权的次数。对于一些特定的浏览器，可能会有记住权限的机制，但通常不建议过度依赖。

如何确保Web Serial通信的稳定性和安全性，特别是在生产环境中？

在生产环境中，稳定性和安全性是任何系统都必须优先考虑的，Web Serial也不例外。

稳定性方面，除了上面提到的错误处理和重试机制，还有几点非常关键。首先是资源管理，确保在不再需要时，及时调用

port.close()

安全性方面，Web Serial API本身强制要求在HTTPS环境下运行，这从传输层面提供了一定保护。用户每次连接都需要明确授权，这防止了恶意网站在用户不知情的情况下访问其硬件。然而，这只是第一道防线。在应用层面，我们需要对所有从Web页面发送到设备的数据进行严格的输入验证和过滤。想象一下，如果一个恶意用户通过篡改前端代码，发送了错误的或有害的指令到工业设备，那后果不堪设想。因此，所有发送给设备的数据都应该在前端进行合法性检查，并尽可能在后端（如果存在）再次验证，确保符合设备协议的规范。此外，最小权限原则也很重要，仅请求访问必要的串行端口，避免不必要的权限暴露。最后，虽然Web Serial解决了软件层面的通信问题，但物理安全仍然至关重要。连接工业设备的计算机和串行端口本身需要有物理访问控制，防止未经授权的人员直接操作。Web Serial无法弥补物理层面的漏洞。

以上就是如何用Web Serial实现与工业控制设备的通信？的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！