python如何做串口通信

Python进行串口通信的方法包括：使用PySerial库、配置串口参数、读取和写入数据、处理接收的数据。其中，使用PySerial库是最基础也是最重要的一步。PySerial是一个Python库，用于在各种平台上访问串行端口。它提供了简单的API，使串口通信变得容易。以下是关于如何使用Python进行串口通信的详细介绍。

一、使用PySerial库

PySerial是Python中最常用的库，用于串口通信。它支持多种操作系统，包括Windows、Linux和MacOS。首先，我们需要安装PySerial库，可以使用pip命令来安装：

pip install pyserial

1、安装PySerial

安装PySerial非常简单，只需运行以下命令：

pip install pyserial

安装完成后，我们可以在Python代码中导入该库：

import serial

2、打开串口

打开串口是进行串口通信的第一步。我们需要指定串口号和波特率（baud rate）。以下是一个简单的示例：

ser = serial.Serial('COM3', 9600)  # Windows
ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 9600)  # Linux
ser = serial.Serial('/dev/tty.usbserial', 9600)  # MacOS

在这个示例中，'COM3'是串口号，9600是波特率。不同的操作系统使用不同的串口名称。

二、配置串口参数

在进行串口通信之前，我们需要配置串口的各种参数，如波特率、数据位、停止位、校验位等。这些参数直接影响通信的质量和速度。

1、设置波特率

波特率是指每秒钟传输的比特数。常见的波特率有9600、19200、38400等。在打开串口时，我们已经指定了波特率。如果需要修改波特率，可以使用以下代码：

ser.baudrate = 19200

2、设置数据位

数据位是每个字符的位数，常见的数据位有5、6、7、8。默认情况下，PySerial使用8个数据位。如果需要修改数据位，可以使用以下代码：

ser.bytesize = serial.EIGHTBITS 其他选项有 serial.FIVEBITS, serial.SIXBITS, serial.SEVENBITS

3、设置停止位

停止位用于标记一个字符的结束。常见的停止位有1、1.5、2。默认情况下，PySerial使用1个停止位。如果需要修改停止位，可以使用以下代码：

ser.stopbits = serial.STOPBITS_ONE 其他选项有 serial.STOPBITS_ONE_POINT_FIVE, serial.STOPBITS_TWO

4、设置校验位

校验位用于检测数据传输中的错误。常见的校验方式有无校验、奇校验、偶校验。默认情况下，PySerial不使用校验位。如果需要修改校验位，可以使用以下代码：

ser.parity = serial.PARITY_NONE 其他选项有 serial.PARITY_EVEN, serial.PARITY_ODD, serial.PARITY_MARK, serial.PARITY_SPACE

三、读取和写入数据

读取和写入数据是串口通信的核心。PySerial提供了多种方法来读取和写入数据。

1、写入数据

写入数据是将数据从计算机发送到串口设备。可以使用write方法来写入数据：

ser.write(b'Hello, World!')

需要注意的是，write方法需要传入字节数据。如果是字符串数据，需要先进行编码：

ser.write('Hello, World!'.encode())

2、读取数据

读取数据是将数据从串口设备接收到计算机。可以使用read方法来读取指定长度的数据：

data = ser.read(10)

read方法会阻塞，直到读取到指定长度的数据。如果希望读取所有可用的数据，可以使用read_all方法：

data = ser.read_all()

此外，还可以使用readline方法读取一行数据，直到遇到换行符：

line = ser.readline()

四、处理接收的数据

接收到的数据通常是字节数据，需要进行解码才能转换为字符串。可以使用decode方法进行解码：

decoded_data = data.decode()

在处理接收的数据时，可能需要考虑数据的完整性和格式。常见的处理方法包括：

1、分隔符

如果发送的数据包含分隔符，可以使用分隔符来分割数据。例如，使用逗号分隔的数据可以使用以下代码进行处理：

data = ser.readline().decode().strip().split(',')

2、校验和

校验和用于检测数据的完整性。发送端计算数据的校验和，并将其附加到数据末尾。接收端计算接收到的数据的校验和，并与附加的校验和进行比较。如果相等，说明数据完整；否则，说明数据损坏。

以下是一个简单的示例，使用异或校验：

发送端：

def calculate_checksum(data):
    checksum = 0
    for byte in data:
        checksum ^= byte
    return checksum
data = b'Hello, World!'
checksum = calculate_checksum(data)
ser.write(data + bytes([checksum]))

接收端：

def calculate_checksum(data):
    checksum = 0
    for byte in data:
        checksum ^= byte
    return checksum
received_data = ser.read(len(data) + 1)
data = received_data[:-1]
received_checksum = received_data[-1]
if calculate_checksum(data) == received_checksum:
    print("Data is valid")
else:
    print("Data is corrupted")

五、使用线程处理串口通信

在一些应用场景中，我们需要同时进行读取和写入操作。使用线程可以实现并行处理，避免阻塞。可以使用Python的threading模块来创建线程。

1、创建读取线程

首先，我们创建一个读取线程，持续读取串口数据：

import threading
def read_from_port(ser):
    while True:
        try:
            data = ser.readline().decode().strip()
            print(f"Received: {data}")
        except Exception as e:
            print(f"Error: {e}")
read_thread = threading.Thread(target=read_from_port, args=(ser,))
read_thread.start()

2、创建写入线程

接下来，我们创建一个写入线程，持续写入串口数据：

def write_to_port(ser):
    while True:
        try:
            message = input("Enter message: ")
            ser.write(message.encode())
        except Exception as e:
            print(f"Error: {e}")
write_thread = threading.Thread(target=write_to_port, args=(ser,))
write_thread.start()

使用线程可以让读取和写入操作独立进行，提高通信的效率。

六、串口通信的应用场景

串口通信广泛应用于各种领域，如工业自动化、嵌入式系统、传感器数据采集等。以下是几个常见的应用场景：

1、工业自动化

在工业自动化中，串口通信用于PLC（可编程逻辑控制器）、变频器、传感器等设备之间的数据传输。例如，通过串口通信可以控制PLC的运行状态，读取传感器的数据，调整变频器的参数等。

2、嵌入式系统

在嵌入式系统中，串口通信用于微控制器、单片机、开发板等设备之间的数据传输。例如，通过串口通信可以调试单片机的程序，读取开发板上的传感器数据，控制外部设备等。

3、传感器数据采集

在传感器数据采集中，串口通信用于传感器与计算机之间的数据传输。例如，通过串口通信可以读取温度传感器的数据，记录环境参数，分析传感器的输出等。

七、串口通信的常见问题和解决方法

在进行串口通信时，可能会遇到一些常见问题。以下是几个常见问题及其解决方法：

1、串口无法打开

如果串口无法打开，可能是由于以下原因：

串口被其他程序占用：关闭其他占用串口的程序。
串口号错误：检查串口号是否正确。
权限问题：在Linux系统上，确保具有访问串口的权限。

2、数据传输错误

如果数据传输出现错误，可能是由于以下原因：

波特率不匹配：检查发送端和接收端的波特率是否一致。
数据位、停止位、校验位不匹配：检查发送端和接收端的参数设置是否一致。
数据线问题：检查数据线是否连接正确，是否有损坏。

3、数据丢失

如果数据丢失，可能是由于以下原因：

缓冲区溢出：增加缓冲区大小，或者优化数据处理速度。
数据传输速率过高：降低波特率，或者增加数据流控制。

八、示例代码

以下是一个完整的示例代码，演示如何使用Python进行串口通信：

import serial
import threading
def calculate_checksum(data):
    checksum = 0
    for byte in data:
        checksum ^= byte
    return checksum
def read_from_port(ser):
    while True:
        try:
            received_data = ser.read(14)  # 读取14个字节的数据
            data = received_data[:-1]
            received_checksum = received_data[-1]
            if calculate_checksum(data) == received_checksum:
                print(f"Received: {data.decode()}")
            else:
                print("Data is corrupted")
        except Exception as e:
            print(f"Error: {e}")
def write_to_port(ser):
    while True:
        try:
            message = input("Enter message: ")
            data = message.encode()
            checksum = calculate_checksum(data)
            ser.write(data + bytes([checksum]))
        except Exception as e:
            print(f"Error: {e}")
配置串口参数
ser = serial.Serial('COM3', 9600, bytesize=serial.EIGHTBITS, stopbits=serial.STOPBITS_ONE, parity=serial.PARITY_NONE)
创建并启动读取线程
read_thread = threading.Thread(target=read_from_port, args=(ser,))
read_thread.start()
创建并启动写入线程
write_thread = threading.Thread(target=write_to_port, args=(ser,))
write_thread.start()