前言

這幾年，自己也做了一些嵌入式機(jī)器人。在整個(gè)開發(fā)的過程中，調(diào)通信通常會(huì)花費(fèi)一段比較長的時(shí)間，串口通信就是這樣的一個(gè)部分。

而現(xiàn)在在百度上進(jìn)行搜索，發(fā)現(xiàn)對python串口通信的博客講解，都有點(diǎn)太籠統(tǒng)了，這其中，應(yīng)該與python在處理硬件底層速度較慢導(dǎo)致用的人少有關(guān)系。

這里把python串口通信的部分進(jìn)行一下個(gè)人使用過程中的總結(jié)。既是自我總結(jié)，也讓未來開發(fā)更快。

文章參考官方文檔：
https://pyserial.readthedocs.io/

python進(jìn)行串口通信，依賴的包就是pyserial，因此，本文是基于這個(gè)包進(jìn)行總結(jié)。

總結(jié)過程中難免有理解不到位，或者錯(cuò)誤的地方，歡迎大家提出問題并一起交流

安裝pyserial

pip安裝

python -m pip install pyserial
# 或者直接pip安裝
pip install pyserial

conda安裝

conda install pyserial
#or
conda install -c conda-forge pyserial

pyserial大致概括

整體流程

對于串口通信，我們的大致流程如下：
硬件連接

發(fā)包

收包

硬件連接

首先需要將串口設(shè)備與電腦相連，并查看自己的串口的端口號(hào)是多少

串口的端口號(hào)就是將你的串口命名，讓程序或者系統(tǒng)能夠快捷的尋找

對于windows設(shè)備

打開設(shè)備管理器 -> 端口 -> 尋找你的設(shè)備號(hào)

對于Windows來說，串口設(shè)備端口號(hào)一般都是COMn，這里COM8使用CH340串口芯片來進(jìn)行通信

對于Linux設(shè)備(這里以Ubuntu為例)

ls /dev/ttyUSB*

返回的就是你所有串口設(shè)備的設(shè)備號(hào)，如果你具有多個(gè)設(shè)備，則可以通過拔插之后，查看哪個(gè)設(shè)備增刪來確定你的設(shè)備名

問題

1. 針對Ubuntu22.04可能出現(xiàn)找不到設(shè)備端口號(hào)的問題，解決方法如下：

Ubuntu22.04沒有ttyUSB（無法訪問 ‘/dev/ttyUSB‘: 沒有那個(gè)文件或目錄）問題解決

2. 針對windows找不到端口，一般來說都是驅(qū)動(dòng)問題，解決方法可參考下面博客

筆記本W(wǎng)10找不到端口（com口）及單片機(jī)串口連接的問題（附51開發(fā)板的CH340串口芯片的驅(qū)動(dòng)程序安裝包）

例子(簡單版)

找到了設(shè)備的端口號(hào)之后，就可以使用python來進(jìn)行通信了。
我貼一個(gè)csdn上搜python串口通信的的第一個(gè)博客的代碼例子。

代碼來源:
https://blog.csdn.net/weixin_43217958/article/details/109782000

import serial#導(dǎo)入串口通信庫
from time import sleep

ser = serial.Serial()

def port_open_recv():#對串口的參數(shù)進(jìn)行配置
    ser.port='com3'
    ser.baudrate=9600
    ser.bytesize=8
    ser.stopbits=1
    ser.parity="N"#奇偶校驗(yàn)位
    ser.open()
    if(ser.isOpen()):
        print("串口打開成功！")
    else:
        print("串口打開失?。?)
#isOpen()函數(shù)來查看串口的開閉狀態(tài)

def port_close():
    ser.close()
    if(ser.isOpen()):
        print("串口關(guān)閉失??！")
    else:
        print("串口關(guān)閉成功！")

def send(send_data):
    if(ser.isOpen()):
        ser.write(send_data.encode('utf-8'))#編碼
        print("發(fā)送成功",send_data)
    else:
        print("發(fā)送失??！")

if __name__ == '__main__':
    port_open_recv()
    while True:
        a=input("輸入要發(fā)送的數(shù)據(jù)：")
        send(a)
        sleep(0.5)#起到一個(gè)延時(shí)的效果，這里如果不加上一個(gè)while True，程序執(zhí)行一次就自動(dòng)跳出了

但是，這個(gè)例子，并不適合直接拿來到嵌入式中進(jìn)一步開發(fā)，因?yàn)橐恍┲匾膮?shù)和解包的方法并沒有說明出來，并且在python中，涉及一些數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換也是比較復(fù)雜的(也是讓我無數(shù)次抓狂的地方??)。

詳細(xì)使用

針對串口通信，我們可以將其分為發(fā)包和收包。而想要比較方便的使用python來實(shí)現(xiàn)通信，我們需要使用到python一個(gè)非常強(qiáng)大的功能包struct，使用的講解流程，我將按照官網(wǎng)參數(shù)文檔介紹 - > 例子這樣的順序來解釋。

serial初始化參數(shù)

class serial.Serial

init(port=None, baudrate=9600, bytesize=EIGHTBITS, parity=PARITY_NONE, stopbits=STOPBITS_ONE, timeout=None, xonxoff=False, rtscts=False, write_timeout=None, dsrdtr=False, inter_byte_timeout=None, exclusive=None)

參數(shù)

• port – 串口名字(COMn或者/dev/ttyUSB)或者None
• baudrate (int) – 波特率,比如9600或者115200
• bytesize – 數(shù)據(jù)位數(shù)，可能的參數(shù)值有: FIVEBITS, SIXBITS, SEVENBITS, EIGHTBITS
• parity – 奇偶校驗(yàn)，可能的參數(shù)值: PARITY_NONE, PARITY_EVEN, PARITY_ODD ,PARITY_MARK, PARITY_SPACE
• stopbits – 停止位的比特?cái)?shù). 可能的參數(shù)值: STOPBITS_ONE, STOPBITS_ONE_POINT_FIVE, STOPBITS_TWO
• timeout (float) – 設(shè)置pyserial持續(xù)讀取數(shù)據(jù)的最長時(shí)間(s)
• xonxoff (bool) – 是否啟動(dòng)軟件流控制
• rtscts (bool) – 是否啟動(dòng)硬件(RTS/CTS)流控制
• dsrdtr (bool) – 是否啟動(dòng)硬件(DSR/DTR)流控制
• write_timeout (float) – 設(shè)置pyserial最長寫入串口數(shù)據(jù)的時(shí)間(s)
• inter_byte_timeout (float) – 字符間超時(shí), 沒有則禁止(默認(rèn)禁止).
• exclusive (bool) – 設(shè)置獨(dú)占訪問模式（僅POSIX）。 如果端口已經(jīng)以獨(dú)占訪問模式打開，則不能以獨(dú)占訪問模式打開端口。

異常退出

• ValueError –如果一些參數(shù)不在允許參數(shù)內(nèi)，則返回ValueErro，比如波特率設(shè)置
• SerialException – 如果設(shè)備無法被找到或者被設(shè)置，則返回SerialException

說明
當(dāng)我們初始化串口的時(shí)候，open()函數(shù)會(huì)被調(diào)用，串口就會(huì)被打開。

timeout參數(shù)會(huì)影響到read()函數(shù)的使用,這個(gè)timeout參數(shù)非常重要，直接影響到我們對串口數(shù)據(jù)的讀取。

timeout = None: 一直等待，直到設(shè)置的接收字節(jié)數(shù)滿后退出
timeout = 0: 非阻塞模式，在任何情況下都立即返回，返回零或更多，最多為請求的字節(jié)數(shù)
timeout = x:當(dāng)請求的字節(jié)數(shù)可用時(shí)，將timeout設(shè)置為x秒（允許浮動(dòng)）立即返回，否則等待超時(shí)到期，并返回在此之前收到的所有字節(jié)。

而對于wrtie()(發(fā)包函數(shù))而言，默認(rèn)為阻塞，除非設(shè)置了write_timeout。

針對硬件流控制而言，這個(gè)得觀察嵌入式設(shè)備了，我之前使用stm32和python通信的時(shí)候使用過一次，得需要結(jié)合硬件連接和原理圖說明，但是我并沒有完全搞透，且其他時(shí)候用的也比較少，這里就不展開敘述了。

發(fā)包

在嵌入式中，我們使用發(fā)包，一般是將我們的狀態(tài)數(shù)據(jù)，或者是控制指令通過轉(zhuǎn)碼為符合設(shè)備的通信協(xié)議的格式后，將其發(fā)出。
因此，我們在編寫發(fā)包函數(shù)前，需要先熟讀通信協(xié)議，并理解我們需要發(fā)送什么樣的指令，一般協(xié)議是16進(jìn)制的一串?dāng)?shù)據(jù)。
pyserial中發(fā)包函數(shù)為write()

write(data):
參數(shù): 需要發(fā)送的數(shù)據(jù)
返回值: 寫入的字節(jié)數(shù)
返回值類型: int
異常值返回 – 如果為端口配置了寫入超時(shí)并且超過了時(shí)間。
將字節(jié)數(shù)據(jù)寫入端口。這應(yīng)該是字節(jié)類型(或兼容的，如bytearray,memoryview)。必須對Unicode字符串進(jìn)行編碼（例如“hello”.encode（“utf-8”）。

下面是參考實(shí)例

# Usart Library
import serial
import struct
import binascii
# Init serial port
Usart = serial.Serial(
		port = '/dev/ttyUSB0',      # 串口
		baudrate=115200,            # 波特率
		timeout = 0.001 )

# 判斷串口是否打開成功
if Usart.isOpen():
    print("open success")
else:
    print("open failed")
    
# 使用優(yōu)雅的方式發(fā)送串口數(shù)據(jù)
# 這里的數(shù)據(jù)可以根據(jù)你的需求進(jìn)行修改
send_data = [0xA4,0x03,0x08,0x23,0xD2]                      #需要發(fā)送的串口包

send_data=struct.pack("%dB"%(len(send_data)),*send_data)    #解析成16進(jìn)制
print(send_data)					
Usart.write(send_data)                            			 #發(fā)送

收包

針對收包，我們一般流程就是 收包 -> 檢查包 -> 解包,先查看官網(wǎng)中收包的函數(shù)文檔

read(size=1)
參數(shù): size – 讀取字節(jié)數(shù)

返回值: 串口讀取得到的字節(jié)

返回值類型: bytes
從串行端口讀取字節(jié)。如果設(shè)置了超時(shí)，則返回的字符數(shù)可能少于請求的字符數(shù)。如果沒有超時(shí)，它將阻塞，直到讀取請求的字節(jié)數(shù)。

read_until(expected=LF, size=None)
參數(shù): expected – 預(yù)期需要的字節(jié)。 size – 讀多少字節(jié)。返回值: 串口讀取到的字節(jié)數(shù)

返回值類型: bytes
讀取數(shù)據(jù)，直到找到預(yù)期的序列（默認(rèn)為“\n”）、超過大小或超時(shí)。如果設(shè)置了超時(shí)，則返回的字符可能少于請求的字符。如果沒有超時(shí)，它將阻塞，直到讀取請求的字節(jié)數(shù)。

in_waiting()
獲得input buffer中緩存字節(jié)數(shù)
返回值類型: int

收包

我們首先需要從串口中讀取緩存數(shù)據(jù)

# Usart Library
import serial
import struct
import binascii

# Init serial port
Usart = serial.Serial(
		port = '/dev/ttyUSB0',      # 串口
		baudrate=115200,            # 波特率
		timeout = 0.001 )			# 由于后續(xù)使用read在未收全數(shù)據(jù)的時(shí)候，會(huì)按照一個(gè)timeout周期時(shí)間讀取數(shù)據(jù)
                                    # 波特率115200返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)間大概是1ms,9600下大概是10ms
                                    # 所以讀取時(shí)間設(shè)置0.001s

# 判斷串口是否打開成功
if Usart.isOpen():
    print("open success")
else:
    print("open failed")

# ----讀取串口數(shù)據(jù)-----------------------------------
try:
    count = serial.inWaiting()
    if count > 0:
        # 初始化數(shù)據(jù)
        Read_buffer = []
        # 接收數(shù)據(jù)至緩存區(qū)
        Read_buffer=serial.read(40)         # 我們需要讀取的是40個(gè)寄存器數(shù)據(jù)，即40個(gè)字節(jié)
        # Read_data()						# 前面兩行可以注釋，換成后面這個(gè)函數(shù)
except KeyboardInterrupt:
     if serial != None:
         print("close serial port")
         serial.close()
 
 #--------------------------------------------------------

這里如果沒有在0.001s的時(shí)間內(nèi)讀到40字節(jié)的包，就會(huì)退出。因此我們需要結(jié)合通信協(xié)議來判斷我們收到的包是否正確。

檢查包并解包

這里根據(jù)我之前使用的一款I(lǐng)MU(GY-95T)為例子，來演示用狀態(tài)機(jī)判斷包是否正確。

同時(shí)在函數(shù)中，我也將解包函數(shù)放入，后面再說明

def Read_data(self):
        '''
        Author: Liu Yuxiang 
        Time: 2022.12.13
        description: 讀取串口數(shù)據(jù)
        '''
        # 初始化數(shù)據(jù)
        counter = 0 
        Recv_flag = 0
        Read_buffer = []
        # 接收數(shù)據(jù)至緩存區(qū)
        Read_buffer=serial.read(40)         # 我們需要讀取的是40個(gè)寄存器數(shù)據(jù)，即40個(gè)字節(jié)
        # 狀態(tài)機(jī)判斷收包數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確
        while(1):
            # 第1幀是否是幀頭ID 0xA4
            if (counter == 0):
                if(Read_buffer[0] != 0xA4):
                    break    

            # 第2幀是否是讀功能碼 0x03  
            elif (counter == 1):
                if(Read_buffer[1] != 0x03):
                    counter=0
                    break

            # 第3幀判斷起始幀        
            elif (counter == 2):
                if(Read_buffer[2] < 0x2c):
                    start_reg=Read_buffer[2]
                else:
                    counter=0 

            # 第4幀判斷幀有多少數(shù)量 
            elif (counter == 3):
                if((start_reg+Read_buffer[3]) < 0x2C): # 最大寄存器為2C 大于0x2C說明數(shù)據(jù)肯定錯(cuò)了
                    len=Read_buffer[3]
                else:
                    counter=0
                    break                  
                 
            else:
                if(len+5==counter):
                    #print('Recv done!')
                    Recv_flag=1

            # 收包完畢
            if(Recv_flag):
                Recv_flag = 0
                sum = 0
                #print(Read_buffer)                                 # Read_buffer中的是byte數(shù)據(jù)字節(jié)流，用struct包解包
                data_inspect = str(binascii.b2a_hex(Read_buffer))   # data是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為原本的按照16進(jìn)制的數(shù)據(jù)

                try:        # 如果接收數(shù)據(jù)無誤，則執(zhí)行數(shù)據(jù)解算操作
                    for i in range(2,80,2):                 # 根據(jù)手冊，檢驗(yàn)所有幀之和低八位是否等于末尾幀
                            sum += int(data_inspect[i:i+2],16)

                    if (str(hex(sum))[-2:] == data_inspect[80:82]): # 如果數(shù)據(jù)檢驗(yàn)沒有問題，則進(jìn)入解包過程
                        #print('the Rev data is right')
                        
                        # 數(shù)據(jù)低八位在前，高八位在后
                        #print(Read_buffer[4:-1])                       
                        unpack_data = struct.unpack('<hhhhhhhhhBhhhhhhhh',Read_buffer[4:-1])
                        
                        # 切片并將其解析為我們所需要的數(shù)據(jù)，切出我們所需要的數(shù)據(jù)部分
						```
						比如：
						ACC_X  = unpack_data[0]/2048 * 9.8       # unit m/s^2
                        ACC_Y  = unpack_data[1]/2048 * 9.8    
                        ACC_Z  = unpack_data[2]/2048 * 9.8
						```
                except:
                    print("Have Error in receiving data!!")
                counter=0               
                break
            else:
                counter += 1                        # 遍歷整個(gè)接收數(shù)據(jù)的buffer

而解包函數(shù)，最關(guān)鍵的就是unpack_data = struct.unpack('<hhhhhhhhhBhhhhhhhh',Read_buffer[4:-1])

這一行代碼的含義就是將Read_buffer[4:-1]的這部分?jǐn)?shù)據(jù)按照小端的順序，解析成hhhhhhhhhBhhhhhhhh的排列順序，h代表short類型，B代表unsigned char類型。

具體怎么根據(jù)你的情況使用，就可以看一下python的struct模塊。

python struct模塊

tips:
一個(gè)byte=8bit
\xa4 這樣一個(gè)數(shù)據(jù)代表了16bit

這部分內(nèi)容是我在學(xué)習(xí)過程中借鑒很多網(wǎng)上寫的好的帖子而做的筆記，具體的帖子鏈接由于做筆記而找不著了，就把自己的筆記貼出來

Python沒有專門處理字節(jié)的數(shù)據(jù)類型。但由于b'str'可以表示字節(jié)即bytes，所以，字節(jié)數(shù)組＝二進(jìn)制str。在C語言中，我們可以很方便地用struct、union來處理字節(jié)，以及字節(jié)和int，float的轉(zhuǎn)換。

而在python中卻會(huì)比較的麻煩，但是python是提供了struct模塊來解決bytes和其他二進(jìn)制數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換

struct模塊的兩個(gè)函數(shù)，struct.unpack和struct.pack函數(shù)

• struct.pack(format, v1, v2, …)

  Return a bytes object containing the values v1, v2, … packed according to the format string format. The arguments must match the values required by the format exactly.

• struct.unpack(format, buffer)

  Unpack from the buffer buffer (presumably packed by pack(format, ...)) according to the format string format. The result is a tuple even if it contains exactly one item. The buffer’s size in bytes must match the size required by the format, as reflected by calcsize().

  https://docs.python.org/3/library/struct.html#module-struct

format也就是你需要將后面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為什么類型的數(shù)據(jù)，而這個(gè)format主要有兩部分組成，指定打包數(shù)據(jù)的方式+數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的類型，具體的表格參考如下：

format可用于指示打包數(shù)據(jù)的字節(jié)順序、大小和對齊方式，如下表所示：

比如數(shù)據(jù)是0x1234

低字節(jié)是0x12 高字節(jié)是0x34

小端讀出來0x34 0x12 大端讀出來就是0x12 0x34

而第二個(gè)部分也就是后面的數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)換成什么類型。

這么說會(huì)有點(diǎn)抽象，

用具體的例子來看就是

import struct
struct.pack('>I', 10240099)

>>> b'\x00\x9c@c'

意思就是說，使用>代表的字節(jié)順序即big-endian(網(wǎng)絡(luò)序)，來將后面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成I代表的數(shù)據(jù)類型(4字節(jié)無符號(hào)整型)

(官網(wǎng)例子)
>>>from struct import *
>>>pack(">bhl", 1, 2, 3)
b'\x01\x00\x02\x00\x00\x00\x03'
>>>unpack('>bhl', b'\x01\x00\x02\x00\x00\x00\x03')
(1, 2, 3)
>>>calcsize('>bhl')
7

這里和前面的例子是一個(gè)道理，使用>對齊的方式，來將后面三個(gè)數(shù)據(jù)依次打包成b,h,l所代表的數(shù)據(jù)，解包也是這樣，將一串byte數(shù)據(jù)按照>對齊格式轉(zhuǎn)換成b h l對對應(yīng)的數(shù)據(jù)。

注意：可以使用b4這樣的寫法來代表有一個(gè)數(shù)組

計(jì)算所選擇的數(shù)據(jù)格式有多少字節(jié)

struct.calcsize(format)

Return the size of the struct (and hence of the bytes object produced by pack(format, ...)) corresponding to the format string format.

結(jié)語

差不多這樣就可以比較優(yōu)雅的利用python接收和讀取串口數(shù)據(jù)了。如有問題，歡迎評論區(qū)提出。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-472030.html

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