Python應(yīng)用開發(fā)——串口通信

在嵌入式開發(fā)中我們經(jīng)常會用到串口，串口通信簡單，使用起來方便，且適用場景多，因此串口常常用來輸出調(diào)試Log或者跟其他外設(shè)進(jìn)行通訊，也可以用作上位機(jī)和下位機(jī)之間的通訊。

那這一講我就簡單介紹一下如何用Python編寫一個串口收發(fā)程序。

1 環(huán)境搭建

Python的環(huán)境這里就不具體介紹了，網(wǎng)上教程也很多，我主要介紹一下我們這一講用到的類庫以及當(dāng)前的版本。

注：不懂如何安裝庫的同學(xué)請自行查閱資料。

特別說明：本文舉的例子皆是基于windows系統(tǒng)下python3來實(shí)現(xiàn)的，其他平臺不一定完全適配。

2 硬件準(zhǔn)備

我們要通過電腦的USB接口發(fā)送串口數(shù)據(jù)，在硬件上首先得保證有可用的串口設(shè)備接入，并且正確的安裝了驅(qū)動。

我這里用的是一個CH340的串口轉(zhuǎn)TTL的模塊來測試的。

可以用兩個這種模塊相互收發(fā)，也可以單個模塊自發(fā)自收，或者接入其他嵌入式設(shè)備也行。

硬件接入之后我們可以在設(shè)備管理器看到設(shè)備的端口號，如下圖所示：

3 代碼編寫與測試

3.1 簡單測一下串口收發(fā)

示例代碼如下：

import serial #導(dǎo)入模塊

try:
    # 端口號，根據(jù)自己實(shí)際情況輸入，可以在設(shè)備管理器查看
    port = "COM6"
    # 串口波特率，根據(jù)自己實(shí)際情況輸入
    bps = 9600
    # 超時時間,None：永遠(yuǎn)等待操作，0為立即返回請求結(jié)果，其他值為等待超時時間(單位為秒）
    time = 5
    # 打開串口，并返回串口對象
    uart = serial.Serial(port, bps, timeout = time)

    # 串口發(fā)送一個字符串
    len = uart.write("hello world".encode('utf-8')) 
    print("send len: ", len)

    # 串口接收一個字符串
    str = ''
    for i in range(len):
        str += uart.read().decode("utf-8")
    print("receive data: ", str)

    # 關(guān)閉串口
    uart.close()

except Exception as result:
    print("******error******：", result)

運(yùn)行測試：

我這里是自發(fā)自收，如果運(yùn)行沒有出錯并且成功發(fā)送和接收到正確的數(shù)據(jù)，說明串口通信是走通了，那么接下來就可以繼續(xù)完善這個流程。

如果出現(xiàn)其他問題，則需要檢查硬件和軟件，確保所有配置都沒問題才能繼續(xù)進(jìn)行下一步。

3.2 補(bǔ)充細(xì)節(jié)

1、串口發(fā)送各種不同類型的數(shù)據(jù)。

串口數(shù)據(jù)常用字符串和十六進(jìn)制(hex)表示。下面列舉了一些例子，可以作為一種參考。

示例如下：

data1 = "hello world"        # 字符串
data2 = b"hello world"       # bytes
data3 = "你好"               # 中文字符串
data4 = 0x0A                 # 整形(以16進(jìn)制表示)
data5 = [0x10, 0x11, 0x12]   # 列表/數(shù)組(以16進(jìn)制表示)

len = uart.write(data1.encode('utf-8'))         # 發(fā)送字符串"hello world"
len = uart.write(data2)                         # 發(fā)送字符串"hello world"
len = uart.write(data3.encode('utf-8'))         # 以utf-8編碼方式發(fā)送字符串"你好"（6字節(jié)）
len = uart.write(data3.encode('gbk'))           # 以gbk編碼方式發(fā)送字符串"你好"（4字節(jié)）
len = uart.write(chr(data4.encode("utf-8"))     # 發(fā)送16進(jìn)制數(shù)據(jù)0x0A（1字節(jié)）
for x in data5:                                 # 遍歷列表/數(shù)組的所有元素并依次發(fā)送
    len = uart.write(chr(x).encode("utf-8")) 

2、完善串口接收流程

串口接收跟發(fā)送一樣，接收數(shù)據(jù)也是常用字符串和十六進(jìn)制(hex)表示。

可以根據(jù)以下兩種方式接收數(shù)據(jù):

str = uart.read(uart.in_waiting).decode("utf-8")   # 以字符串接收
str = uart.read().hex()                            # 以16進(jìn)制(hex)接收

接收的時間很短，大部分時間其實(shí)是在等待接收，所以我們需要加一個死循環(huán)或者循環(huán)線程來確保串口一直在等待接收。

示例如下：

while True:
    if uart.in_waiting:
        # str = uart.read(uart.in_waiting).decode("utf-8")   # 以字符串接收
        str = uart.read().hex()                            # 以16進(jìn)制(hex)接收
        print(str)                                         # 打印數(shù)據(jù)

3、掃描端口。

在不知道串口端口號的情況下可以先掃描一下可用的端口。

示例如下：

import serial 
import serial.tools.list_ports

port_list = list(serial.tools.list_ports.comports())
print(port_list)
if len(port_list) == 0:
   print('無可用串口')
else:
    for i in range(0,len(port_list)):
        print(port_list[i])

3.3 完善整個收發(fā)流程

根據(jù)上面舉的一些例子，我們把整個流程補(bǔ)充完整。

示例如下：

# 導(dǎo)入模塊
import threading
import time
import serial
import serial.tools.list_ports

# 自定義變量
port = "COM6"  # 端口號，根據(jù)自己實(shí)際情況輸入，可以在設(shè)備管理器查看
bps = 9600     # 串口波特率，根據(jù)自己實(shí)際情況輸入
timeout = 5       # 超時時間,None：永遠(yuǎn)等待操作，0為立即返回請求結(jié)果，其他值為等待超時時間(單位為秒）
rxdata = ''    # 接收的數(shù)據(jù)

# 掃描端口
def check_uart_port():
    port_list = list(serial.tools.list_ports.comports())
    # print(port_list)
    if len(port_list) == 0:
        print('can not fine uart port')
        return False
    else:
        for i in range(0,len(port_list)):
            print(port_list[i])
    return True

# 打開串口
def open_uart(port, bps, timeout):
    try:
        # 打開串口，并返回串口對象
        uart = serial.Serial(port, bps, timeout=timeout)
        return uart
    except Exception as result:
        print("can not open uart")
        print(result)
        return False

# 發(fā)送數(shù)據(jù)
def uart_send_data(uart, txbuf):
    len = uart.write(txbuf.encode('utf-8'))  # 寫數(shù)據(jù)
    return len

# 接收數(shù)據(jù)
def uart_receive_data(uart):
    if uart.in_waiting:
        rxdata = uart.read(uart.in_waiting).decode("utf-8")   # 以字符串接收
        # rxdata = uart.read().hex()  # 以16進(jìn)制(hex)接收
        print(rxdata)  # 打印數(shù)據(jù)

# 關(guān)閉串口
def close_uart(uart):
    uart.close()

# 創(chuàng)建一個線程用來等待串口接收數(shù)據(jù)
class myThread (threading.Thread):   # 繼承父類threading.Thread
    def __init__(self, uart):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.uart = uart
    def run(self):                   # 把要執(zhí)行的代碼寫到run函數(shù)里面 線程在創(chuàng)建后會直接運(yùn)行run函數(shù)
        while True:
            # print("thread_uart_receive")
            uart_receive_data(self.uart)  # 接收數(shù)據(jù)
            # time.sleep(0.01)

# 主函數(shù)
def main():
    # 掃描端口
    result = check_uart_port()
    if(result == False):
        return

    # 打開串口
    result = open_uart(port, bps, timeout)
    if (result == False):
        return
    else:
        uart1 = result

    # 創(chuàng)建一個線程用來接收串口數(shù)據(jù)
    thread_uart = myThread(uart1)
    thread_uart.start()

    while True:
        # 定時發(fā)送數(shù)據(jù)
        txbuf = "hello world"
        len = uart_send_data(uart1, txbuf)
        print("send len: ", len)
        time.sleep(1)

# 啟動主函數(shù)
main()

運(yùn)行測試：

這里還是自發(fā)自收，但是改成定時1s循環(huán)發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，如果是實(shí)際使用的話就不要短接TX和RX了，串口是全雙工，收發(fā)是可以同步進(jìn)行的。

結(jié)束語

關(guān)于如何使用Python實(shí)現(xiàn)串口通信就講到這里，在Python這個領(lǐng)域我也是小白一個，我只是根據(jù)以往嵌入式的經(jīng)驗(yàn)寫了這么一套代碼，如果有哪里寫的不對或者寫的不夠好的，歡迎評論區(qū)留言指正，謝謝！