简介

在现代的硬件与软件交互开发中，串口通信是一种极为常见且重要的方式。Python作为一门功能强大且易于上手的编程语言，通过python serial库为开发者提供了便捷的串口通信操作接口。本文将全面深入地介绍python serial，涵盖基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，帮助读者轻松掌握并在实际项目中高效运用。

目录

  1. 基础概念
  2. 使用方法
    • 安装pyserial库
    • 基本操作示例
  3. 常见实践
    • 读取串口数据
    • 发送数据到串口
    • 处理多串口设备
  4. 最佳实践
    • 错误处理与异常管理
    • 优化串口通信性能
    • 与其他库的协同使用
  5. 小结
  6. 参考资料

基础概念

串口通信（Serial Communication）是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信。

在计算机中，串口通常有两种类型：RS-232 和 USB 转串口。RS-232 是传统的串口标准，而 USB 转串口则是利用 USB 接口模拟串口通信，方便现代计算机设备使用。

python serial（即pyserial库）则是 Python 用于操作串口的第三方库，它提供了简单易用的函数和类，用于在 Python 程序中实现串口的打开、关闭、读写等操作。

使用方法

安装pyserial库

在使用python serial之前，需要先安装pyserial库。可以使用pip包管理器进行安装：

pip install pyserial

基本操作示例

下面是一个简单的示例，展示如何打开串口、发送数据并关闭串口：

import serial

# 打开串口
ser = serial.Serial('COM1', 9600)  # 根据实际情况修改串口名称和波特率

# 发送数据
data = "Hello, Serial!"
ser.write(data.encode('utf-8'))

# 关闭串口
ser.close()

在上述代码中：

  • serial.Serial('COM1', 9600)：创建一个Serial对象，打开名为COM1的串口，波特率设置为 9600。
  • ser.write(data.encode('utf-8'))：将字符串数据编码为字节流后发送到串口。
  • ser.close()：关闭串口连接。

常见实践

读取串口数据

import serial

ser = serial.Serial('COM1', 9600)

while True:
    if ser.in_waiting:
        data = ser.readline()
        print(data.decode('utf-8').strip())

ser.close()

在这个示例中：

  • ser.in_waiting：检查串口接收缓冲区中是否有数据等待读取。
  • ser.readline()：读取一行数据，以换行符\n作为结束标志。
  • data.decode('utf-8').strip()：将读取到的字节流数据解码为字符串，并去除字符串两端的空白字符。

发送数据到串口

import serial

ser = serial.Serial('COM1', 9600)

while True:
    user_input = input("请输入要发送的数据（输入 'exit' 退出）：")
    if user_input.lower() == 'exit':
        break
    ser.write(user_input.encode('utf-8'))

ser.close()

此代码段允许用户在控制台输入数据，并将其发送到串口。当用户输入exit时，程序结束。

处理多串口设备

import serial.tools.list_ports

# 获取所有可用串口设备
ports = serial.tools.list_ports.comports()

for port in ports:
    print(f"设备名称: {port.device}")
    print(f"描述: {port.description}")
    print(f"硬件 ID: {port.hwid}")

    try:
        ser = serial.Serial(port.device, 9600)
        # 进行串口操作，例如读写数据
        ser.close()
    except serial.SerialException as e:
        print(f"打开串口 {port.device} 时出错: {e}")

这段代码使用serial.tools.list_ports.comports()获取系统中所有可用的串口设备信息，并尝试打开每个设备进行操作。

最佳实践

错误处理与异常管理

在使用python serial时，合理的错误处理和异常管理至关重要。例如，在打开串口时可能会遇到串口不存在、权限不足等问题。

import serial

try:
    ser = serial.Serial('COM1', 9600)
except serial.SerialException as e:
    print(f"打开串口时出错: {e}")
else:
    try:
        # 进行串口读写操作
        data = "Test data"
        ser.write(data.encode('utf-8'))
        if ser.in_waiting:
            received_data = ser.readline()
            print(received_data.decode('utf-8').strip())
    except serial.SerialException as e:
        print(f"串口操作时出错: {e}")
    finally:
        ser.close()

在上述代码中，通过try-except-else-finally结构对串口操作进行了全面的错误处理。

优化串口通信性能

为了提高串口通信的性能，可以考虑以下几点：

  • 合理设置波特率：根据实际需求选择合适的波特率，较高的波特率可以提高数据传输速度，但可能会增加误码率。
  • 批量读取与写入：尽量减少单次读取或写入的数据量，通过批量处理数据来减少系统开销。 ```python import serial

ser = serial.Serial(‘COM1’, 115200) # 提高波特率

data_to_send = bytearray([i for i in range(256)]) # 生成批量数据 ser.write(data_to_send)

received_data = bytearray() while ser.in_waiting: received_data.extend(ser.read(1024)) # 每次读取1024字节

ser.close()


### 与其他库的协同使用
`python serial`可以与其他库结合使用，以实现更复杂的功能。例如，与`matplotlib`库结合进行串口数据的实时绘图。
```python
import serial
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

ser = serial.Serial('COM1', 9600)
plt.ion()
fig, ax = plt.subplots()
line, = ax.plot([], [])
ax.set_xlabel('时间')
ax.set_ylabel('数据')
ax.set_title('串口数据实时绘图')

x_data = []
y_data = []

while True:
    if ser.in_waiting:
        data = ser.readline().decode('utf-8').strip()
        try:
            value = float(data)
            x_data.append(len(x_data))
            y_data.append(value)
            line.set_xdata(x_data)
            line.set_ydata(y_data)
            ax.relim()
            ax.autoscale_view()
            plt.draw()
            plt.pause(0.01)
        except ValueError:
            print(f"无法解析数据: {data}")

ser.close()

这段代码实时读取串口数据，并使用matplotlib绘制数据随时间的变化曲线。

小结

通过本文的介绍，我们全面了解了python serial的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践。掌握python serial能够帮助开发者轻松实现 Python 程序与串口设备之间的通信，无论是进行硬件调试、数据采集还是自动化控制等项目，都能发挥重要作用。希望读者在实际开发中能够灵活运用这些知识，打造出高效稳定的串口通信应用。

参考资料