Python的串口通信库

最新推荐文章于 2025-04-28 19:15:00 发布

科研小白_d.s

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文章标签： python 开发语言

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一、串口通信基础

1.1 串口通信概述

串口通信（Serial Communication），也称为串行通信，是一种将数据位按顺序一位一位地传输的通信方式。与并行通信相比，串口通信在传输速度上可能稍逊一筹，但其具有传输线少、成本低、易于实现远距离通信等优点，因此广泛应用于各种嵌入式系统、仪器仪表、计算机外设等领域。

1.2 RS-232、RS-485与RS-422

在串口通信中，最常见的标准包括RS-232、RS-485和RS-422。RS-232是最早也是最常用的标准之一，它定义了数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的物理接口和电气特性。然而，RS-232的传输距离有限（通常不超过15米），且信号电平较高，不适合长距离和高速率的通信。相比之下，RS-485和RS-422则采用了差分信号传输技术，具有更强的抗干扰能力和更远的传输距离，适用于工业现场等恶劣环境。

1.3 波特率与数据格式

串口通信中的波特率（Baud Rate）表示每秒传输的符号数（或比特数），是衡量数据传输速度的重要指标。常见的波特率有9600、19200、38400、57600、115200等。此外，串口通信还需要定义数据格式，包括数据位（Data Bits）、停止位（Stop Bits）和校验位（Parity Bit）等参数，以确保数据的正确传输和接收。

二、Python串口通信库：pyserial

2.1 pyserial简介

pyserial是Python中用于串口通信的一个非常流行的第三方库。它提供了一个简单的接口来访问串行端口，使得Python程序能够轻松地与串口设备进行数据交换。pyserial支持Windows、Linux和MacOS等多个操作系统平台，并且与Python的标准库（如threading、select等）无缝集成，方便用户进行多线程、非阻塞等高级编程。

2.2 pyserial的安装

安装pyserial非常简单，可以通过Python的包管理工具pip直接安装：

pip install pyserial

安装完成后，即可在Python代码中导入并使用pyserial了。

2.3 pyserial的核心功能

pyserial提供了丰富的API来支持串口通信的各个方面，主要包括以下几个方面：

串口列表获取：可以使用serial.tools.list_ports.comports()函数列出当前系统中可用的串口。
串口对象创建：通过serial.Serial()类创建一个串口对象，并指定端口名、波特率、数据位、停止位、校验位等参数。
数据读写：串口对象提供了read()、readline()、readlines()等方法来读取数据，以及write()方法来发送数据。
串口配置：可以在创建串口对象时指定配置参数，也可以在对象创建后通过修改属性来动态调整配置。
流控制：支持硬件流控制和软件流控制，以应对不同场景下的数据传输需求。
超时设置：可以设置读写操作的超时时间，以避免程序因等待数据而陷入无限循环。

三、pyserial实战应用

3.1 基本串口通信示例

以下是一个使用pyserial进行基本串口通信的示例代码：

import serial  
import time  
  
# 创建串口对象  
ser = serial.Serial('COM3', 9600, timeout=1)  # 假设串口名为COM3，波特率为9600  
  
try:  
    # 发送数据  
    ser.write(b'Hello, Serial Port!\n')  # 注意发送的是字节串  
      
    # 接收数据  
    while True:  
        if ser.in_waiting > 0:  # 判断缓冲区中是否有数据  
            incoming_data = ser.readline().decode('utf-8').rstrip()  # 读取一行数据并解码，去除末尾的换行符  
            print("Received:", incoming_data)  
        time.sleep(0.1)  # 稍作延时，避免过度占用CPU  
  
except KeyboardInterrupt:  
    print("Program interrupted by user.")  
  
finally:  
    # 关闭串口  
    ser.close()

3.2 多线程串口通信

在实际应用中，经常需要同时处理多个串口或同时进行数据的读写操作。这时，可以使用Python的threading模块来实现多线程串口通信。以下是一个简单的示例：

import serial  
import threading  
  
def read_from_serial(ser):  
    while True:  
        if ser.in_waiting > 0:  
            data = ser.readline().decode('utf-8').rstrip()  
            print("Received:", data)  
  
# 创建串口对象  
ser = serial.Serial('COM3', 9600, timeout=1)  
  
# 创建并启动读线程  
read_thread = threading.Thread(target=read_from_serial, args=(ser,))  
read_thread.start()  
  
# 主线程可以执行其他任务，如发送数据等  
# ...  
  
# 注意：在实际应用中，通常需要在程序退出前正确地停止线程并关闭串口  
# 这里为了简化示例，省略了这些步骤

3.3 错误处理与异常捕获

在进行串口通信时，可能会遇到各种异常情况，如串口打开失败、读写超时、数据格式错误等。因此，在编写串口通信程序时，需要合理地处理这些异常情况。pyserial本身会抛出一些异常来指示错误情况，如serial.SerialException、serial.SerialTimeoutException等。开发者可以通过try-except语句来捕获这些异常，并采取相应的处理措施。