Python串口通讯详解

一、串口通讯基础概念

串口通讯是在计算机内部和外界设备通信时，利用串口（serial port）进行数据传输的一种通讯方式。串口是计算机通讯接口之一，在计算机硬件中一般指常见的RS232串口（其他类型如RS485、RS422等串口较为少用）。

串口通讯涉及到的概念包括波特率、数据位、停止位、奇偶校验位。波特率用于表示传输速率，也就是每秒钟发送的数据字节数。数据位指的是每个数据字节所包含的二进制位数，常见的有7位、8位。停止位用于表示每个数据字节之间的停止时间，常见的有1位和2位。奇偶校验位用于识别数据传输中的错误。

二、Python通过PySerial实现串口通讯

Python中有许多第三方库可用于串口通讯，其中最常用的就是PySerial。PySerial是Python下操作串口通讯的模块，安装方法为：

pip install pyserial

使用PySerial模块，需要从serial模块中导入Serial类，通过该类的实例化对象来完成串口的打开、读写和关闭等操作。具体操作方法如下：

import serial

# 打开串口
ser = serial.Serial('COM1', 9600)

# 向串口发送数据
ser.write(b'hello')

# 读取串口数据
data = ser.read(10)

# 关闭串口
ser.close()

三、利用Python实现串口通讯

接下来，我们可以基于PySerial模块，来实现一个简单的串口通讯程序。具体代码如下：

import serial

ser = serial.Serial('COM1', 9600) # 打开串口
print('串口已打开')

try:
    while True:
        data = ser.readline().decode()  # 读入串口数据
        if data:
            print('接收到数据：', data.strip())  # 显示串口数据
except KeyboardInterrupt:
    pass

ser.close()  # 关闭串口
print('串口已关闭')

在这个示例代码中，我们通过循环可以不断从串口中读取数据，并将其进行实时显示。如果要向串口中发送数据，也可以通过调用Serial类的write()方法实现。

四、应用实例：串口控制LED灯

最后，我们来尝试将Python串口通讯运用到具体项目中，通过串口控制LED灯的开关。

步骤如下：

1. 硬件连接：将串口的TX连接到控制板的RX，RX连接到TX。将控制板的高电平与LED正极相连接，负极与GND相接。
2. 编写控制板程序：编写控制板程序，解析接收到的串口指令，控制LED的开关。
3. 编写Python程序：在PC上使用Python编写串口发送程序，向控制板发送开关指令。

控制板程序代码如下（Arduino）：

int ledPin = 13;

void setup() {
  Serial.begin(9600);  // 串口初始化
  pinMode(ledPin, OUTPUT);  // 将LED接口设为输出
}

void loop() {
  while (Serial.available()) {  // 判断串口是否有数据
    char command = Serial.read();  // 读入数据
    if (command == '1') {  // 控制开关
      digitalWrite(ledPin, HIGH);
      Serial.write("LED已打开\n");
    } else if (command == '0') {
      digitalWrite(ledPin, LOW);
      Serial.write("LED已关闭\n");
    }
  }
}

Python程序代码如下：

import serial
import time

ser = serial.Serial('COM1', 9600) # 打开串口
print('串口已打开')

try:
    while True:
        command = input('请输入指令：')
        ser.write(command.encode())  # 发送控制指令
        time.sleep(1)  # 等待设备响应
    
except KeyboardInterrupt:
    pass

ser.close()  # 关闭串口
print('串口已关闭')

在执行完上述两个程序后，即可通过Python程序向控制板发送指令，从而控制LED的开关状态。