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程序代码篇---Python串口

article 2025/6/8 19:37:13

在 Python 里，serial库（一般指pyserial）是串口通信的常用工具。下面为你介绍其常用的读取和发送操作函数及使用示例：

1. 初始化串口

要进行串口通信，首先得对串口对象进行初始化，代码如下：

import serial# 初始化串口
ser = serial.Serial(port='/dev/ttyUSB0',  # 串口设备，Windows系统可能是COM1、COM2等baudrate=9600,         # 波特率timeout=1              # 超时时间（秒）
)# 判断串口是否已打开
if ser.is_open:print("串口已打开")

2. 发送数据

使用write()函数可以向串口发送数据，示例如下：

# 发送字符串
ser.write(b'Hello, serial!\n')  # 注意要使用字节类型# 发送字节数据
data = [0x01, 0x02, 0xFF]
ser.write(bytes(data))

3. 读取数据

读取数据有多种方式，以下是几种常见的：

# 读取单个字节
byte = ser.read()  # 返回一个字节# 读取指定数量的字节
data = ser.read(size=10)  # 最多读取10个字节# 读取一行数据（以换行符结尾）
line = ser.readline()  # 需设置超时时间，避免程序阻塞# 循环读取所有可用数据
while ser.in_waiting:data = ser.read(ser.in_waiting)print(f"收到数据: {data}")

4. 其他常用函数

还有一些辅助函数能帮助你更好地进行串口通信：

# 获取待读取的字节数
bytes_waiting = ser.in_waiting# 清空输入/输出缓冲区
ser.flush()           # 清空所有缓冲区
ser.flushInput()      # 清空输入缓冲区
ser.flushOutput()     # 清空输出缓冲区# 关闭串口
ser.close()

完整示例

下面是一个完整的串口通信示例，展示了数据的发送和读取过程：

import serialtry:# 初始化串口ser = serial.Serial(port='/dev/ttyUSB0',baudrate=9600,timeout=1)# 发送数据ser.write(b'Hello, Arduino!\n')# 读取响应if ser.in_waiting:response = ser.readline().decode('utf-8').strip()print(f"收到响应: {response}")except serial.SerialException as e:print(f"串口错误: {e}")
finally:# 确保串口最终会被关闭if 'ser' in locals() and ser.is_open:ser.close()

使用串口通信时，要特别留意以下几点：

要保证波特率、数据位、停止位等参数和设备设置一致。
为避免程序阻塞，建议设置超时时间。
数据传输时，要注意字节和字符串之间的转换。
要妥善处理异常情况，并及时关闭串口。

在 Python 的serial库中，read()、readline()和readlines()是用于从串口读取数据的三个常用方法，它们的功能和行为有明显区别。以下是对这三个方法的详细对比：

1. `read(size=1)`

功能：从串口读取指定数量的字节（默认读取 1 个字节）。
参数：
- size：要读取的最大字节数，默认值为 1。
返回值：返回一个包含读取字节的bytes对象。
特点：
- 非阻塞行为：如果没有数据可读，且设置了timeout，则最多等待timeout秒后返回空字节b''。
- 精确控制：适合按固定长度读取数据（如二进制协议）。

示例：

# 读取1个字节
byte = ser.read()# 读取10个字节
data = ser.read(size=10)

2. `readline()`

功能：从串口读取一行数据，直到遇到换行符\n（或超时）。
参数：无。
返回值：返回包含读取内容的bytes对象，包含换行符。
特点：
- 行缓冲机制：需要设置timeout，否则可能因等待换行符而导致程序阻塞。
- 文本协议适用：适合按行读取文本数据（如日志、命令响应）。

# 读取一行数据（以\n结尾）
line = ser.readline()  # 返回 b'Hello\n'
print(line.decode('utf-8'))  # 转为字符串并打印

3. `readlines()`

功能：读取多行数据，直到超时，并返回一个包含所有行的列表。
参数：
- hint（可选）：指定读取的最大字节数，默认值为 - 1（无限制）。
返回值：返回一个由bytes对象组成的列表，每个元素代表一行。
特点：
- 批量读取：一次性读取所有可用数据，并按行分割。
- 依赖超时：必须设置timeout，否则会一直等待直到无新数据。

示例：

# 读取所有行直到超时
lines = ser.readlines()  # 返回 [b'Line 1\n', b'Line 2\n']
for line in lines:print(line.decode('utf-8').strip())  # 打印每行内容（去除换行符）

核心区别总结

方法	读取方式	终止条件	返回类型	适用场景
`read(size)`	按字节数读取	读取指定数量的字节或超时	`bytes`	二进制数据、固定长度协议
`readline()`	按行读取	遇到换行符`\n`或超时	`bytes`（单行）	文本协议、逐行处理
`readlines()`	批量读取多行	超时（收集所有完整行）	`list[bytes]`	一次性读取所有数据并按行分割

注意事项

超时设置：
- 所有方法都依赖timeout参数，否则可能导致程序阻塞（尤其是readline()和readlines()）。
- 建议在初始化串口时设置合理的超时值（如timeout=1）。
编码问题：
- 串口返回的是bytes类型，若需转为字符串，需使用decode()方法（如data.decode('utf-8')）。
性能考量：
- readlines()会一次性读取所有数据到内存，若数据量较大可能导致内存占用过高。

常见应用场景

读取传感器数据：使用read(size)按固定长度解析二进制数据。
命令行交互：使用readline()读取设备响应（如 AT 指令）。
日志收集：使用readlines()批量获取历史数据。

根据具体需求选择合适的方法，可以更高效地处理串口通信。

在计算机中，\r（回车符）、\n（换行符）和\r\n（回车换行符）是用于表示文本行结束的不同方式，它们源于不同的历史背景和系统设计。以下是它们的核心区别和应用场景：

1. 基本定义

\r（回车符，Carriage Return）
- 对应 ASCII 码13（十进制），表示为\r或0x0D（十六进制）。
- 作用：将光标移动到当前行的行首，不换行。
\n（换行符，Line Feed）
- 对应 ASCII 码10（十进制），表示为\n或0x0A（十六进制）。
- 作用：将光标移动到下一行，但不回到行首。
\r\n（回车换行符）
- 组合使用\r和\n，表示一个完整的行结束符。
- 常见于 Windows 系统和网络协议（如 HTTP、SMTP）。

2. 历史起源

打字机时代：
- \r：将打印头移动到行首（Carriage Return）。
- \n：将纸张向上滚动一行（Line Feed）。
- 早期计算机沿用了这两个控制字符的组合。
不同系统的标准化：
- Unix/Linux/macOS（现代）：使用\n作为行结束符。
- Windows：使用\r\n作为行结束符。
- 旧版 macOS（OS 9 及之前）：使用\r作为行结束符。
- 网络协议（如 HTTP、SMTP）：强制使用\r\n确保跨平台兼容性。

3. 实际影响

文本处理差异

Unix 系统：

# Unix文本文件（每行以\n结尾）
line1\nline2\nline3

Windows 系统：

# Windows文本文件（每行以\r\n结尾）
line1\r\nline2\r\nline3

跨平台问题：
- 若在 Windows 中打开 Unix 文件，可能会看到^M符号（即\r）。
- 若在 Unix 中打开 Windows 文件，每行末尾可能会多出一个不可见的\r。

编程语言处理

Python：

# 读取文件时自动处理不同换行符
with open('file.txt', 'r') as f:lines = f.readlines()  # 自动识别\n、\r\n或\r# 手动处理字节数据时需注意
data = b'line1\r\nline2\nline3\r'
lines = data.split(b'\r\n')  # 需根据实际情况选择分隔符

正则表达式：

import re# 匹配任意换行符
re.split(r'\r\n|\r|\n', text)

4. 应用场景

场景	推荐使用的行结束符	示例说明
Unix/Linux 脚本	`\n`	Shell 脚本、Python 脚本等默认使用`\n`。
Windows 程序	`\r\n`	批处理文件（`.bat`）、Windows 文本编辑器默认使用`\r\n`。
网络协议	`\r\n`	HTTP 请求 / 响应、SMTP 邮件协议等要求使用`\r\n`分隔行。
串口通信	取决于设备	- 某些设备（如 Arduino）默认使用`\r\n`。 - 需查阅设备文档确认。
编程处理	按需求选择	- 若处理多平台文本，建议使用 Python 的`universal newlines`模式。

5. 转换方法

文本编辑器：
- VS Code、Sublime Text 等支持在不同换行符格式（LF/CRLF）间切换。

命令行工具：

# Windows → Unix（将\r\n替换为\n）
dos2unix file.txt# Unix → Windows（将\n替换为\r\n）
unix2dos file.txt

Python 代码：

# 将\r\n转换为\n
with open('windows.txt', 'r') as f:content = f.read().replace('\r\n', '\n')
with open('unix.txt', 'w') as f:f.write(content)

总结

符号	ASCII 值	名称	系统	示例场景
`\n`	10	换行符（LF）	Unix/Linux/macOS	代码文件、Unix 配置文件
`\r`	13	回车符（CR）	旧版 macOS（OS 9-）	极少使用
`\r\n`	13+10	回车换行符（CRLF）	Windows、网络协议	Windows 文本、HTTP 请求 / 响应

选择合适的行结束符时，需考虑目标系统和应用场景，避免因换行符不匹配导致的解析错误。

response = ser.readline().decode('utf-8').strip() 这行代码虽然简短，但涉及了串口通信、编码转换和字符串处理等多个关键知识点。以下是对其含义及背后知识点的详细解析：

1. `ser.readline()`：从串口读取一行数据

功能：从串口缓冲区读取数据，直到遇到换行符 \n（或超时）。
返回值：返回一个 bytes 类型的对象，包含读取的原始字节数据（包括换行符）。
示例：
若串口接收到 Hello World!\r\n，则 ser.readline() 返回 b'Hello World!\r\n'。
注意事项：
- 需要设置串口超时时间（如 timeout=1），否则可能因等待换行符而导致程序阻塞。
- 若数据中没有换行符，readline() 会等待到超时，并返回已读取的部分数据。

2. `.decode('utf-8')`：字节解码为字符串

功能：将 bytes 类型的数据按指定编码格式转换为 str 类型（即字符串）。
编码格式：
- UTF-8：一种通用的 Unicode 编码，支持全球大多数语言（如中文、英文、日文等）。
- 其他常见编码：
  - 'gbk'：中文国标码，兼容简体中文。
  - 'ascii'：仅支持英文字母、数字和基本符号。
  - 'latin-1'：西欧语言编码，直接映射字节值（0-255）。

示例：

b = b'Hello World!\r\n'
s = b.decode('utf-8')  # 转换为字符串 'Hello World!\r\n'

潜在问题：

若数据编码与指定编码不匹配，会抛出 UnicodeDecodeError。
例如：

# 假设数据实际为GBK编码
b = b'\xd6\xd0\xce\xc4'  # GBK编码的"中文"
b.decode('utf-8')  # 报错：UnicodeDecodeError
b.decode('gbk')    # 正确：'中文'

解决方案：

try:s = data.decode('utf-8')
except UnicodeDecodeError:s = data.decode('gbk', errors='replace')  # 忽略无法解码的字符

3. `.strip()`：去除字符串首尾空白字符

功能：移除字符串开头和结尾的空白字符（如 \n、\r、空格、制表符 \t 等）。

示例：

s = '  Hello World!\r\n  '
s.strip()  # 返回 'Hello World!'

变体方法：
- .lstrip()：仅移除左侧空白字符。
- .rstrip()：仅移除右侧空白字符。
- .strip(chars)：移除指定字符（如 .strip('\r\n') 仅移除换行符）。

4. 完整流程示例

假设串口发送的原始数据为 b'Hello World!\r\n'，执行 response = ser.readline().decode('utf-8').strip() 后：

ser.readline() 返回 b'Hello World!\r\n'（bytes 类型）。
.decode('utf-8') 将其转换为字符串 'Hello World!\r\n'（str 类型）。
.strip() 移除首尾的 \r\n，最终 response 的值为 'Hello World!'。

5. 关键知识点总结

操作	输入类型	输出类型	作用
`ser.readline()`	无	`bytes`	从串口读取一行数据（含换行符）
`.decode('utf-8')`	`bytes`	`str`	将字节按 UTF-8 编码转换为字符串
`.strip()`	`str`	`str`	移除字符串首尾的空白字符

编码格式	适用范围	常见场景
`utf-8`	全球通用编码，支持多语言	互联网数据、跨平台文本
`gbk`	简体中文	中文 Windows 系统、早期中文软件
`ascii`	仅英文和基本符号	简单文本协议（如 HTTP 头）

6. 常见问题与建议

编码错误：
- 若数据包含非 UTF-8 字符（如中文），尝试使用 'gbk' 或 'latin-1' 解码。
- 使用 errors='ignore' 或 errors='replace' 忽略 / 替换无法解码的字符。
换行符处理：
- 若需要保留换行符（如处理多行文本），可省略 .strip()。
- 若数据使用 \r 或 \r\n 作为换行符，可使用 .replace('\r', '') 统一处理。

调试技巧：

# 打印原始字节数据，便于排查编码问题
data = ser.readline()
print(f"原始字节: {data}")
try:response = data.decode('utf-8').strip()print(f"解码后: {response}")
except UnicodeDecodeError as e:print(f"解码错误: {e}")

总结

这行代码的核心逻辑是：
从串口读取原始字节数据 → 按 UTF-8 编码转换为字符串 → 去除首尾空白字符
理解字节与字符串的区别、编码转换机制以及字符串处理方法，是解决串口通信中文乱码、格式错误等问题的关键。