【Python】串口通信详解（serial模块）以可编程电源为例_phython 串口 停止位

1.什么是串口通信？

串口通信（serial communication）是串口按位（bit）发送和接收字节的一种通信方式。

由于其按位传输，所以速度会比按字节传输的并行通信（parallel communication）的速度慢得多，但是与之对应的，串口通信的数据传输距离通常会比并行通信更远。  

在开始介绍python串口通信的相关知识之前，我们先来了解一些相关概念。 

波特率

波特率的大小主要反映的是传输速率，常见的波特率包括9600，115200等，这里的数字含义是串口每秒传输的二进制位数。需要注意的是，波特率不是随便设定的，需要通信的双方拥有相同的波特率，两者才能成功进行通信，因此很多设备都会使用类似于9600，115200这样的波特率。

帧结构

在串口通信时信息一般以帧传输，串口通信时的一帧通常包括多个不同功能的位：

• 起始位：标志一个帧的开始
• 数据位：包含着帧中承载的信息
• 校验位：一般是数据位后的一位，用于判断信息传输是否正常，没有校验位当然也可以
• 停止位：标志一个帧的结束

RS232传输标准

RS232是一种常见的串口传输标准，通常以9引脚或25引脚的形式出现。大部分计算机上都有包含RS232标准的串口，是计算机系统与外部设备传输的标准接口，因其兼容性很好，使用广泛，本文中使用的也是RS232传输标准。此外常见的传输标准还有RS485标准。

2.可编程电源通信协议

了解完概念之后我们来结合实例加深对概念的理解，首先我们来阅读该款外部设备的通信协议：

从文件中我们可以得知该设备与计算机进行通信的波特率、帧结构以及更加详细的功能位信息，其波特率为9600，有1个起始位，1个停止位和8个数据位，无校验位。了解这些信息可以让我们知道如何在后续使用python进行通信。

同时，文件还告诉我们传输时前一消息与后一消息之间需要间隔3.5个字符时间，假如我们想要先读取电压，然后再设置电压，需要先后传输两个信息，那么读取电压之后我们需要设置时间间隔，否则读取电压和设置电压的信息会被视为同一信息，从而无法达到预想的目标。

3.python串口通信基本操作

查看串口状态

我们来了解一些计算机串口通信的基本操作：

 打开电脑的设备管理器，在设备管理器中可以查看所有已通过串口连接的设备：

在此可以确定外部连接设备的串口号，本文中使用的可编程电源锁定COM3串口，若COM3口被占用会自动后移至COM4口，因此后面的串口通信代码部分均使用COM3口。

接下来，需要安装python中的串口通信模块，正式开始代码部分：

pip install serial

以下代码可以使用python进行判断当前串口是否成功连接上设备： 

import time
import serial
import serial.tools.list_ports
 
com_port = "COM3"
 
while 1:
    # 获取串口列表
    ports_list = list(serial.tools.list_ports.comports())  # 获取串口列表，包含所有已连接串口
    print(ports_list)
    print(ports_list[0])
 
    # 判断串口是否打开
    com_flag = False
    for comport in ports_list:
        if comport[0] == com_port:
            com_flag = True
            print("成功获取COM3串口")
            break
    time.sleep(3)

 串口打开

首先导入serial库

import serial

使用Serial()方法，获取串行串口：

ser = serial.Serial()

根据外部设备的通信协议信息来设置串口：

ser.port = "COM3"  # 设置端口号
ser.baudrate = 9600  # 设置波特率
ser.bytesize = 8  # 设置数据位
ser.stopbits = 1  # 设置停止位

 使用open()方法打开串口，要找到对的串口号才会成功：

ser.open()

串口写入

成功连接上串口后，我们就可以开始编码发送了，由于python使用的就是utf-8编码，因此我们需要使用encode方法将二进制编码成utf-8格式，使用write()方法即可通过串口发送。

send_data = '<09100000000>'  # 可编程电源匹配连接的语句，不懂的话重新看一遍前面通信协议的部分
ser.write(send_data.encode('utf-8'))  # utf-8 编码发送

将写入方法直接使用函数封装，后面我们可以直接拿来使用：

def send(send_data):
    """发送编码"""
    ser.write(send_data.encode('utf-8'))  # utf-8 编码发送

类似的，我们可以向可编程电源发送设定电压的语句，调用前面定义的send函数：

send('<01110000000>')  # 设定110V电压

由于第3-5位是数据位，我们发送<01110000000>编码即可设定为110V电压

串口读取

读取时一般需要先发送准备读取的编码，此处我们发送读取当前电流的编码<04003300000>，发送到可编程电源后，电源知道了我们需要他的电流信息，就会通过串口返回，此时我们只需要使用read()方法读取即可：

send("<04003300000>")  # 发送电流读取编码，等待电源信息返回
data_read = ser.read(26)  # 返回读取的26位信息
current_code = data_read.decode('utf-8')  # 将返回的信息进行解码
current_read = current_code[16:22]  # 在返回的信息中取有用的几位，此处取16-22位反映的是电流大小

关闭串口

一切操作完成后，我们使用ser.close语句即可关闭串口，结束通信

ser.close()

常用的串口指令一览

4.代码一览

下面的代码块把我前面所讲的东西全部结合在一起，可以浏览一下，帮助来理解整个过程，尽管其他设备可能通信协议不同，但是参考一下大致的结构是差不多的，无非就是打开关闭，读和写。

import serial
import time
 
 
def port_open():
    """打开串口"""
    ser.port = "COM3"  # 设置端口号
    ser.baudrate = 9600  # 设置波特率
    ser.bytesize = 8  # 设置数据位
    ser.stopbits = 1  # 设置停止位
    ser.open()  # 打开串口,要找到对的串口号才会成功
 
 
def port_close():
    """关闭串口"""
    ser.close()
 
 
def send(send_data):
    """发送编码"""
    ser.write(send_data.encode('utf-8'))  # utf-8 编码发送
 
 
def current_read():
    """读取串口返回的编码"""
    port_open()
    send('<09100000000>')  # 连接编码
    time.sleep(0.1)
    send("<04003300000>")  # 读取编码
    data_read = ser.read(26)
    current_code = data_read.decode('utf-8')  # 解码
    current_read = current_code[16:22]  # 读取16-22位，反映的是电流大小
    current = int(current_read)
    port_close()
    return current_read
 
 
def set_voltage(voltage):
    """设定电压编码函数"""
    # -----------------------电压编码规则----------------------
    if 0 <= voltage < 10:
        voltage_str = "00" + str(voltage)
    elif 10 <= voltage < 100:
        voltage_str = "0" + str(voltage)
    else:
        voltage_str = str(voltage)
    # ------------------------连接串口-----------------------
    port_open()
    # ------------------------发送编码-----------------------
    send('<09100000000>')  # 连接
    time.sleep(0.2)
    send('<07000000000>')  # 启动电源
    time.sleep(0.2)
    send('<01' + voltage_str + '000000>')  # 设置110V电压
    time.sleep(0.2)
    send('<09200000000>')  # 断开连接
    time.sleep(0.2)
    # -----------------------断开串口-------------------------
    port_close()
    # -----------------------结束通信-------------------------
 
 
if __name__ == "__main__":
    ser = serial.Serial()  # 获取串口
    set_voltage(110)  # 设定110V电压
 
while True:
    print(current_read())  # 循环读取当前电压
    time.sleep(1)

感谢各位支持，之后还会继续分享更多有用的知识！想要了解更多可以关注我或关注本专栏。