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：

<code>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。

<code>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。