嵌入式知识篇---Zigbee串口

在 Python 中，serial和pyserial是经常被提及的两个库，它们在串口通信方面有着紧密的联系，但又存在一些差异。下面将对它们进行详细介绍，并给出各自的适用场景。

1. 基本概念

• pyserial：它是 Python 里专门用于串口通信的标准库，为访问串口设备提供了统一的接口。无论是 Windows、Linux 还是 macOS 系统，都能借助 pyserial 实现串口通信。
• serial：实际上，serial 并不是一个独立的库。当我们在 Python 代码里看到import serial时，导入的其实是 pyserial 库。这是因为 pyserial 库在安装后，对外暴露的模块名就是serial。

2. 名称由来与历史

• 历史背景：在 Python 的早期版本中，标准库并没有直接支持串口通信的模块。于是，开发者们开发了第三方库 pyserial 来填补这个空白。随着时间的推移，pyserial 逐渐成为了 Python 串口通信的事实标准。
• 命名约定：为了使用方便，pyserial 库在安装后会以serial模块的形式被导入，这就导致很多人会混淆serial和pyserial。实际上，import serial导入的就是 pyserial 库的功能。

3. 功能特点

pyserial（也就是serial模块）具备以下核心功能：

• 跨平台支持：能够在 Windows、Linux、macOS 等多种操作系统上正常工作。
• 参数配置：可以灵活设置波特率、数据位、停止位、校验位等串口参数。
• 数据读写：提供了read()、readline()、write()等方法，方便进行数据的读写操作。
• 超时控制：支持设置超时时间，避免程序在等待数据时出现阻塞。
• 事件监听：可以对串口的状态变化进行监听，例如 DTR、RTS 等信号。

4. 安装方式

由于serial实际上是 pyserial 的模块名，所以需要安装 pyserial 库：

pip install pyserial

安装完成后，在代码中使用import serial来导入相关功能。

5. 使用示例

下面是一个使用 pyserial（serial模块）进行串口通信的简单示例：

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）
)

# 发送数据
ser.write(b'Hello, serial!\n')

# 读取数据
if ser.in_waiting:
    data = ser.read(ser.in_waiting)
    print(f"收到数据: {data}")

# 关闭串口
ser.close()

6. 常见误解

• 误认为 serial 是标准库：实际上，Python 的标准库中并没有原生的serial模块，import serial导入的是第三方库 pyserial。
• 版本兼容性问题：pyserial 的版本更新可能会引入一些 API 变化，在使用时需要注意查看文档。

7. 适用场景

pyserial（serial模块）适用于以下场景：

• 硬件通信：与 Arduino、传感器、机器人等硬件设备进行串口通信。
• 工业控制：在工业自动化领域，与 PLC、仪表等设备进行数据交互。
• 嵌入式系统开发：开发和调试嵌入式系统时，通过串口进行程序上传和调试信息获取。
• 物联网应用：在物联网项目中，与各种支持串口通信的物联网设备进行连接。

8. 相关工具与扩展

• 串口调试助手：在开发过程中，可以使用一些串口调试助手工具来辅助调试，如 Tera Term、Putty 等。
• 扩展库：基于 pyserial，还有一些扩展库提供了更高级的功能，例如：
  • pyserial-asyncio：为 pyserial 提供异步 I/O 支持。
  • minimalmodbus：基于 pyserial 实现 Modbus 协议通信。

总结

• serial：不是一个独立的库，而是 pyserial 库对外暴露的模块名。
• pyserial：是 Python 中实现串口通信的事实标准库，提供了丰富的串口通信功能。
• 使用建议：在需要进行串口通信的 Python 项目中，直接安装 pyserial 库，然后使用import serial导入模块即可。

如果你在开发过程中遇到串口通信相关的问题，建议查阅 pyserial 的官方文档（Welcome to pySerial’s documentation — pySerial 3.4 documentation）获取更详细的信息和帮助。

在使用 Zigbee 模块进行数据传输时，一台电脑能接收数据而另一台不能，通常与硬件连接、驱动程序、串口配置、权限或环境干扰等因素有关。以下是可能的原因及排查步骤：

一、硬件与连接问题

1. 串口连接不稳定

   • 检查 Zigbee 模块的 USB 转串口线是否松动，尝试更换 USB 端口或数据线。
   • 不同电脑的 USB 供电能力可能不同，导致模块工作不稳定。

2. 硬件兼容性

   • 确认两台电脑的 USB 接口类型（USB2.0/3.0）是否与 Zigbee 模块兼容。
   • 某些电脑的 USB 端口可能存在供电不足或信号干扰问题。

3. 模块损坏

   • 尝试将能正常接收数据的模块换到另一台电脑上测试，排除模块本身故障。

二、驱动程序问题

1. 串口驱动缺失

   • 在设备管理器中检查 Zigbee 模块是否被识别为串口设备（如 COM3、/dev/ttyUSB0）。
   • 若未识别，安装对应的 USB 转串口驱动（如 CP2102、CH340 等芯片驱动）。

2. 驱动版本不兼容

   • 更新或回滚驱动程序版本，部分电脑的主板芯片组可能与特定驱动不兼容。

三、串口配置问题

1. 波特率等参数不一致

   • 确认两台电脑的串口配置（波特率、数据位、停止位、校验位）与 Zigbee 模块一致。
   • 例如：波特率通常为 9600、115200 等，校验位为 None，停止位为 1。

2. 串口被占用

   • 检查另一台电脑是否有其他程序（如串口调试助手、其他脚本）正在占用该串口。

四、权限与软件问题

1. 权限不足

   • Windows：确保以管理员权限运行串口程序。
   • Linux/macOS：添加用户到 dialout 或 uucp 组以获取串口访问权限：

     sudo usermod -a -G dialout $USER  # Ubuntu/Debian
     sudo usermod -a -G uucp $USER    # macOS
     

2. 防火墙或安全软件阻止

   • 临时关闭防火墙或安全软件，测试是否能接收数据。

3. 串口库或程序问题

   • 检查代码中是否指定了正确的串口号（如 COM3 vs COM4）。
   • 示例 Python 代码：

     import serial
     
     try:
         # 注意修改串口号和波特率
         ser = serial.Serial('COM3', 9600, timeout=1)
         data = ser.readline()
         print(f"收到数据: {data}")
     except Exception as e:
         print(f"错误: {e}")
     

五、环境干扰问题

1. 电磁干扰

   • 两台电脑的摆放位置可能不同，某些区域（如靠近电机、路由器）可能存在更强的电磁干扰。

2. 天线方向或距离

   • Zigbee 是无线通信，接收端的天线方向或与发送端的距离可能影响信号强度。

六、排查步骤建议

1. 硬件测试

   • 用同一模块和数据线，在两台电脑上分别测试。
   • 使用串口调试工具（如 Tera Term、PuTTY）手动发送 / 接收数据，确认硬件和驱动正常。

2. 串口监控

   • 在 Windows 上使用 PortMon 工具，或在 Linux 上使用dmesg命令监控串口连接情况。

3. 代码调试

   • 在两台电脑上运行相同的测试代码，打印详细的错误信息：

     import serial.tools.list_ports
     
     # 列出所有可用串口
     ports = list(serial.tools.list_ports.comports())
     for p in ports:
         print(f"可用串口: {p.device} - {p.description}")
     

七、常见解决方案

1. 更新驱动程序

   • 从芯片制造商官网下载最新驱动（如 Silicon Labs、FTDI）。

2. 更换串口线或 USB 端口

   • 使用短且质量好的 USB 线，优先连接电脑后置 USB 端口。

3. 修改代码中的串口号

   • 根据设备管理器显示的串口号调整代码。

4. 增加信号强度

   • 调整 Zigbee 模块的天线方向，或缩短与发送端的距离。

如果问题仍然存在，建议提供更多细节（如操作系统、错误信息、代码片段），以便进一步分析。