Android 串口通讯全解析：从硬件到代码实现
在工业控制、智能硬件、物联网等场景中，Android 设备常需与外部硬件（如传感器、PLC、读卡器）通过串口通信。串口作为一种传统的有线通信方式，以其简单可靠的特性，至今仍是设备间数据交互的重要选择。本文将从硬件基础到代码实现，全面讲解 Android 串口通讯的开发流程，帮助开发者快速搭建串口交互功能。
一、Android 串口通讯基础
1.1 什么是串口通讯？
串口通讯（Serial Communication）是指通过串行端口（如 RS-232、RS-485）实现设备间的数据传输。与 USB、蓝牙等方式相比，串口通讯具有硬件简单、协议灵活、抗干扰能力强的特点，适合短距离、低速率的数据交换（如工业设备状态监控、传感器数据采集）。
串口通讯的核心参数（需与外部设备一致）：
- 波特率（Baud Rate）：数据传输速率（如 9600、115200，单位：位 / 秒），双方必须使用相同波特率；
- 数据位（Data Bits）：每个字节的数据长度（通常为 8 位）；
- 停止位（Stop Bits）：标记一个数据帧的结束（通常为 1 位）；
- 校验位（Parity）：用于数据校验（如无校验、奇校验、偶校验，常用 “无校验”）。
1.2 Android 设备如何支持串口？
Android 设备本身通常不自带物理串口（手机、平板以 USB、蓝牙为主），需通过以下方式实现串口通讯：
1.USB 转串口
通过 “USB 转 TTL/RS232” 模块（如 CH340、PL2303 芯片），将 Android 设备的 USB 接口转换为串口，这是最常用的方案。
2.内置串口的定制设备
工业级 Android 设备（如工控平板、物联网网关）通常自带硬件串口（如 UART 接口），可直接使用。
3.蓝牙转串口
通过蓝牙模块（如 HC-05）将蓝牙信号转为串口数据，适合无线串口场景（但本质是蓝牙通讯，本文以有线串口为例）。
1.3 核心概念：串口设备节点
在 Android（基于 Linux）中，所有硬件设备都以 “设备节点” 形式存在于文件系统中。串口设备节点通常路径为：
- /dev/ttyS*（如ttyS0，内置硬件串口）；
- /dev/ttyUSB*（如ttyUSB0，USB 转串口模块，需驱动支持）；
- /dev/ttyACM*（如ttyACM0，部分 USB 转串口芯片的节点）。
串口通讯的本质是对设备节点进行文件读写操作：向节点写入数据（发送），从节点读取数据（接收）。
二、开发准备：硬件与依赖
2.1 硬件准备
- Android 设备：需支持 USB Host 模式（大部分设备默认开启）；
- USB 转串口模块：如 CH340 模块（性价比高，支持 Android 驱动）；
- 外部串口设备：如温湿度传感器、PLC 控制器（需确认其串口参数）；
- 连接线：根据模块和设备接口选择（如杜邦线、DB9 串口线）。
硬件连接示例：
Android 设备 USB 口 → USB 转串口模块（CH340） → 外部串口设备（如传感器），确保模块电源正常（部分模块需外接 5V 电源）。
2.2 驱动与权限
（1）USB 转串口驱动
USB 转串口模块需要 Android 设备支持对应的驱动：
- CH340/CH341：大部分 Android 设备已内置驱动，无需额外安装；
- PL2303：部分设备需手动安装驱动 APK（厂商提供）；
- CP2102：主流设备支持，可通过内核配置开启。
可通过adb shell ls /dev/ttyUSB*验证：插入模块后若能看到ttyUSB0节点，说明驱动已识别。
（2）Android 权限配置
在AndroidManifest.xml中添加 USB 相关权限：
对于 Android 6.0+，需动态申请 USB 设备访问权限（后续代码会涉及）。
2.3 依赖库：Android SerialPort
Android 原生 SDK 未提供串口操作 API，需使用第三方库封装串口读写逻辑。推荐使用android-serialport-api（GitHub 开源项目），核心功能是封装JNI层对串口设备节点的操作。
集成方式：
- 在app/build.gradle中添加依赖：
dependencies { implementation 'com.github.licheedev:Android-SerialPort:2.1.1' } - 若需自定义，可参考其核心逻辑：通过 JNI 调用 Linux 的open/read/write系统函数操作设备节点。
三、串口通讯核心 API 与流程
串口通讯的开发流程可概括为 “打开串口→发送数据→接收数据→关闭串口”，核心类为SerialPort（封装节点操作）和InputStream/OutputStream（数据读写流）。
3.1 打开串口（核心步骤）
打开串口需指定设备节点路径和串口参数（波特率、校验位等），并申请设备访问权限。
import android.hardware.usb.UsbManager;
import com.licheedev.hwutils.HwUtils;
import com.licheedev.serialport.SerialPort;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
public class SerialHelper {
private SerialPort mSerialPort;
private OutputStream mOutputStream;
private InputStream mInputStream;
private ReadThread mReadThread; // 接收数据的线程
// 打开串口
public boolean open(String devicePath, int baudRate) {
// 1. 检查设备节点是否存在
File device = new File(devicePath);
if (!device.exists()) {
Log.e("Serial", "设备节点不存在：" + devicePath);
return false;
}
// 2. 申请USB设备权限（Android 6.0+）
if (HwUtils.hasUsbPermission(device)) {
try {
// 3. 打开串口（参数：设备、波特率、校验位等）
// 第三个参数：0表示无校验，1表示奇校验，2表示偶校验
mSerialPort = new SerialPort(device, baudRate, 0);
// 获取读写流
mOutputStream = mSerialPort.getOutputStream();
mInputStream = mSerialPort.getInputStream();
// 4. 启动接收线程（持续读取数据）
mReadThread = new ReadThread();
mReadThread.start();
return true;
} catch (IOException e) {
Log.e("Serial", "打开串口失败：" + e.getMessage());
return false;
}
} else {
// 申请权限（需在Activity中处理权限回调）
HwUtils.requestUsbPermission(device);
return false;
}
}
// 接收数据的线程（必须在子线程中读取，避免阻塞主线程）
private class ReadThread extends Thread {
@Override
public void run() {
super.run();
byte[] buffer = new byte[1024]; // 缓冲区
int bytes;
while (!isInterrupted() && mInputStream != null) {
try {
// 读取数据（阻塞操作，若无数据会等待）
bytes = mInputStream.read(buffer);
if (bytes > 0) {
// 拷贝有效数据（避免缓冲区多余数据）
byte[] data = new byte[bytes];
System.arraycopy(buffer, 0, data, 0, bytes);
// 回调给UI层处理（需切换到主线程）
onDataReceived(data);
}
} catch (IOException e) {
Log.e("Serial", "读取数据失败：" + e.getMessage());
break;
}
}
}
}
// 数据接收回调（需在主线程处理）
private void onDataReceived(byte[] data) {
// 示例：转换为十六进制字符串
String hexData = bytesToHex(data);
Log.d("Serial", "收到数据：" + hexData);
// 通知UI更新（可通过Handler或接口回调）
}
// 字节数组转十六进制字符串（便于调试）
private String bytesToHex(byte[] bytes) {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (byte b : bytes) {
String hex = String.format("%02X ", b);
sb.append(hex);
}
return sb.toString();
}
}关键说明：
- 设备节点路径需根据实际模块确定（可通过adb shell ls /dev/tty*查看插入模块前后的节点变化）；
- 波特率必须与外部设备一致（如传感器默认 9600，需对应设置）；
- 接收数据需在独立线程中进行（read方法是阻塞的，避免卡死主线程）。
3.2 发送数据
通过OutputStream向串口写入字节数组，需注意数据格式（与外部设备约定，如固定长度、带校验位）。
// 发送数据（字节数组）
public void send(byte[] data) {
if (mOutputStream == null) {
Log.e("Serial", "串口未打开");
return;
}
try {
mOutputStream.write(data);
mOutputStream.flush(); // 立即发送
Log.d("Serial", "发送数据：" + bytesToHex(data));
} catch (IOException e) {
Log.e("Serial", "发送失败：" + e.getMessage());
}
}
// 发送字符串（需转为字节数组，指定编码）
public void send(String text) {
send(text.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
}
// 发送十六进制字符串（如"AA BB CC"）
public void sendHex(String hex) {
byte[] data = hexToBytes(hex);
if (data != null) {
send(data);
}
}
// 十六进制字符串转字节数组（工具方法）
private byte[] hexToBytes(String hex) {
hex = hex.replaceAll(" ", ""); // 去除空格
int len = hex.length();
if (len % 2 != 0) {
Log.e("Serial", "十六进制字符串长度应为偶数");
return null;
}
byte[] bytes = new byte[len / 2];
for (int i = 0; i < len; i += 2) {
bytes[i / 2] = (byte) Integer.parseInt(hex.substring(i, i + 2), 16);
}
return bytes;
}3.3 关闭串口（释放资源）
使用完毕后需关闭串口，停止接收线程，避免资源泄漏。
// 关闭串口
public void close() {
// 停止接收线程
if (mReadThread != null) {
mReadThread.interrupt();
mReadThread = null;
}
// 关闭流
try {
if (mInputStream != null) {
mInputStream.close();
mInputStream = null;
}
if (mOutputStream != null) {
mOutputStream.close();
mOutputStream = null;
}
} catch (IOException e) {
Log.e("Serial", "关闭流失败：" + e.getMessage());
}
// 关闭串口
if (mSerialPort != null) {
mSerialPort.close();
mSerialPort = null;
}
}3.4 权限申请处理
在 Activity 中处理 USB 权限申请回调，确保能访问串口设备：
public class SerialActivity extends AppCompatActivity {
private SerialHelper mSerialHelper;
private static final String ACTION_USB_PERMISSION = "com.example.serial.USB_PERMISSION";
private final BroadcastReceiver mUsbReceiver = new BroadcastReceiver() {
@Override
public void onReceive(Context context, Intent intent) {
String action = intent.getAction();
if (ACTION_USB_PERMISSION.equals(action)) {
synchronized (this) {
UsbDevice device = intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_DEVICE);
if (intent.getBooleanExtra(UsbManager.EXTRA_PERMISSION_GRANTED, false)) {
if (device != null) {
// 权限已获取，打开串口
mSerialHelper.open("/dev/ttyUSB0", 9600);
}
} else {
Log.e("Serial", "用户拒绝了USB权限");
}
}
}
}
};
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_serial);
mSerialHelper = new SerialHelper();
// 注册USB权限广播
IntentFilter filter = new IntentFilter(ACTION_USB_PERMISSION);
registerReceiver(mUsbReceiver, filter);
// 初始化时尝试打开串口
findViewById(R.id.btn_open).setOnClickListener(v -> {
// 检查是否有USB权限
File device = new File("/dev/ttyUSB0");
if (!HwUtils.hasUsbPermission(device)) {
// 申请权限
PendingIntent permissionIntent = PendingIntent.getBroadcast(
this, 0, new Intent(ACTION_USB_PERMISSION),
PendingIntent.FLAG_IMMUTABLE
);
UsbManager usbManager = (UsbManager) getSystemService(Context.USB_SERVICE);
usbManager.requestPermission(HwUtils.getUsbDevice(device), permissionIntent);
} else {
// 已有权限，直接打开
mSerialHelper.open("/dev/ttyUSB0", 9600);
}
});
// 发送数据按钮
findViewById(R.id.btn_send).setOnClickListener(v -> {
String text = ((EditText) findViewById(R.id.et_send)).getText().toString();
mSerialHelper.send(text);
});
}
@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();
// 注销广播，关闭串口
unregisterReceiver(mUsbReceiver);
mSerialHelper.close();
}
}四、实战案例：与串口设备通信
以 “Android 设备与温湿度传感器通过串口通信” 为例，说明完整流程。
4.1 场景需求
- 传感器通过串口输出温湿度数据（格式：AA 01 02 03 BB，其中 02、03 分别为温度、湿度值）；
- Android 设备发送指令AA 00 BB请求数据；
- 接收数据后解析温度和湿度，显示在 UI 上。
4.2 代码实现（核心逻辑）
// 在SerialHelper的onDataReceived中解析数据
private void onDataReceived(byte[] data) {
String hexData = bytesToHex(data);
Log.d("Serial", "收到原始数据：" + hexData);
// 按协议解析（示例：AA 01 02 03 BB）
if (data.length == 5
&& data[0] == (byte) 0xAA
&& data[4] == (byte) 0xBB) {
int temp = data[2] & 0xFF; // 温度值（转为无符号整数）
int humi = data[3] & 0xFF; // 湿度值
// 切换到主线程更新UI
runOnUiThread(() -> {
tvTemp.setText("温度：" + temp + "℃");
tvHumi.setText("湿度：" + humi + "%");
});
} else {
Log.w("Serial", "数据格式不符");
}
}
// 发送请求指令（在Activity中调用）
findViewById(R.id.btn_request).setOnClickListener(v -> {
// 发送指令：AA 00 BB
mSerialHelper.sendHex("AA 00 BB");
});五、常见问题及解决方案
5.1 串口无法打开（Permission denied）
- 原因：设备节点无读写权限，或未获取 USB 权限。
- 解决：
- 检查/dev/ttyUSB0的权限（adb shell ls -l /dev/ttyUSB0），确保有rw权限；
- 确认已申请 USB 权限（在onCreate中主动请求）；
- 对于 root 设备，可通过命令修改权限：adb shell chmod 666 /dev/ttyUSB0。
5.2 数据接收乱码或不完整
- 原因：串口参数不匹配（波特率错误），或接收线程读取不及时。
- 解决：
- 核对波特率、数据位、校验位（必须与外部设备完全一致）；
- 增大接收缓冲区（如byte[] buffer = new byte[4096]）；
- 确保接收线程不被阻塞（避免在run方法中做耗时操作）。
5.3 发送数据无响应
- 原因：硬件连接错误，或外部设备未正确识别指令。
- 解决：
- 检查接线（TX 接 RX，RX 接 TX，共地，避免交叉）；
- 用串口调试助手（如 Windows 的 SSCOM）测试外部设备是否正常；
- 确认指令格式正确（如是否需要校验位、结束符）。
5.4 USB 转串口模块不识别
- 原因：驱动不支持或模块供电不足。
- 解决：
- 更换 CH340 等主流芯片的模块（兼容性更好）；
- 检查模块是否需要外接电源（部分模块仅靠 USB 供电不足）；
- 在设备/proc/tty/drivers中查看是否有usbserial驱动。
六、优化与扩展
6.1 数据校验机制
为确保数据可靠性，可在协议中添加校验位（如 CRC 校验）：
// 计算CRC16校验（示例）
public static int crc16(byte[] data) {
int crc = 0xFFFF;
for (byte b : data) {
crc ^= (int) b & 0xFF;
for (int i = 0; i < 8; i++) {
if ((crc & 1) != 0) {
crc = (crc >> 1) ^ 0xA001;
} else {
crc >>= 1;
}
}
}
return crc;
}
// 发送数据时添加CRC
byte[] data = "Hello".getBytes();
int crc = crc16(data);
byte[] crcBytes = new byte[2];
crcBytes[0] = (byte) (crc & 0xFF);
crcBytes[1] = (byte) (crc >> 8);
// 拼接数据和CRC后发送
byte[] sendData = ArrayUtils.addAll(data, crcBytes);6.2 断线重连机制
监测串口连接状态，断开时自动重连：
// 在SerialHelper中添加状态监测
private void checkConnectStatus() {
new Handler(Looper.getMainLooper()).postDelayed(() -> {
if (mSerialPort == null || !isReading()) { // 未打开或读取中断
Log.w("Serial", "尝试重连串口");
open("/dev/ttyUSB0", 9600);
}
checkConnectStatus(); // 循环监测
}, 3000); // 每3秒检查一次
}6.3 多串口管理
对于需要连接多个串口设备的场景（如工业控制），可封装SerialManager管理多个SerialHelper实例：
public class SerialManager {
private Map mSerialHelpers = new HashMap<>();
// 获取指定串口的助手
public SerialHelper getSerial(String devicePath) {
if (!mSerialHelpers.containsKey(devicePath)) {
mSerialHelpers.put(devicePath, new SerialHelper());
}
return mSerialHelpers.get(devicePath);
}
// 关闭所有串口
public void closeAll() {
for (SerialHelper helper : mSerialHelpers.values()) {
helper.close();
}
mSerialHelpers.clear();
}
} 七、总结
Android 串口通讯的核心是 “通过设备节点进行文件读写”，开发流程遵循 “打开→发送→接收→关闭” 的逻辑。关键在于：
- 硬件连接与驱动支持（USB 转串口模块需正确识别）；
- 串口参数匹配（波特率、校验位必须与外部设备一致）；
- 数据解析与线程管理（接收需异步，避免主线程阻塞）。
实际开发中，需根据外部设备的通讯协议（数据格式、指令集）定制解析逻辑，并做好异常处理（断线重连、数据校验）。通过本文的步骤，可快速搭建稳定的串口通讯功能，满足工业控制、智能硬件等场景的需求。