api 串口binary

API 串口 Binary 数据传输详解

API 与串口通信基础

1 API（应用程序编程接口）

• 定义：API 是预先定义的函数、协议和工具集合，允许软件应用之间相互交互。
• 作用：屏蔽底层实现细节，提供标准化的调用方式。
• 分类：
  • 系统 API：如 Windows API、POSIX API。
  • 库 API：如 libserial（串口通信库）、Boost.Asio。
  • 自定义 API：针对特定设备或协议开发的接口。

2 串口通信基础

• 物理层：RS-232、RS-485 等标准，定义电压、引脚和电气特性。
• 数据格式：
  • 起始位：1 位低电平（逻辑 0）。
  • 数据位：8 位（可配置为 5-9 位）。
  • 校验位：无校验、奇校验、偶校验。
  • 停止位：1 位高电平（逻辑 1），可扩展为 1.5 或 2 位。
• 波特率：每秒传输的符号数（bps），常见值如 9600、115200。

API 实现串口 Binary 数据传输

1 串口配置参数

2 Binary 数据特点

• 格式：以字节（Byte）为单位，直接传输原始二进制数据。
• 优势：
  • 高效：无需字符编码转换（如 ASCII）。
  • 紧凑：适合传输图像、音频、文件等非文本数据。
• 示例：
  • 发送 [0x01, 0x02, 0x03] 直接对应二进制流 00000001 00000010 00000011。

3 API 操作流程

步骤 1：初始化串口

import serial
# 配置串口参数
ser = serial.Serial(
    port="COM3",        # 串口名称
    baudrate=115200,    # 波特率
    bytesize=serial.EIGHTBITS,  # 数据位
    parity=serial.PARITY_NONE,   # 校验位
    stopbits=serial.STOPBITS_ONE # 停止位
)

步骤 2：发送 Binary 数据

# 构造二进制数据（传感器读数）
data = bytes([0x1A, 0x2B, 0x3C, 0x4D])
# 发送数据
ser.write(data)

步骤 3：接收 Binary 数据

# 读取数据（最多 10 字节）
received_data = ser.read(10)
# 解析为十六进制字符串
print(received_data.hex())  # 输出类似 "1A2B3C4D"

步骤 4：关闭串口

ser.close()

常见问题与解决方案

1 数据粘包问题

• 原因：接收方未按完整数据包长度读取，导致数据拼接错误。
• 解决方案：
  • 固定数据包长度（如每次发送 4 字节）。
  • 添加数据头（如帧起始符、长度字段）。

2 校验与错误处理

• 校验方法：
  • 简单校验：比较接收字节数与预期长度。
  • CRC 校验：计算循环冗余校验码（如 CRC16）。
• 错误处理：
  • 超时重传：设置接收超时时间（timeout 参数）。
  • 异常捕获：使用 try-except 处理通信错误。

应用场景举例

相关问题与解答

问题 1：如何判断串口是否成功发送了 Binary 数据？

解答：

1. 返回值检查：ser.write(data) 返回写入的字节数，应与 len(data) 一致。
2. 接收端反馈：要求接收方发送确认消息（如回传校验和）。
3. 硬件指示：观察串口设备的发送指示灯（如 RTS/CTS 信号）。

问题 2：Binary 数据与文本数据有何本质区别？

解答：
| 特性 | Binary 数据 | 文本数据（如 ASCII） |
|———————|———————————|—————————-|
| 编码方式 | 直接存储原始字节 | 需转换为字符编码（如 UTF-8）|
| 用途 | 适合文件、图像、音频等非文本数据 | 适合人类可读的文本信息 |
| 传输效率 | 更高（无编码转换开销） | 较低（需处理字符集映射） |
| 兼容性 | 依赖双方协议定义数据格式 | 通用性强（如 JSON、XML） |

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