Python学习之道-串口编程&TEMI880温箱控制

PS：自己学习Python已经断断续续有1年了，之前没有写博客的习惯，前段日子去图书馆借阅了《程序员的自我修养》，觉得应该养成写博客的习惯，将自己学习的过程记录下来，方便自己也方便大家，记录自己学习历程和思路，后面回顾也方便易上手。最主要的是方面自己查找 哈哈
从大一开始接触单片机开发，串口使用了8年了，之前做上位机开发时大多使用MFC/C#/LabVIEW等，比较杂。现在学习用Python进行串口编程，相信效率会高不少。

一、环境准备

参照网上的教程，消息吸收。

安装pyserial库

https://github.com/pyserial/pyserial

pip install pyserial

PS D:\python> pip install pyserial
Collecting pyserial
  Downloading https://files.pythonhosted.org/packages/0d/e4/2a744dd9e3be04a0c0907414e2a01a7c88bb3915cbe3c8cc06e209f59c30/pyserial-3.4-py2.py3-none-any.whl (193kB)
    100% |████████████████████████████████| 194kB 613kB/s
Installing collected packages: pyserial
Successfully installed pyserial-3.4
PS D:\python>

pyserial库常用函数介绍

serial.Serial(portx, bps, timeout = waitTime)

serial = serial.Serial(‘COM1’, 115200) 打开COM1并设置波特率为115200，COM1只适用于Windows
serial = serial.Serial(‘/dev/ttyS0’, 115200) 打开/dev/ttyS0并设置波特率为115200, 只适用于Linux
print serial .portstr 能看到第一个串口的标识
serial .write(“hello”) 往串口里面写数据
serial .close() 关闭serial 表示的串口
serial .open() 打开串口
data = serial .read(num) 读num个字符
data = serial .readline() 读一行数据，以/n结束，要是没有/n就一直读，阻塞。
serial .baudrate = 9600 设置波特率
print serial 可查看当前串口的状态信息
serial .isOpen() 当前串口是否已经打开
serial.inWaiting() 判断当前接收的数据
serial.flushInput() 清除输入缓冲区数据
serial.flushOutput() 中止当前输出并清除输出缓冲区数据

参考例程

#!/usr/bin/python
# coding=UTF-8

import serial

###################################################
#
# 功 能: 将接收到的数据已hex显示
# 参 数: 串口接受到的数据
# 返 回: 转换后的数据
#
###################################################

def hexshow(data):
    hex_data = ''
    hLen = len(data)
    for i in xrange(hLen):
        hvol = ord(data[i])
        hhex = '%02x' % hvol
        hex_data += hhex+' '
    print 'hexshow:', hex_data


###################################################
#
# 功 能: 将需要发送的字符串以hex形式发送
# 参 数: 待发送的数据
# 返 回: 转换后的数据
#
###################################################

def hexsend(string_data=''):
    hex_data = string_data.decode("hex")
    return hex_data



if __name__ == '__main__':
    serial = serial.Serial('/dev/ttyS0', 115200)
    print serial
    if serial.isOpen():
       print("open success")
    else:
        print("open failed")


    try:
        while True:
            count = serial.inWaiting()
            if count > 0:
                data = serial.read(count)
                if data != b'':
                    print("receive:", data)
                    serial.write(data)
                else:
                    serial.write(hexsend(data))
    except KeyboardInterrupt:
        if serial != None:
            serial.close()

参考文档
神奇的python（六）之python的串口操作（pyserial） - absinjun的博客 - CSDN博客
python串口通信 - 微小冷的学习笔记 - CSDN博客
Python3+PyQT5+Pyserial 实现简单的串口工具 - 钟鸣的博客 - CSDN博客

二、开发实践

1、实践项目

实现基于python开发脚本控制可程式恒温恒湿试验箱
温箱控制器型号：广州庆瑞 TEMI880

2、协议介绍

2.1 一般的指令格式:

		S[地址][命令ID][…其它操作数….]A 
		E[地址][命令ID][…其它操作数….]A

注意： 1.开头第一个字母，S表示读取仪表的数据，E表示修改和控制仪表
2.地址只能两个字节，并且只能在第2，3位，
3.两个操作数之间用“#”作为分隔符
4.本协议使用和校验方式。

2.2 举例：

这是仪表回发PC的报文：01 63 02 1B 18 00 00 7C 15 00 00 E8 1E 00 00 88 13 00 00 CB CB
校验码=MOD((01+63+02+1B+18+00+00+7C+15+00+00+E8+1E+00+00+88+13+00+00),256) 【和校验方式】
对整个报文（不包括最后两个字节）进行求和后，对总和对256求余，只保留最一个字节，最后两个校验码是相同的。

2.3 协议命令

命令1：查询仪表的运行状态：
访问格式 S0199A 或者S01#99#A 注：[01]是仪表的地址 [99]是查询指令
以下是仪表返回的数据，以16进制显示 01 63 02 1B 18 00 00 7C 15 00 00 E8 1E 00 00 88 13 00 00 CB CB

01 是仪表的地址
63 是ID，标识这段数据包是何种格式
02运行状态 0:程式停止1:程式运行2:定值停止3:定值运行
1B 18 00 00 是当前温度值, 还原算法如下，以下的数是16进制
温度值=(00 * 1000000 + 0010000 +18 * 100 + 1B)/64
结果是:61.71
例如：当温度为负数时,根据数制原理求补数的方法
最高位为1表示为负数 （60 F0 FF FF）
<1>原数：60 F0 FF FF (实为：-4000)
<2>取反: 9F 0F 00 00
<3>求和: (00 * 1000000 + 0010000 +0F * 100 + 9F)=F9F
<4>加1：(F9F=3999) 3999 + 1 = 4000
<5>取反-4000
<6>转化成单精度:-4000/100.0 = -40.0
7C 15 00 00 是当前温度设定值, 还原算法如下，以下的数是16进制
温度设定值=(00 * 1000000 + 0010000 +15 * 100 + 7C)/64
结果是:55.00
8E 1E 00 00 是当前湿度, 还原算法如下，以下的数是16进制
湿度=(00 * 1000000 + 0010000 +1E * 100 + 8E)/64
结果是:78.22
88 13 00 00 是当前湿度设定值, 还原算法如下，以下的数是16进制
湿度设定值=(00 * 1000000 + 00*10000 +13 * 100 + 88)/64
结果是:50.00
【如果是单温仪表，湿度的设定和显示值也会发过来，不用就行了】
CB CB 是本段数据的校验码，两个值相同，建议使用倒数第二个。

命令2：启动运行：
格式：E01#99#1#A 说明：[01]是仪表的地址 [99]是查询指令 [1]表示启动运行
命令3：停止运行：
格式：E01#99#2#A 说明：[01]是仪表的地址 [99]是查询指令 [2]表示停止运行
命令4：修改定值温度设定值
格式：E01#600#478#修改值#A 例如:E01#600#478#56.24#A 把温度的设定值改为56.24
命令5：修改定值湿度设定值
格式：E01#600#479#修改值#A 例如:E01#600#479#90.0#A 把湿度的设定值改为90.0
命令6：解除程式的保持：
格式：E01#99#10#A 说明：[01]是仪表的地址 [99]是查询指令 [10]表示解除保持
命令7：启动程式的保持：
格式：E01#99#11#A 说明：[01]是仪表的地址 [99]是查询指令 [11]表示启动保持

3、串口测试

测试能否正常收发
测试源码如下：

#!/usr/bin/python
# coding=UTF-8

import serial
import os
import time


if __name__ == '__main__':
    serial = serial.Serial('COM3', 2400)
    print (serial)
    if serial.isOpen():
       print("打开串口成功")
    else:
        print("打开串口 failed")

    cmd1 = b"S01#99#A"
    try:
        while True:
            serial.write(cmd1)
            time.sleep(2)
            count = serial.inWaiting()
            if count > 0:
                data = serial.read(count)
                if data != b'':
                    print("receive:", data)
                    serial.write(data)
    except KeyboardInterrupt:
        if serial != None:
            serial.close()

运行结果

F:\MyPython\testDemo1\venv\Scripts\python.exe F:/MyPython/testDemo1/test1.py
Serial(port='COM3', baudrate=2400, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=None, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
打开串口成功
receive: b'\x01c\x01\x9b\x11\x00\x00\x94\x11\x00\x00\x17$\x00\x00T$\x00\x00ii'
receive: b'\x01c\x01\x9a\x11\x00\x00\x94\x11\x00\x00\x17$\x00\x00T$\x00\x00hh'

4、温箱串口控制类实现

#!/usr/bin/env python 
# -*- coding:utf-8 -*-

import serial
from array import array
import os
import time

class CTEMI880:
    """该类是广州庆瑞的TEMI880的串口控制驱动"""    #类文档字符串
    # 定义基本属性
    comName = ""
    #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __tempSV = 0
    __tempCV = 0
    __humiSV = 0
    __humiCV = 0
    __stateV = 0
    __dstate = {        #用字典实现switch 功能
        0x00: '程式停止',
        0x01: '程式运行',
        0x02: '定值停止',
        0x03: '定值运行',
    }

    def __init__(self, comName = "COM3"):      #构造方法
        comName = comName
        self.__serial = serial.Serial(comName, 2400)
        print(serial)
        if self.__serial.isOpen():
            print("打开串口成功")
        else:
            print("打开串口 failed")

    def __del__(self):
        if self.__serial != None:
            self.__serial.close()

    @staticmethod
    def __checkSum(self,array):
        if len(array) == 21:
            sum  = 0
            temp = array[0:19]
            for b in temp:
                sum += b
            sum = 0x00ff & sum
            print('sum is:',sum,'array[19] is:',array[19])
            if (sum == array[19]) and (sum == array[20]):
                return True
            else:
                return False
        return False

    def get_state(self):
        cmd1 = b"S01#99#A"
        try:
            self.__serial.write(cmd1)
            time.sleep(1)
            count = self.__serial.inWaiting()
            if count > 0:
                data = self.__serial.read(count)
                if data != b'':
                    print("receive:", data)
                    if self.__checkSum(self, data) is True:
                        self.__stateV = self.__dstate.get(data[2], '未知状态')
                        self.__tempCV = int.from_bytes(data[3:7],byteorder='little',signed=True)/100
                        self.__tempSV = int.from_bytes(data[7:11],byteorder='little',signed=True)/100
                        self.__humiCV = int.from_bytes(data[11:15],byteorder='little',signed=True)/100
                        self.__humiSV = int.from_bytes(data[15:19],byteorder='little',signed=True)/100
                        print(self.__stateV,'TCV:',self.__tempCV,'TSV:',self.__tempSV,' ',self.__humiCV,' ',self.__humiSV)
                        #print('校验成功')
                    else:
                        print('校验失败')
        except KeyboardInterrupt:
            if self.__serial is not None:
                self.__serial.close()

    def temi_run(self):
        cmd1 = b"E01#99#1#A"        #格式：E01#99#1#A 说明：[01]是仪表的地址 [99]是查询指令 [1]表示启动运行
        try:
            if self.__serial.is_open:
                self.__serial.write(cmd1)
            else:
                print('串口未打开或不存在')
        except KeyboardInterrupt:
            if self.__serial is not None:
                self.__serial.close()

    def temi_stop(self):
        cmd1 = b"E01#99#2#A"        #格式：E01#99#2#A 说明：[01]是仪表的地址 [99]是查询指令 [2]表示停止运行
        try:
            if self.__serial.is_open:
                self.__serial.write(cmd1)
            else:
                print('串口未打开或不存在')
        except KeyboardInterrupt:
            if self.__serial is not None:
                self.__serial.close()

    def temi_set_temp(self,flaot):
        """修改定值温度设定值"""
        cmd1 = b'E01#600#478#%.2f#A' % (flaot)   #格式：E01#600#478#修改值#A    例如:E01#600#478#56.24#A 把温度的设定值改为56.24
        #cmd1 = bytes(str1,'ascii')
        print('修改定值温度设定值',cmd1)
        try:
            if self.__serial.is_open:
                self.__serial.write(cmd1)
            else:
                print('串口未打开或不存在')
        except KeyboardInterrupt:
            if self.__serial is not None:
                self.__serial.close()

    def temi_set_humi(self, flaot):
        """修改定值湿度设定值"""
        cmd1 = b'E01#600#479#%.1f#A' % (flaot)  #格式：E01#600#479#修改值#A    例如:E01#600#479#90.0#A 把湿度的设定值改为90.0
        # cmd1 = bytes(str1,'ascii')
        print('修改定值湿度设定值',cmd1)
        try:
            if self.__serial.is_open:
                self.__serial.write(cmd1)
            else:
                print('串口未打开或不存在')
        except KeyboardInterrupt:
            if self.__serial is not None:
                self.__serial.close()

    def displayState(self):
        print('当前运行状态：',self.__stateV)
        return self.__stateV

    def displayTempCV(self):
        print('当前实时温度：', self.__tempCV)
        return self.__tempCV

    def displayTempSV(self):
        print('当前设置温度：', self.__tempSV)
        return self.__tempSV

    def displayHumiCV(self):
        print('当前实时湿度：', self.__humiCV)
        return self.__humiCV

    def displayHumiSV(self):
        print('当前设置湿度：', self.__humiSV)
        return self.__humiSV


temi880 = CTEMI880("COM3")
temi880.temi_run()
time.sleep(2)
temi880.temi_set_temp(-39)
time.sleep(2)
while True:
    temi880.displayHumiCV()
    temi880.displayHumiSV()
    temi880.displayTempCV()
    temi880.displayTempSV()
    temi880.displayState()
    temi880.get_state()

print(temi880.__class__)

参考
python之将byte转换为int类型函数 int.from_bytes 详解与原码反码补码的简单介绍 - aic1999的博客 - CSDN博客