树莓派3B+使用GPIO实现串口通信

介绍

  由于项目原因需要使用树莓派连接串口，从串口获取机器人的信息同时也向机器人发送控制信息，因此串口在这里灰常重要。下面简单介绍下目前的方案：

方案介绍

  旧方案： 借助串口模块（FT232、CH340模块等）。串口模块插在树莓派上。

• 缺点：

  1. 因为机器人要在室外工作，经常由于阳光的照射导致机器人、串口模块温度升高，从而导致串口工作不稳定。
  2. 因为串口模块插在树莓派的USB上，经常会由于机器人颠簸导致连接不良。
  3. 不同型号的模块用的串口通信芯片可能不一样，这个时候在配置.rules来固定串口时，需要对不同的串口模块分别配置单独的规则，详情请移步之前教程《串口绑定别名》。
  4. 串口和树莓派之间连接、串口和机器人之间连接都可能出现问题，导致系统问题出现问题的情况有点多，排查起来也比较麻烦。

• 优点：

  1. 串口插拔方便 ，坏了可以直接换。
  2. 用起来方便，不用很麻烦的配置环境。

• 新方案： 直接使用树莓派的GPIO中的串口，这样可以减少串口模块的使用，避免出现上述问题。

串口配置的各种坑

  为了使用树莓派板上的GPIO串口，折腾了两天，虽然目前网上挺多资料的，但是由于系统的不同，各种问题：

1. 树莓派硬件不一样，本教程里面用的是树莓派3B+，网上大多数都是树莓派3B的教程
2. 系统不一样，本教程使用的是Ubuntu mate 16.04系统，网上大多数都是Debin、Centos等系统，反正就是没有Ubuntu mate的资料。（这个可以理解，毕竟树莓派3B+目前还没有官方的Ubuntu mate系统提供，当初我安装Ubuntu mate 16.04的时候也是各种坑，想用这个系统的请移步树莓派3B+ 安装Ubuntu mate 16.04教程）

  主要就是上面这些问题啦，不过是真心难解决。下面给大家详细的解决方案：

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配置步骤

首先大家可以使用命令看一下树莓派3b+支持的GPIO串口

ls -la /dev/

  大家可以发现如下图所示，应该是没有红色框内的串口ttyS0，只有蓝色框内的串口ttyAMA0。其中/dev/ttyAMA0串口时给蓝牙模块使用的。另外一个ttyS0应该是对接的miniUART，不过不知道为啥这个不显示，而且不能直接用，需要进行配置。我看了有些文章里面说，需要将连接蓝牙的串口/dev/ttyAMA0映射到serial0，因此这个比较稳定（图中按着文章中的步骤配置完后serial0映射的是串口/dev/ttyS0），但是我测试了2个小时也没有看到串口/dev/ttyS0崩溃，而且运行时CPU占用率80%，所以就没必要来回切换映射咯。

启用串口ttyS0

下面打开串口/dev/ttyS0，在命令框输入

sudo rasp-config

打开系统配置界面如下图，选择Inerfacing Options

然后选择 serial

选择No

然后Yes

最后选择保存，退出即可。

这个时候在输入下面的命令就可以看到串口ttyS0，但是还是不能用，继续配置。

ls -la /dev/

关闭Console

在终端中输入：

sudo systemctl stop serial-getty@ttyS0.service
sudo systemctl disable serial-getty@ttyS0.service

然后配置cmdline.txt，使用的是vim，不会用的可以使用其他编辑器

sudo vim /boot/cmdline.txt

打开后你应该可以看到这个，我自己的系统打开后在root wait后面还有一长串，不过不影响

dwc_otg.lpm_enable=0 console=serial0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes root wait

删掉里面的console=serial0,115200，注意，其他的不要删掉，不管后面是什么，都只删掉中间的这一句话。

保存之后，重启树莓派。

然后，在此编辑cmdline.txt

sudo vim /boot/cmdline.txt

在里面输入console=serial0(or ttyAMA0),115200，后面的不要动，在中间插入就行，没错，括号里的也要写上去不要乱改。

dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 console=serial0(or ttyAMA0),115200 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait

然后，再重启，就可以啦

测试

连线

树莓派串口接线如下图所示：
记得TX接RX，RX接TX

对应引脚参照表如下：

编辑文件

vim test.py

输入下面的代码（注意这里配置的串口波特率是9600）：

import serial

serialport = serial.Serial("serial0", baudrate=9600, timeout=3.0)

while True:
    serialport.write("rnSay something:")
    rcv = serialport.read(10)
    serialport.write("rnYou sent:" + repr(rcv))

运行代码

运行代码之前，需要先提升串口/dev/ttyS0的读写权限

sudo chmod 666 /dev/ttyS0

然后在运行代码

pythoin test.py

ttyS0串口权限

前面虽然已经把串口配置好，但是每次使用串口时需要运行sudo chmod 666 /dev/ttyS0给串口权限，为了方便，下面介绍如何把串口/dev/ttyS0自动获取权限
先运行

sudo systemctl mask serial-getty@ttyS0.service

然后编写.rulrs规则

sudo vim /etc/udev/rules.d/90-local.rules

然后在里面加上：

KERNEL=="ttyS0*", OWNER="root", GROUP="tty", MODE="0666" 

这里简单解释下，其中KERNEL是串口的名字，OWNER是拥有者，对应下图中红色框，GROUP是所属的群，对应下图中的蓝色框

然后，重启，完事儿~

如果想修改蓝牙和串口之间的映射，请参考下面的连接

参考文献

How to setup the UART on Raspberry Pi 3