第三章 数据采集基础：串口通信原理、使用pyserial读取传感器数据、数据格式解析

3.1 串口通信，到底是个啥？

做传感器标定，第一关就是跟硬件“对上话”。

串口通信，说白了就是让两个设备按一个约定好的节奏，一位一位地传数据。你想想看，传感器采集到的温度、压力、加速度这些物理量，最终都要变成数字信号，通过串口送到你的电脑上。我刚开始接触这行时，总觉得串口很神秘，后来拆了几个模块才明白——其实就是三根线的事：TX（发送）、RX（接收）、GND（地线）。

串口通信有几个关键参数，我列个表，你对照着看：

3.2 用 pyserial 读取传感器数据

Python 里操作串口，最趁手的库就是 pyserial。我个人习惯先装好库，再写代码：

pip install pyserial

然后，打开串口、读取数据，核心代码其实就几行：

import serial

# 打开串口
ser = serial.Serial(
    port='COM3',        # Windows下是COM口，Linux下是/dev/ttyUSB0
    baudrate=115200,
    bytesize=8,
    parity='N',
    stopbits=1,
    timeout=1           # 超时1秒，防止卡死
)

# 读取一行数据
data = ser.readline()
print(data)

# 用完记得关闭
ser.close()

这里有个坑——readline() 读到的是字节串（bytes），不是字符串。你直接打印出来，看到的可能是 b'\x01\x02\x03...' 这种鬼样子。别慌，后面我们会讲怎么解析。

3.3 数据格式解析——从字节到物理量

传感器传过来的数据，通常不是直接能用的数字。比如一个温湿度传感器，可能发来的是这样的字节流：

b'\xAA\x55\x01\x1A\x02\x3C\xFF'

这串东西怎么变成温度和湿度？我一般按这几步走：

1. 确定帧头帧尾——比如 \xAA\x55 是帧头，\xFF 是帧尾
2. 提取有效数据——去掉帧头帧尾，中间 \x01\x1A\x02\x3C 就是数据区
3. 按协议解析——比如第1字节是温度整数部分，第2字节是温度小数部分

举个例子，假设协议规定：温度 = 数据区第1字节 + 第2字节/100，湿度 = 第3字节 + 第4字节/100。那么：

raw_data = b'\xAA\x55\x01\x1A\x02\x3C\xFF'

# 去掉帧头帧尾
payload = raw_data[2:-1]  # 得到 b'\x01\x1A\x02\x3C'

# 解析温度
temp_int = payload[0]     # 0x01 = 1
temp_dec = payload[1]     # 0x1A = 26
temperature = temp_int + temp_dec / 100.0  # 1.26 °C

# 解析湿度
hum_int = payload[2]      # 0x02 = 2
hum_dec = payload[3]      # 0x3C = 60
humidity = hum_int + hum_dec / 100.0       # 2.60 %RH

print(f"温度: {temperature}°C, 湿度: {humidity}%RH")

3.4 知识体系总览

下面这张图，把本章的核心逻辑串起来了。你一看就明白：

3.5 实战中的几个小建议

• 先确认硬件连接——用示波器或逻辑分析仪看波形，比猜靠谱得多。我习惯先用串口助手（比如 SSCOM）手动发数据，确认传感器有响应，再写代码。
• 加超时处理——串口读数据可能因为线松、干扰等原因卡住。设置 timeout 参数，配合 try-except 捕获异常，程序才不会死掉。
• 数据校验不能省——很多传感器协议自带校验和（Checksum）或 CRC。解析时一定要校验，否则一个误码就能让你的标定数据全废掉。

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