《从PySerial到实时读写：Python串口通信实战与高可靠封装》

一、背景

在物联网和工业控制领域，串口通信仍是设备交互的基石。但Python原生的pyserial库在实际项目中往往捉襟见肘——线程安全、实时读写、超时控制等问题频发。本文将带你从基础Serial调用开始，逐步构建一个支持多线程、实时数据处理的工业级串口工具类

二、PySerial基础实现

先介绍最简单最常用的串口读写实现

2.1 环境准备

pip install pyserial  # 基础库
pip install serial-tools  # 可选工具集

2.2 简单例子

import serial  
  
# 初始化连接  
serial_ = serial.Serial(  
port='COM7',  
baudrate=115200,  
timeout=2 # 读超时(秒)  
)  
  
cmd = "ls\n".encode("utf-8") # 每条命令必带换行符，表示一条命令的结束  
  
# 读取100字节  
serial_.write(cmd)  
response = serial_.read(100)  
print(response.decode("utf-8", "ignore"))  
  
# 读取一行  
serial_.write(cmd)  
response = serial_.readline()  
print(response.decode("utf-8", "ignore"))  
  
# 读取多行  
serial_.write(cmd)  
serial_.readlines()  
print(response.decode("utf-8", "ignore"))  
  
# 读取所有  
serial_.write(cmd)  
response = serial_.readall()  
print(response.decode("utf-8", "ignore"))  
  
# 必须显式关闭！  
serial_.close()

2.3 痛点分析

1. 阻塞式读取，不能准确判断数据结束位置。
2. 数据读写与业务逻辑高度耦合。
3. 可靠性，易用性差，有数据丢失的可能。

三、高级封装

3.1 待解决问题清单

问题类型	引发场景	后果
线程阻塞	长时间read()	程序无响应
数据粘包	高速传输	协议解析失败
设备异常掉线	USB接触不良	进程崩溃
编码混乱	中英文混合数据	解码错误

3.2 具体实现

3.3 核心介绍

1. 多线程读写隔离，通过Event同步
2. 数据缓冲设计，一直读，直到线程结束
3. 支持check操作，检查输出中是否出现某些关键字

3.4 使用示例

from base_serial import BaseSerial  
serial_ = BaseSerial("COM10")  
# 读取到的数据输出到终端  
serial_.reader_output(True)  
  
# 输入指定命令，并获取返回  
print(serial_.write("ls", called=True, timeout=2).decode("utf-8"))  
  
# 检查日志中是否有指定关键字  
# print("检查是否有config1 : {}".format(serial_.check_log(5, *["config1"])))  
  
print("检查是否有linkerconfig：{}".format(serial_.check_log(5, *["linkerconfig"])))  
  
# 输入键值  
serial_.key_event("KEYCODE_DPAD_UP")  
serial_.key_event(19)

关键字《linkerconfig》存在的例子

acct        data_mirror      mnt          second_stage_resources
apex        debug_ramdisk    odm          storage
bin         dev              odm_dlkm     sys
bugreports  etc              oem          system
cache       init             postinstall  system_dlkm
config      init.environ.rc  proc         system_ext
d           linkerconfig     product      vendor
data        metadata         sdcard       vendor_dlkm

acct        data_mirror      mnt          second_stage_resources
apex        debug_ramdisk    odm          storage
bin         dev              odm_dlkm     sys
bugreports  etc              oem          system
cache       init             postinstall  system_dlkm
config      init.environ.rc  proc         system_ext
d           linkerconfig     product      vendor
data        metadata         sdcard       vendor_dlkm
console:/ $ 
检查是否有linkerconfig：True


console:/ $ 
Process finished with exit code 0

关键字《config1》不存在的例子

acct        data_mirror      mnt          second_stage_resources
apex        debug_ramdisk    odm          storage
bin         dev              odm_dlkm     sys
bugreports  etc              oem          system
cache       init             postinstall  system_dlkm
config      init.environ.rc  proc         system_ext
d           linkerconfig     product      vendor
data        metadata         sdcard       vendor_dlkm

acct        data_mirror      mnt          second_stage_resources
apex        debug_ramdisk    odm          storage
bin         dev              odm_dlkm     sys
bugreports  etc              oem          system
cache       init             postinstall  system_dlkm
config      init.environ.rc  proc         system_ext
d           linkerconfig     product      vendor
data        metadata         sdcard       vendor_dlkm
console:/ $ 
检查是否有config1 : False


console:/ $ 
Process finished with exit code 0

完整代码链接：github.com/WJQ6666/Ser…