【Python】pySerial を用いたシリアル通信（ループバック試験）
前回の記事で、Raspberry Piでの開発環境のセットアップまでを Pipenv で完了させた。そこで、最初にUSBのシリアル通信をしてみたので、備忘録として残しておく。
概要
今回は、Raspberry PiとPCなどを接続してシリアル通信をするのではなく、ループバック試験を実行することでシリアル通信の基本を確認した。つまり、Raspberry PiのOUT（Tx）から信号を出し、その信号を自分のIN（Rx）に入れて信号を確認するテストを実施した。
準備物
- Raspberry Pi 3 Model B+
- Linux raspberrypi 4.19.118-v7+
- Python 3.7.3
- 上記のRaspbianにプリインストールされていたバージョン
- pySerial
- USBシリアル通信ドングル
シリアル通信とは
シリアル通信とは、1つのデータ伝送路を使い、HIGH/LOWの電圧レベルを連続的(=シリアル)に変化させて、1ビットずつデータを送信する方式である。反対に、パラレル通信は、複数のデータ伝送路を使い、1度に複数のデータを並行（=パラレル）に送信する方式である。
シリアル通信の中には様々な規格がある。よく使われる3種類を列挙する。
- SPI
- I2C
- UART
シリアル通信の代表的なものにUSBがある。USBは「Universal Serial Bus」（ユニバーサル・シリアル・バス）の頭文字を取った規格である。 今回、USBシリアル通信ドングルを用いて試験を行った。
pySerialとは
Pythonでシリアル通信をする為のモジュールである。このモジュールを用いることで、Pythonでシリアルポートへのアクセスが可能となる。Windows、OSX、LinuxなどのOSで動作する。
実装方法
Pythonの仮想環境をつくり、開発をすることをオススメする。以下は、Pipenv を想定する。
インストール
$ pipenv install pyserial
今回、私がインストールした Python3.7.3 にはプリインストールされていたので、インストールする必要はなかった。
使用方法
基本的には、以下を使用する。
| API | 用途 |
|---|---|
| Serial | 初期設定（シリアル通信の設定） |
| write | バイナリーデータ（ bytes 型）を送信する |
| readline | データを受信する |
| open | ポート開く |
| close | ポート閉じる |
| flush | データを送信するまで待機する |
pySerial API — pySerial 3.0 documentation
ループバック試験
import serial import struct use_port = '/dev/ttyUSB0' _serial = serial.Serial(use_port) _serial.baudrate = 9600 _serial.parity = serial.PARITY_NONE _serial.bytesize = serial.EIGHTBITS _serial.stopbits = serial.STOPBITS_ONE _serial.timeout = 5 #sec commands = [ 0xB6, 0x01, 0x02, 0x00 ] for cmd in commands: data = struct.pack("B", cmd) print("tx: ", data) _serial.write(data) _serial.flush() rx = _serial.readline() print("rx: ", rx) _serial.close()
結果表示：
(pyserial) pi@raspberrypi:~/projects/pyserial $ python test.py tx: b'\xb6' tx: b'\x01' tx: b'\x02' tx: b'\x00' rx: b'\xb6\x01\x02\x00'
バイト配列を順番に送信して、きちんと受信することができていることを確認できた。
おまけ（struct）
struct モジュールを使うことで、フォーマットを指定して、バイナリデータを作成したり、バイナリデータから数値等に変換を行うことができる。バイナリデータは Python で bytes 型で表現され、センサーや制御機器への入出力で多く用いられる。
# 値 → バイナリーデータ pack(フォーマット, 値) # バイナリーデータ → フォーマットの型の値 unpack(フォーマット, バイナリデータ)
| フォーマット | C言語の型 | Pythonの型 | サイズ |
|---|---|---|---|
| b | signed char | 整数 | 1 |
| h | short | 整数 | 2 |
| l | long | 整数 | 4 |
struct --- バイト列をパックされたバイナリデータとして解釈する — Python 3.8.3 ドキュメント
まとめ
今回は、Raspberry Pi で Pyserial を用いてシリアル通信のループバック試験を行うことができた。
それでは、ステキな開発ライフを。
