Arduino 和 Python (3.x) 之间的 Serial.read() 和 Struct.pack / 串行通信问题

Posted 2023-02-25

【中文标题】Arduino 和 Python (3.x) 之间的 Serial.read() 和 Struct.pack / 串行通信问题

【英文标题】：Problem with Serial.read() and Struct.pack / serial communication between Arduino and Python (3.x)

【发布时间】：2019-09-04 09:31:42

【问题描述】：

我在尝试使用 串行通信 将一些值从 Python 3.x 发送到 Arduino 时遇到问题。 小于 255 时正常，大于 255 时会报错。

我在 Python 中使用 Struct.pack，在 Arduino 中使用 Serial.read()

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Python 代码：

import cv2
import numpy as np
from serial import Serial
import struct

arduinoData = Serial('com6', 9600)

cap = cv2.VideoCapture(0)
hand_cascade = cv2.CascadeClassifier('hand.xml')

while(True):
    ret, frame = cap.read()
    gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    handdetect = hand_cascade.detectMultiScale(gray, 1.6, 3)

    for (x, y, w, h) in handdetect:   
        cv2.rectangle(frame, (x, y), (x + w, y + h), (127, 127, 0), 2)

        xcenter = int(x + w/2)
        ycenter = int(y + h/2)

        #This is where i send values to serial port
        arduinoData.write(struct.pack('>II',xcenter,ycenter))

    cv2.imshow('Webcam', frame)
    k = cv2.waitKey(25) & 0xff
    if k == 27:
        break

cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

Arduino 代码：

int SerialData[8];
const int led = 7;
int xcenter;
int ycenter;

void setup()
  Serial.begin(9600);
  pinMode(led, OUTPUT);


void loop()
  if (Serial.available() >= 8)
    for (int i = 0; i < 8; i++)
      SerialData[i] = Serial.read();
    
    xcenter = (SerialData[0]*1000) + (SerialData[1]*100) + (SerialData[2]*10) + SerialData[3];
    ycenter = (SerialData[4]*1000) + (SerialData[5]*100) + (SerialData[6]*10) + SerialData[7];

    if (xcenter <= 200)
      digitalWrite(led, LOW);
    
    else if(xcenter > 200)
      digitalWrite(led, HIGH);
    
   //Serial.flush();
  

就像我在本主题开头所说的那样，当xcenter > 200 && xcenter <= 255 时，LED 亮起（这意味着代码工作正常）。 但是当xcenter > 255 时，LED 熄灭（这里有问题）。 我想我已经读取了 Arduino 代码中的所有 8 个字节，并在 struct.pack 中使用了 unsigned int >II，那么我的错误是什么以及在哪里？ 我很感激所有的帮助！谢谢！

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编辑和修复。 “它不会将 int 打包成数字 (0-9)，而是将它们打包成字节 (0-255)”_

所以这是错误的：

xcenter = (SerialData[0]*1000) + (SerialData[1]*100) + (SerialData[2]*10) + SerialData[3];  
ycenter = (SerialData[4]*1000) + (SerialData[5]*100) + (SerialData[6]*10) + SerialData[7];  

改成这个（对于大值）：

long result = long((unsigned long(unsigned char(SerialData[0])) << 24) | (unsigned long(unsigned char(SerialData[1])) << 16)
            | (unsigned long(unsigned char(SerialData[2])) << 8) | unsigned char(SerialData[3])); 

或者改成这个（对于小值）：

xcenter = (SerialData[2]*256) + SerialData[3];
ycenter = (SerialData[6]*256) + SerialData[7]; 

或者这个（也适用于小值）：

int result = int((unsigned int(unsigned char(SerialData[2])) << 8) | unsigned char(SerialData[3]));

代码会完美运行！

【问题讨论】：

它不会将 int 打包成数字 (0-9)，而是将它们打包成字节 (0-255)。 256 被打包到 00 00 01 00 中，您将其解压缩为 10x1，而 255 是 00 00 00 ff，在您的情况下为 1x255。将 10 的幂更改为 256 (2^8) 的幂。或者不要打包它们，只需将它们转换为字符串，例如 ":04d:04d".format(intA, intB)

感谢@IcedLance 向我展示了我的错误。我是代码新手，请问第一个字节代表什么？。

您可以查看 this link 以了解其工作原理，但简而言之：十进制（以 10 为底）从 0 变为 9，因此 356 = 3*10*10 + 5*10 + 6 而字节从 0 到 255，这意味着 03 05 06 = 3*256*256 + 5*256 + 6。我用 2 个字母写它们，因为通常用成对的十六进制数字表示字节值（基数 16 , 256=16*16)。在您的情况下，第一个字节基本上代表`xcenter /（256 * 256 * 256）。在 xcenter 大于 256^3 之前，它将为 0。

亲爱的@IcedLand，谢谢你的帮助，我已经解决了我所有的问题！你拯救了我的一天，再次感谢，祝你有美好的一天！最好的尊重。

@IcedLance 请将解决方案作为答案发布并接受！

【参考方案1】：

对于较大的值，此代码将无法正常工作...

int xcenter = (SerialData[0]*256*256*256) + (SerialData[1]*256*256) + (SerialData[2]*256) + SerialData[3];

问题是输入是4字节宽，是一个长整数，而arduino上的整数大小只有2字节宽，也就是说256 * 256 = 0x10000 & 0xFFFF = 0！

为确保您不会遇到超过 2 个字节的值的问题，必须使用移位操作。

这给出了：

long result = long((unsigned long(unsigned char(SerialData[0])) << 24) | (unsigned long(unsigned char(SerialData[1])) << 16)
            | (unsigned long(unsigned char(SerialData[2])) << 8) | unsigned char(SerialData[3]));

或者，如果您不期望较大的值，则仅使用输入中的两个字节。确保使用无符号值进行微积分，否则您可能会遇到问题！！！

int result = int((unsigned int(unsigned char(SerialData[2])) << 8) | unsigned char(SerialData[3]));

这非常冗长，但对所有输入类型都是安全的。例如，如果 SerialData[] 是一个 char 数组，则 OP 提出的解决方案将不起作用，它应该是，以避免浪费内存。

【讨论】：

谢谢你带给我的知识，真的对我帮助很大！

不客气。我知道这些小细节会浪费多少时间。

我已修复并将您的知识添加到我的主题中，供其他需要的人使用！再次感谢@Michael Roy