树莓派3B+使用GPIO实现串口通信

冷不防 2021-11-17 22:04 814阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  介绍
 *   *  方案介绍
     *  串口配置的各种坑
 *  配置步骤
 *   *  启用串口ttyS0
     *  关闭Console
 *  测试
 *   *  连线
     *  编辑文件
     *  运行代码
 *  ttyS0串口权限
 *  参考文献

# 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》][Link 1]。
    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][3B_ _Ubuntu mate 16.04]）

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。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE2Nzc1Mjkz_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

## 启用串口ttyS0 ##

下面打开串口/dev/ttyS0，在命令框输入

sudo raspi-config

打开系统配置界面如下图，选择**Inerfacing Options**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE2Nzc1Mjkz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

然后选择 **serial**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE2Nzc1Mjkz_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

选择**No**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE2Nzc1Mjkz_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

然后**Yes**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE2Nzc1Mjkz_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

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**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE2Nzc1Mjkz_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][] 对应引脚参照表如下： ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE2Nzc1Mjkz_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

## 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

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE2Nzc1Mjkz_size_16_color_FFFFFF_t_70 7][]

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][]

[Link 1]: https://blog.csdn.net/qq_16775293/article/details/81332690
[3B_ _Ubuntu mate 16.04]: https://blog.csdn.net/qq_16775293/article/details/88379133
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE2Nzc1Mjkz_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20211116/6cddf1c6e9c54a15b09e63be3e66dfcf.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE2Nzc1Mjkz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20211116/73adac76610c48b795923906e0f85380.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE2Nzc1Mjkz_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20211116/413e47e1ff2a413483fc0c5213128b9d.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE2Nzc1Mjkz_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20211116/e27077eca4844faf9f5e56e6dfb5093e.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE2Nzc1Mjkz_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20211116/8dc8debe1e6d481d953bd616409426af.png
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[How to setup the UART on Raspberry Pi 3]: https://www.circuits.dk/setup-raspberry-pi-3-gpio-uart/