本文针对 Arduino 与 Raspberry Pi CM4 之间串口通信速度慢的问题，提供了一种解决方案。通过调整 serial.parseInt() 函数的超时时间或在发送整数后添加非数字字符作为分隔符，可以有效解决数据接收延迟和数据解析错误的问题，从而提高串口通信效率。
在嵌入式系统开发中，Arduino 和 Raspberry Pi 经常被用于构建复杂的应用。它们之间的串口通信是常见的数据交换方式。然而，开发者可能会遇到串口通信速度慢的问题，导致数据传输延迟和程序性能下降。本文将针对这一问题，提供详细的解决方案和优化建议。
问题分析
在提供的代码示例中，Raspberry Pi 通过串口向 ESP8266 D1 mini 发送 PWM 频率值，用于控制步进电机的步进。然而，开发者观察到频率变化存在约 1 秒的延迟，并且当发送较大的数值时，ESP8266 接收到的数据不准确。
问题主要集中在 ESP8266 代码中的 Serial.parseInt() 函数。Serial.parseInt() 函数会持续读取串口数据，直到遇到非数字字符或超时。默认情况下，超时时间较长（约 1 秒），导致数据接收延迟。此外，如果发送的数值过大，可能会超出 int 类型的表示范围，导致数据溢出和解析错误。
解决方案
针对以上问题，可以采取以下两种方法来解决：
1. 调整 serial.setTimeout() 函数的超时时间
通过减小 serial.setTimeout() 函数的超时时间，可以缩短 Serial.parseInt() 函数的等待时间，从而减少数据接收延迟。
在 ESP8266 代码的 setup() 函数中，添加以下代码：
void setup() {
Serial.begin(500000);
Serial.setTimeout(50); // 设置超时时间为 50 毫秒
// ... 其他初始化代码
}将超时时间设置为一个较小的值，例如 50 毫秒，可以显著减少数据接收延迟。请根据实际应用场景调整超时时间，确保数据能够完整接收。
2. 发送非数字字符作为分隔符
在 Raspberry Pi 发送的数据末尾添加一个非数字字符，例如换行符 \n，可以明确告知 Serial.parseInt() 函数数据已发送完毕。
修改 Raspberry Pi 代码如下：
import serial
import time
SerialPort = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 500000, timeout=1)
cmd = 5000
cmd = str(cmd) + "\n" # 添加换行符
cmd = cmd.encode()
SerialPort.write(cmd)
time.sleep(0.01)
DataReceived = SerialPort.readline().decode().strip()
print(DataReceived)同时，修改 ESP8266 代码，使用 Serial.readStringUntil('\n') 代替 Serial.parseInt()，并将接收到的字符串转换为整数：
void loop() {
if (Serial.available() > 0) {
String receivedString = Serial.readStringUntil('\n');
receivedRawValue = receivedString.toInt();
analogWriteFreq(receivedRawValue);
Serial.println(receivedRawValue);
}
}这种方法可以避免 Serial.parseInt() 函数的超时等待，提高数据接收效率。
其他注意事项
- 数据类型选择： 确保使用合适的数据类型来存储接收到的数值。如果需要处理较大的数值，建议使用 long 或 long long 类型。
- 串口波特率： 确保 Arduino 和 Raspberry Pi 的串口波特率一致。较高的波特率可以提高数据传输速度，但可能会增加数据传输错误的风险。
- 错误处理： 在实际应用中，应该添加适当的错误处理机制，例如校验数据的完整性，处理数据溢出等情况。
总结
通过调整 serial.setTimeout() 函数的超时时间或在发送整数后添加非数字字符作为分隔符，可以有效解决 Arduino 与 Raspberry Pi CM4 之间串口通信速度慢的问题。选择合适的解决方案取决于具体的应用场景和需求。同时，还需要注意数据类型选择、串口波特率设置和错误处理等方面，以确保串口通信的稳定性和可靠性。
