PySerial读取串口数据前出现空字节的原因及相关逻辑疑问

问题描述 #

Arduino发送代码 #

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  for(int i = 0; i < 10; i++){
    Serial.print(i);
    delay(200);
  }
}

Python接收代码 #

import serial

usbport = 'COM3'
ser     = serial.Serial(usbport, 9600, timeout=1)

count = 0
while ser.in_waiting < 1 and count < 5:
    
    p = ser.read(10)
    p = p.decode()
    print(p, type(p))
    count += 1
    
ser.close()

现象与疑问 #

每次启动串口通信时Arduino会复位（此情况可接受），但Python代码总会在读取有效串口数据前读到空字节，示例输出如下：

<class 'str'>
0123456789 <class 'str'>
0123456789 <class 'str'>
0123456789 <class 'str'>
0123456789 <class 'str'>

疑问：

1. 为何会读到空字节？
2. 为何必须使用while ser.in_waiting < 1 and count < 5才能正常工作，而非while ser.in_waiting？

问题解答 #

1. 读取到空字节的原因 #

这是因为Arduino串口连接后复位的过程中，串口还未准备好发送数据。Python代码打开串口后立刻尝试读取，此时Arduino正处于复位初始化阶段，还没有进入loop循环发送0-9字符，加上代码设置了timeout=1，当1秒内没有读到数据时，ser.read(10)就会返回空字节，解码后就是空字符串。

等Arduino完成复位流程，进入loop循环后，就会开始持续发送数据，后续的读取操作就能拿到完整的0123456789序列。

2. while条件的差异原因 #

先明确两个条件的逻辑差异：

• while ser.in_waiting < 1 and count < 5：当串口接收缓冲区中没有待读取的数据，且循环次数未到5次时，执行读取操作。它的作用是主动轮询缓冲区，即使没数据也会触发读取（因为有timeout设置），等Arduino复位完成开始发数据后，后续读取就能命中有效内容。
• 如果换成while ser.in_waiting：这个条件是只有当缓冲区有数据时才执行循环体，而你的读取操作写在循环体内，这会导致缓冲区没数据时直接跳出循环，根本不会执行读取动作，自然拿不到任何数据。

其实这个写法逻辑比较绕，更合理的方式是先等待Arduino复位完成（比如加一段延时），再开始读取，或者循环读取直到拿到有效数据。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者DrBwts