基于ArduinoJSON的Python-Arduino串口通信故障排查

核心问题分析 #

1. Python发送的JSON格式无效：原代码直接将字典转为字符串，生成带单引号的{'command': 'ON'}，不符合JSON必须使用双引号的规范，导致ArduinoJSON解析失败。
2. Arduino存在悬空指针：command指针指向局部StaticJsonDocument内的数据，该文档在代码块结束后被销毁，指针变为无效，引发未定义行为。
3. 缺少串口输出逻辑：原Arduino代码未实现持续打印"ON"的需求。
4. 变量未初始化：command指针初始未赋值，调用strcmp时会出现不可预测的结果。

修复后的Python代码 #

import serial
import time
import json  # 引入json模块生成合法JSON

# 打开串口（根据实际端口调整）
ser = serial.Serial('COM3', 9600, timeout=1)

def send_command(command):
    data = {"command": command}
    # 生成标准JSON字符串并添加换行符，方便Arduino按行读取
    json_data = json.dumps(data) + '\n'
    ser.write(json_data.encode('utf-8'))
    time.sleep(1)  # 给Arduino预留处理时间

# 示例：发送点亮LED指令
send_command("ON")

# 延迟后关闭串口（确保Arduino完成处理）
time.sleep(2)
ser.close()

关键修改：

• 使用json.dumps()生成标准JSON格式（双引号）
• 添加换行符\n，让Arduino可以按行读取完整的JSON数据

修复后的Arduino代码 #

#include <ArduinoJson.h>

const int ledPin = 12;
char command[10] = "OFF";  // 用字符数组存储指令，初始化为OFF

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  digitalWrite(ledPin, LOW);  // 初始状态LED熄灭
}

void loop() {
  // 读取串口传入的一行数据
  if (Serial.available() > 0) {
    String input = Serial.readStringUntil('\n');
    StaticJsonDocument<200> doc;
    
    // 解析JSON数据
    DeserializationError error = deserializeJson(doc, input);
    if (error) {
      Serial.print(F("解析错误: "));
      Serial.println(error.c_str());
      return;
    }
    
    // 确保command字段存在，再复制到本地数组
    if (doc.containsKey("command")) {
      strncpy(command, doc["command"].as<const char*>(), sizeof(command)-1);
      command[sizeof(command)-1] = '\0';  // 确保字符串以空字符结尾
    }
  }

  // 根据指令控制LED
  if (strcmp(command, "ON") == 0) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    Serial.println("ON");  // 持续打印ON信息
  } else if (strcmp(command, "OFF") == 0) {
    digitalWrite(ledPin, LOW);
    Serial.println("OFF"); // 打印OFF信息（可选）
  }
  
  delay(100);  // 控制打印频率，避免串口刷屏过快
}

关键修改：

• 将const char* command改为字符数组char command[10]，避免悬空指针问题
• 使用Serial.readStringUntil('\n')读取完整的一行JSON数据
• 添加doc.containsKey("command")检查，避免缺失字段导致的错误
• 增加Serial.println()实现持续打印指令状态
• 初始化LED状态为熄灭，避免初始未知状态

测试步骤 #

1. 将修复后的Arduino代码上传到开发板
2. 打开Arduino串口监视器（波特率9600）
3. 运行Python代码发送"ON"指令
4. 观察LED是否持续点亮，串口监视器是否持续输出"ON"

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ioannis Christodoulakis