简介：本文详细解析Android设备串口通信的实现方法，涵盖权限配置、硬件连接、驱动适配及代码实现，提供可落地的开发方案与调试技巧。

一、Android串口通信基础与适用场景

1.1 串口通信技术原理

串口通信（Serial Communication）通过数据线按位传输数据，采用异步通信协议（如RS-232、RS-485）。Android设备通过USB转串口芯片（如CH340、FT232）或内置串口控制器实现物理层连接，数据传输速率通常为9600-115200bps。

1.2 Android串口应用场景

工业设备控制（PLC、传感器）
医疗设备数据采集（心电图机、血氧仪）
智能家居系统（温湿度传感器、红外控制器）
车载诊断系统（OBD-II接口）

1.3 开发前准备

硬件：USB转串口适配器（需支持Android OTG）、串口设备
软件：Android Studio 4.0+、USB驱动（如FTDI的D2XX驱动）
权限：android.permission.USB_PERMISSION及WRITE_EXTERNAL_STORAGE

二、Android串口开发核心步骤

2.1 权限配置与设备检测

在AndroidManifest.xml中添加权限：

<uses-permission android:name="android.permission.USB_PERMISSION" />
<uses-feature android:name="android.hardware.usb.host" />

通过UsbManager检测已连接设备：

UsbManager usbManager = (UsbManager) getSystemService(Context.USB_SERVICE);
HashMap<String, UsbDevice> deviceList = usbManager.getDeviceList();
for (UsbDevice device : deviceList.values()) {
    if (isSerialDevice(device)) { // 自定义设备识别逻辑
        PendingIntent permissionIntent = PendingIntent.getBroadcast(
            this, 0, new Intent(ACTION_USB_PERMISSION), 0);
        usbManager.requestPermission(device, permissionIntent);
    }
}

2.2 串口驱动适配方案

方案一：使用Android USB Host API（需内核支持）

UsbDeviceConnection connection = usbManager.openDevice(device);
UsbInterface usbInterface = device.getInterface(0);
UsbEndpoint endpointIn = usbInterface.getEndpoint(0);
UsbEndpoint endpointOut = usbInterface.getEndpoint(1);
// 配置串口参数（波特率、数据位等需通过控制传输实现）
byte[] request = new byte[]{(byte) 0x80, 0x25, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
connection.controlTransfer(0x40, 0x03, 0x0000, 0x0000, request, 7, 5000);

方案二：集成第三方库（推荐）

UsbSerial：支持CH340/CP2102/FTDI等常见芯片

implementation 'com.github.mik3y3.4.3'

示例代码：

UsbSerialDriver driver = UsbSerialProber.getDefaultProber().probeDevice(device);
UsbSerialPort port = driver.getPorts().get(0);
port.open(connection);
port.setParameters(115200, 8, UsbSerialPort.STOPBITS_1, UsbSerialPort.PARITY_NONE);

2.3 数据收发实现

2.3.1 异步接收机制

private final Handler mHandler = new Handler(Looper.getMainLooper()) {
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        byte[] buffer = (byte[]) msg.obj;
        // 处理接收到的数据
    }
};
private void startReading(UsbSerialPort port) {
    new Thread(() -> {
        byte[] buffer = new byte[1024];
        while (isRunning) {
            int size = port.read(buffer, 1000);
            if (size > 0) {
                Message msg = mHandler.obtainMessage();
                msg.obj = Arrays.copyOf(buffer, size);
                mHandler.sendMessage(msg);
            }
        }
    }).start();
}

2.3.2 发送数据封装

public boolean sendData(byte[] data) {
    try {
        int offset = 0;
        while (offset < data.length) {
            int bytesWritten = port.write(data, offset, data.length - offset);
            if (bytesWritten <= 0) {
                return false;
            }
            offset += bytesWritten;
        }
        return true;
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
        return false;
    }
}

三、常见问题与解决方案

3.1 权限拒绝问题

现象：SecurityException: User 10153 does not have android.permission.USB_PERMISSION
解决：
1. 动态请求权限时确保PendingIntent正确配置
2. 在设备管理器中手动授权（适用于调试阶段）

3.2 驱动兼容性问题

CH340芯片识别失败：

// 自定义Prober示例
public class Ch340Prober extends UsbSerialProber {
    @Override
    protected UsbSerialDriver getDriver(UsbDevice device) {
        if (device.getVendorId() == 0x1A86 && device.getProductId() == 0x7523) {
            return new Ch340Driver(device);
        }
        return null;
    }
}

3.3 数据粘包处理

解决方案：
1. 固定长度协议：每次发送固定字节数
2. 分隔符协议：使用\n或特定字符作为帧结束符
3. 协议头标识：包含数据长度字段

四、性能优化建议

4.1 缓冲区管理

采用双缓冲机制减少线程阻塞

private final BlockingQueue<byte[]> sendQueue = new LinkedBlockingQueue<>(16);
private final BlockingQueue<byte[]> receiveQueue = new LinkedBlockingQueue<>(32);

4.2 波特率适配

根据设备能力动态选择最优波特率：

public static int getOptimalBaudRate(UsbDevice device) {
  if (device.getVendorId() == 0x0403 && device.getProductId() == 0x6001) {
      return 921600; // FTDI芯片支持高速率
  }
  return 115200; // 默认安全速率
}

4.3 功耗优化

非活跃状态关闭串口：

@Override
protected void onPause() {
  super.onPause();
  if (port != null && port.isOpen()) {
      port.close();
  }
}

五、完整项目结构示例

app/
├── src/
│   ├── main/
│   │   ├── java/com/example/serial/
│   │   │   ├── SerialManager.java    # 串口核心逻辑
│   │   │   ├── DeviceDetector.java   # 设备检测
│   │   │   └── ProtocolParser.java   # 数据解析
│   │   └── res/
│   │       └── xml/device_filter.xml # USB设备过滤配置
│   └── AndroidManifest.xml
└── build.gradle

device_filter.xml示例：

<resources>
    <usb-device vendor-id="1027" product-id="24597" /> <!-- FTDI示例 -->
    <usb-device class="255" subclass="0" protocol="0" /> <!-- 自定义类设备 -->
</resources>

六、进阶功能实现

6.1 多串口管理

public class MultiSerialManager {
    private final SparseArray<UsbSerialPort> ports = new SparseArray<>();
    public void addPort(int portId, UsbSerialPort port) {
        ports.put(portId, port);
    }
    public boolean broadcast(byte[] data) {
        boolean success = true;
        for (int i = 0; i < ports.size(); i++) {
            if (!sendData(ports.valueAt(i), data)) {
                success = false;
            }
        }
        return success;
    }
}

6.2 协议栈集成

实现Modbus RTU协议示例：

public class ModbusRtu {
  public static byte[] readHoldingRegisters(int slaveId, int startAddr, int quantity) {
      byte[] frame = new byte[8];
      frame[0] = (byte) slaveId;
      frame[1] = 0x03; // 功能码
      frame[2] = (byte) (startAddr >> 8);
      frame[3] = (byte) startAddr;
      frame[4] = (byte) (quantity >> 8);
      frame[5] = (byte) quantity;
      // 计算CRC
      int crc = calculateCRC(frame, 6);
      frame[6] = (byte) (crc & 0xFF);
      frame[7] = (byte) (crc >> 8);
      return frame;
  }
}

本教程系统覆盖了Android串口开发的全流程，从基础权限配置到高级协议实现均提供了可落地的解决方案。实际开发中建议结合具体硬件特性进行适配，并通过日志系统（如Timber）完善调试信息。对于商业项目，建议采用模块化设计，将串口通信层与业务逻辑解耦，提高代码可维护性。

Android Serial串口开发全流程指南：从基础到实战