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虚拟串口实战指南：如何在工业自动化测试中“无中生有”地搭建通信链路

你有没有遇到过这样的场景？

项目紧急上线，但手头只有一台PC、一个PLC仿真器和一堆还没到货的传感器。测试脚本写好了，却因为没有真实串口设备而卡住——连最基本的Modbus读写都跑不起来。

更糟的是，现场调试时发现数据乱码，拆机查线才发现是波特率配错了；或者多个程序争抢同一个COM口，导致通信崩溃……这些问题背后，其实都有一个共通的答案：用软件代替硬件连接。

今天我们要聊的，就是工业自动化测试里那个“看不见却离不开”的关键角色——虚拟串口。它不是什么黑科技，也不是实验室专属工具，而是每一个做设备通信、协议解析、系统联调的工程师都应该掌握的基础技能。

为什么还在用串口？这不是上世纪的技术吗？

别急着否定。虽然以太网、CAN总线、无线传输越来越普及，但在工业控制领域，RS-232/485依然是主流。原因很简单：

• 成本低：几毛钱的MAX3232芯片就能搞定电平转换。
• 稳定性高：点对点通信抗干扰强，适合恶劣环境。
• 协议成熟：Modbus RTU这类基于串行链路的协议已成行业标准。

问题是，开发和测试阶段我们往往拿不到全部实物设备。这时候怎么办？等？还是靠猜？

答案是：自己造出来。

通过虚拟串口软件，你可以在一台电脑上“凭空”创建出一对或多对COM端口，让两个原本无法通信的应用程序像接了物理线一样对话。就像给两个人戴上对讲机，中间不需要任何电线。

虚拟串口到底是怎么“骗过”系统的？

我们可以把它想象成一个“串口中介”。

假设你想让A程序发的数据被B程序收到，但它们只能通过串口通信。现实中你需要一根DB9线把两个设备连起来；而在虚拟世界里，这个“连线”由软件完成。

当你创建一对虚拟串口（比如 COM3 ↔ COM4），操作系统会认为这是两个真实的串行端口。A程序打开COM3往里写数据，系统把这个操作交给虚拟驱动处理；驱动不做别的事，直接把数据塞进COM4的接收缓冲区——于是B程序从COM4读到了A发的内容。

整个过程对应用层完全透明，不需要改一行代码。

它的核心原理可以用一句话概括：

虚拟串口 = 操作系统认可的假设备 + 内部数据管道

这根“管道”可以是内存队列、FIFO缓冲区，甚至是网络套接字。只要两端参数匹配（波特率、校验位等），数据就能畅通无阻。

新手也能搭起来：Windows平台实战演示

下面我们以开源工具com0com为例，带你一步步从零搭建一个可用的虚拟串口环境。

第一步：安装并创建虚拟端口对

1. 下载 com0com 安装包（支持Win7~Win11）
2. 安装完成后，打开“Setup Commands”命令行工具
3. 输入以下命令创建一对端口：

install PortName=COM3 PortName=COM4

稍等几秒后，打开“设备管理器”，你应该能在“端口 (COM 和 LPT)”下看到Communications Port (COM3)和COM4。

✅ 小贴士：避免使用COM1-COM8，这些编号常被蓝牙、USB转串口占用，容易冲突。

第二步：验证通信是否通畅

现在我们需要确认这两个虚拟端口真的能传数据。

推荐使用轻量级串口调试工具，如SSCOM或Tera Term。

操作步骤如下：

1. 打开SSCOM，选择COM3，设置波特率为 115200，8N1（数据位8，无校验，1停止位）
2. 另开一个SSCOM实例，连接COM4，同样设置为 115200, 8N1
3. 在COM3窗口输入Hello并发送
4. 观察COM4窗口是否收到Hello

如果能看到数据成功传递，恭喜你！你的第一个虚拟通信链路已经建立。

⚠️ 注意：如果收不到数据，请立即检查两点：
- 两端的波特率、数据格式是否完全一致
- 是否有其他程序占用了其中一个端口（比如Python脚本没关）

第三步：接入真实测试脚本（Python示例）

接下来，我们让自动化测试脚本来扮演“主机”，与另一个模拟设备通信。

这里用pyserial实现一个简单的 Modbus 请求循环：

import serial import time # 连接虚拟串口 ser = serial.Serial( port='COM3', baudrate=115200, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=2 ) print("已连接至虚拟串口 COM3") try: while True: # 发送 Modbus 功能码 0x03 读保持寄存器 request = bytes([0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x85, 0xCB]) ser.write(request) print(f"→ 已发送: {request.hex()}") # 等待响应 response = ser.read(100) if response: print(f"← 收到响应: {response.hex()}") else: print("❌ 未收到响应，请检查对端是否运行仿真器") time.sleep(2) except KeyboardInterrupt: print("\n用户中断，关闭串口") finally: ser.close()

这段代码的功能很明确：每隔两秒向COM3发送一条Modbus请求帧。如果你在COM4那边运行了一个能识别该命令的仿真程序（比如用另一个Python脚本监听并回复），就可以实现完整的主从通信模拟。

高阶玩法：不只是“点对点”，还能玩出花来

你以为虚拟串口只能一对一？那就太小看它的能力了。

场景一：模拟多设备总线（RS-485风格）

在实际工厂中，一条RS-485总线上可能挂十几个仪表。你可以用虚拟串口+Hub模式来模拟这种结构。

例如使用商业软件Eltima VSPD Pro，它可以创建一个“主端口”绑定多个“子端口”。主机发广播命令时，所有子端口都能收到；每个子端口又可独立响应，就像真实的多点通信。

场景二：串口数据抓包分析

想看协议有没有错？别靠猜。直接启用虚拟串口的日志功能，把每一帧原始数据保存下来。

很多工具支持导出.log或.csv文件，方便后期用Excel或Wireshark-like工具分析时间戳、帧间隔、异常重传等问题。

场景三：远程串口访问（Serial-over-IP）

把本地COM口映射成TCP服务，实现“我在北京，设备在上海”的远程调试。

例如用socat命令：

socat TCP-LISTEN:10001,fork,reuseaddr FILE:/dev/pts/3,raw,echo=0

然后在远端用TCP客户端连接ip:10001，就相当于打开了那个虚拟串口。

常见坑点与避坑指南

别以为装完就能跑顺，虚拟串口也有不少“潜规则”。

📌 特别提醒：某些LabVIEW或组态软件会对串口进行深度探测，普通pty模拟可能失败。此时建议使用更底层的解决方案，如虚拟机桥接或专用驱动。

最佳实践：让虚拟串口真正融入你的工作流

光会用还不够，要想提升效率，还得把它变成自动化流程的一部分。

✅ 命名规范清晰化

不要随便起名！建议制定统一命名规则，例如：

这样团队协作时不会混淆，也便于脚本自动识别。

✅ 自动化启动脚本

把端口创建、日志开启、测试程序启动打包成一键脚本。

Windows批处理示例（start_test.bat）：

@echo off echo 正在初始化虚拟串口环境... "C:\Program Files\com0com\setupc.exe" install PortName=COM10 PortName=COM11 timeout /t 3 >nul start python plc_simulator.py start python test_client.py echo ✅ 测试环境已就绪！ pause

Linux下可以用Shell脚本配合socat或tty0tty实现类似效果。

✅ 跨平台迁移准备

如果你未来可能迁移到Linux环境，现在就该考虑兼容性。

推荐提前熟悉socat的基本用法：

# 创建一对虚拟串口 socat -d -d pty,raw,echo=0 pty,raw,echo=0 & # 输出结果类似： # PTY is /dev/pts/5 # PTY is /dev/pts/6

你会发现，逻辑和Windows几乎一样。只是路径变成了/dev/pts/x，但Python中的pyserial照样能打开。

写在最后：虚拟不是替代，而是进化

虚拟串口从来不是为了取代物理串口，而是为了让开发和测试摆脱硬件依赖，进入“软硬并行”的新阶段。

当你的同事还在等设备到货、拆机查线的时候，你已经完成了三轮完整测试，提交了日志报告。

这才是现代自动化测试应有的节奏。

对于刚入行的工程师来说，掌握虚拟串口不仅是学会一项技术，更是建立起一种思维方式：
面对限制，不是抱怨，而是想办法绕过去、跨过去、甚至重新定义它。

下次当你面对“没设备、没接口、没法测”的困境时，不妨问自己一句：

“我能用虚拟串口解决这个问题吗？”

很多时候，答案是肯定的。

如果你正在搭建自动化测试平台，欢迎在评论区分享你的架构设计或踩过的坑，我们一起讨论优化方案。