數據包解析是不同設備（如電腦、ESP32 等嵌入式設備）之間通信的核心環節。簡單說，就是把收到的 "一串數據" 翻譯成雙方都能理解的 "具體信息"（比如溫度、濕度、命令等）。下面介紹幾種常見的數據包格式，以及 Python 和 ESP32（基于 Arduino 框架）的解析代碼，盡量用通俗的語言解釋。
一、文本格式（最容易理解）
文本格式的數據包由字符串組成，人類可以直接看懂，適合簡單場景。常見的有CSV 格式和JSON 格式。
1. CSV 格式（逗號分隔值）
特點：用逗號（或其他符號）分隔不同字段，結構簡單，類似表格。
適用場景：傳感器批量數據（如溫度、濕度、時間）、簡單配置信息。
示例數據包："25.6,60.2,202310011200"（溫度 = 25.6℃，濕度 = 60.2%，時間 = 2023-10-01 12:00）
Python 解析代碼：
用內置的split函數分割字符串即可。
# 假設收到的CSV數據包
recv_data = "25.6,60.2,202310011200"# 解析步驟
fields = recv_data.split(',') # 用逗號分割
if len(fields) == 3: # 檢查字段數量是否正確temperature = float(fields[0])humidity = float(fields[1])time = fields[2]print(f"溫度：{temperature}℃，濕度：{humidity}%，時間：{time}")
else:print("數據格式錯誤")
ESP32 解析代碼：
ESP32 通過串口 / 網絡收到字符串后，用strtok函數分割（類似 Python 的 split）。
#include <Arduino.h>void setup() {Serial.begin(115200); // 初始化串口
}void loop() {if (Serial.available()) { // 檢查是否有數據String recv_str = Serial.readStringUntil('\n'); // 讀取一行數據（假設以換行結束）recv_str.trim(); // 去掉首尾空格和換行// 用逗號分割字符串char* data_ptr = strtok((char*)recv_str.c_str(), ","); // 第一個字段float temperature, humidity;String time_str;int count = 0;while (data_ptr != NULL) {if (count == 0) {temperature = atof(data_ptr); // 轉成浮點數（溫度）} else if (count == 1) {humidity = atof(data_ptr); // 轉成浮點數（濕度）} else if (count == 2) {time_str = String(data_ptr); // 時間字符串}data_ptr = strtok(NULL, ","); // 下一個字段count++;}if (count == 3) { // 確認解析到3個字段Serial.printf("溫度：%.1f℃，濕度：%.1f%，時間：%s\n", temperature, humidity, time_str.c_str());} else {Serial.println("CSV格式錯誤");}}
}
2. JSON 格式（鍵值對結構）
特點：用{鍵:值}的結構表示數據，支持嵌套（比如數組、對象），適合復雜數據。
適用場景：API 接口、帶層級的配置信息（如 "設備信息 + 傳感器數據"）。
示例數據包：{"device_id":"esp32_01","data":{"temp":25.6,"hum":60.2},"time":"202310011200"}
Python 解析代碼：
用內置的json模塊直接轉成字典，方便取值。
import json# 假設收到的JSON數據包
recv_data = '{"device_id":"esp32_01","data":{"temp":25.6,"hum":60.2},"time":"202310011200"}'try:# 解析JSON字符串為字典data_dict = json.loads(recv_data)# 提取數據device_id = data_dict["device_id"]temp = data_dict["data"]["temp"]hum = data_dict["data"]["hum"]time = data_dict["time"]print(f"設備：{device_id}，溫度：{temp}℃，濕度：{hum}%，時間：{time}")
except json.JSONDecodeError:print("JSON格式錯誤")
except KeyError as e:print(f"缺少字段：{e}")
ESP32 解析代碼：
需要用ArduinoJson庫（需在 Arduino 庫管理器中安裝），處理 JSON 結構。
#include <Arduino.h>
#include <ArduinoJson.h> // 引入JSON庫void setup() {Serial.begin(115200);
}void loop() {if (Serial.available()) {String recv_str = Serial.readStringUntil('\n');recv_str.trim();// 分配JSON緩沖區（根據數據大小調整，這里用1024字節）StaticJsonDocument<1024> doc;// 解析JSONDeserializationError error = deserializeJson(doc, recv_str);if (error) { // 解析失敗Serial.printf("JSON解析錯誤：%s\n", error.c_str());return;}// 提取數據（注意判斷字段是否存在）if (doc.containsKey("device_id") && doc.containsKey("data") && doc.containsKey("time")) {const char* device_id = doc["device_id"];float temp = doc["data"]["temp"];float hum = doc["data"]["hum"];const char* time_str = doc["time"];Serial.printf("設備：%s，溫度：%.1f℃，濕度：%.1f%，時間：%s\n", device_id, temp, hum, time_str);} else {Serial.println("JSON缺少必要字段");}}
}
二、二進制格式（更高效）
文本格式雖然易讀，但占空間大（比如數字 "25.6" 要占 4 個字符），傳輸效率低。二進制格式直接用字節存儲數據（比如 25.6℃可以用 2 個字節存儲），更適合嵌入式設備（如 ESP32）之間的高速通信。常見的有固定長度格式和TLV 格式。
1. 固定長度格式
特點：每個字段的長度固定（比如溫度占 2 字節，濕度占 2 字節），解析時按固定位置取數據，速度快。
適用場景：實時性要求高的場景（如傳感器每秒傳輸一次數據）。
示例數據包結構（共 5 字節）：
| 字段 | 長度（字節） | 說明 |
|---|---|---|
| 溫度 | 2 | 用 int16_t 存儲（實際值 = 存儲值 / 10，比如 0x00FA=250 → 25.0℃） |
| 濕度 | 2 | 同上（0x0258=600 → 60.0%） |
| 狀態 | 1 | 0 = 正常，1 = 異常 |
對應的二進制數據：0x00 0xFA 0x02 0x58 0x00（即溫度 25.0℃，濕度 60.0%，狀態正常）
Python 解析代碼：
用struct模塊解析二進制數據（需要知道每個字段的類型和順序）。
import struct# 假設收到的二進制數據（5字節）
recv_bytes = b'\x00\xFA\x02\x58\x00'if len(recv_bytes) == 5: # 檢查長度是否正確# 解析：2字節溫度（int16）、2字節濕度（int16）、1字節狀態（uint8）temp_raw, hum_raw, status = struct.unpack('>hhu', recv_bytes)# 轉換為實際值（除以10）temperature = temp_raw / 10.0humidity = hum_raw / 10.0print(f"溫度：{temperature}℃，濕度：{humidity}%，狀態：{'正常' if status == 0 else '異常'}")
else:print("二進制數據長度錯誤")
（>hhu表示：>大端模式，hint16，hint16，uuint8）
ESP32 解析代碼：
直接操作字節數組，按固定位置取數據。
#include <Arduino.h>// 定義數據包結構（5字節）
struct DataPacket {int16_t temp_raw; // 溫度原始值（2字節）int16_t hum_raw; // 濕度原始值（2字節）uint8_t status; // 狀態（1字節）
};void setup() {Serial.begin(115200);
}void loop() {if (Serial.available() >= 5) { // 至少收到5字節uint8_t recv_buf[5];Serial.readBytes(recv_buf, 5); // 讀取5字節到緩沖區// 解析數據（大端模式：高位字節在前）DataPacket data;data.temp_raw = (recv_buf[0] << 8) | recv_buf[1]; // 第0-1字節 → 溫度data.hum_raw = (recv_buf[2] << 8) | recv_buf[3]; // 第2-3字節 → 濕度data.status = recv_buf[4]; // 第4字節 → 狀態// 轉換為實際值float temperature = data.temp_raw / 10.0;float humidity = data.hum_raw / 10.0;Serial.printf("溫度：%.1f℃，濕度：%.1f%，狀態：%s\n",temperature, humidity, (data.status == 0) ? "正常" : "異常");}
}
2. TLV 格式（Type-Length-Value）
特點：每個字段由 "類型（Type）+ 長度（Length）+ 值（Value）" 組成，字段數量和長度可以不固定，靈活性高。
適用場景：需要擴展的協議（比如有時傳溫度，有時傳溫度 + 濕度 + 電量）。
示例數據包：
| 類型（1 字節） | 長度（1 字節） | 值（n 字節） | 說明 |
|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x02 | 0x00 0xFA | 溫度（25.0℃） |
| 0x02 | 0x02 | 0x02 0x58 | 濕度（60.0%） |
對應的二進制數據：0x01 0x02 0x00 0xFA 0x02 0x02 0x02 0x58
Python 解析代碼：
循環解析每個 TLV 單元（先讀類型，再讀長度，再讀對應的值）。
def parse_tlv(data):parsed = {}index = 0while index < len(data):if index + 2 > len(data): # 至少需要類型（1）+長度（1）breaktype_ = data[index] # 類型（1字節）length = data[index + 1] # 長度（1字節）index += 2if index + length > len(data): # 檢查值是否完整breakvalue = data[index:index + length] # 值（length字節）index += length# 解析具體值（根據類型轉換）if type_ == 0x01: # 溫度temp_raw = (value[0] << 8) | value[1]parsed["temperature"] = temp_raw / 10.0elif type_ == 0x02: # 濕度hum_raw = (value[0] << 8) | value[1]parsed["humidity"] = hum_raw / 10.0return parsed# 假設收到的TLV二進制數據
recv_bytes = bytes([0x01, 0x02, 0x00, 0xFA, 0x02, 0x02, 0x02, 0x58])
result = parse_tlv(recv_bytes)
print(f"解析結果：{result}") # 輸出：{'temperature': 25.0, 'humidity': 60.0}
ESP32 解析代碼：
同樣循環讀取每個 TLV 單元，按類型處理值。
#include <Arduino.h>void parseTLV(uint8_t* data, int len) {int index = 0;float temp = -1, hum = -1;while (index < len) {if (index + 2 > len) break; // 不夠類型+長度的字節uint8_t type = data[index];uint8_t length = data[index + 1];index += 2;if (index + length > len) break; // 不夠值的字節// 解析值（根據類型）if (type == 0x01 && length == 2) { // 溫度（2字節）int16_t raw = (data[index] << 8) | data[index + 1];temp = raw / 10.0;} else if (type == 0x02 && length == 2) { // 濕度（2字節）int16_t raw = (data[index] << 8) | data[index + 1];hum = raw / 10.0;}index += length;}// 打印結果if (temp != -1) Serial.printf("溫度：%.1f℃ ", temp);if (hum != -1) Serial.printf("濕度：%.1f% ", hum);Serial.println();
}void setup() {Serial.begin(115200);
}void loop() {// 假設收到8字節TLV數據if (Serial.available() >= 8) {uint8_t recv_buf[8];Serial.readBytes(recv_buf, 8);parseTLV(recv_buf, 8);}
}
三、自定義格式（最靈活，適合嵌入式）
實際項目中，常自定義格式（結合文本或二進制），并加入幀頭、幀尾、校驗位（防止數據錯亂）。比如：
格式定義：幀頭（0xAA） + 數據長度（1字節） + 數據內容 + 校驗和（1字節） + 幀尾（0x55）
- 幀頭 / 幀尾：標記數據包的開始和結束（比如 0xAA 開始，0x55 結束）。
- 數據長度：告訴接收方 "數據內容" 有多少字節，方便解析。
- 校驗和：所有數據字節的和（取低 8 位），用于檢查數據是否傳輸錯誤。
示例數據包（數據內容是溫度 25.0℃，即 0x00FA）：
0xAA 0x02 0x00 0xFA 0xFA 0x55
- 幀頭：0xAA
- 數據長度：0x02（數據內容占 2 字節）
- 數據內容：0x00 0xFA（溫度原始值）
- 校驗和：0x00 + 0xFA = 0xFA
- 幀尾：0x55
Python 解析代碼：
先找幀頭，再驗證幀尾和校驗和，最后解析數據。
def parse_custom(data):index = 0while index < len(data):# 找幀頭（0xAA）if data[index] != 0xAA:index += 1continue# 檢查是否有足夠的字節（幀頭+長度+校驗+幀尾至少4字節）if index + 4 > len(data):breaklength = data[index + 1] # 數據長度# 檢查總長度是否足夠（幀頭+長度+數據+校驗+幀尾）total_len = 2 + length + 1 + 1 # 2=幀頭+長度，1=校驗，1=幀尾if index + total_len > len(data):index += 1continue# 提取數據內容content = data[index + 2 : index + 2 + length]# 提取校驗和checksum = data[index + 2 + length]# 提取幀尾tail = data[index + 2 + length + 1]# 驗證幀尾和校驗和if tail != 0x55:index += 1continue# 計算校驗和（數據內容的和）calc_checksum = sum(content) & 0xFFif calc_checksum != checksum:index += 1continue# 解析數據內容（這里是溫度）if length == 2:temp_raw = (content[0] << 8) | content[1]temperature = temp_raw / 10.0print(f"解析成功：溫度={temperature}℃")# 移動到下一個數據包index += total_lenreturn# 假設收到的自定義格式數據
recv_bytes = bytes([0xAA, 0x02, 0x00, 0xFA, 0xFA, 0x55])
parse_custom(recv_bytes) # 輸出：解析成功：溫度=25.0℃
ESP32 解析代碼：
邏輯和 Python 類似，先找幀頭，再驗證校驗和和幀尾。
#include <Arduino.h>void parseCustom(uint8_t* data, int len) {int index = 0;while (index < len) {// 找幀頭0xAAif (data[index] != 0xAA) {index++;continue;}// 檢查最小長度（幀頭+長度+校驗+幀尾=4字節）if (index + 4 > len) break;uint8_t length = data[index + 1]; // 數據長度uint16_t total_len = 2 + length + 1 + 1; // 總長度// 檢查總長度是否足夠if (index + total_len > len) {index++;continue;}// 提取各部分uint8_t* content = &data[index + 2]; // 數據內容uint8_t checksum = data[index + 2 + length]; // 校驗和uint8_t tail = data[index + 2 + length + 1]; // 幀尾// 驗證幀尾if (tail != 0x55) {index++;continue;}// 計算校驗和uint8_t calc_checksum = 0;for (int i = 0; i < length; i++) {calc_checksum += content[i];}if (calc_checksum != checksum) {index++;continue;}// 解析數據（溫度）if (length == 2) {int16_t temp_raw = (content[0] << 8) | content[1];float temperature = temp_raw / 10.0;Serial.printf("解析成功：溫度=%.1f℃\n", temperature);}// 移動到下一個數據包index += total_len;}
}void setup() {Serial.begin(115200);
}void loop() {// 假設收到6字節自定義數據if (Serial.available() >= 6) {uint8_t recv_buf[6];Serial.readBytes(recv_buf, 6);parseCustom(recv_buf, 6);}
}
總結：如何選擇格式？
- 簡單場景（少量數據，需要人看懂）：用 CSV 或 JSON。
- 實時性高、數據量大（如傳感器每秒 10 次傳輸）：用固定長度二進制。
- 需要靈活擴展（字段不固定）：用 TLV。
- 嵌入式設備通信（怕數據錯亂）：用帶幀頭、校驗的自定義格式。
核心原則：在 "易讀性" 和 "效率 / 可靠性" 之間找平衡。
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