シリアルポートデータを読み取る方法：Windows用総合ガイド

シリアルポートデータの読み取りは、さまざまな分野の個人にとって重要です。ハードウェアおよびソフトウェアの開発者、エンジニア、愛好家は、RS232やRS485などのシリアルプロトコルをサポートする機器でCOMポートデータ分析を実行する必要がある場合があります。本ガイドでは、専用のシリアル通信ツールを使用してデータを読み取り、データ転送速度を最適化し、より信頼性の高い通信をサポートするための問題を解決する方法についてご説明します。

目次

1. シリアル通信とは？
2. シリアルポートからデータを読み取る方法は？
3. Windows用シリアルポートリーダーの主な機能
   3.1 COMポートリーダーを使用してWindowsでシリアルポートデータをキャプチャする方法は？
   3.2 高度なトラブルシューティングと最適化
4. RS232接続と信号
   • • DTEとDCE
   • • DB-9からDB-25への変換
   • • RS-232接続
   • • RS-232信号
5. シリアルデータの読み取りに依存するアプリケーション

シリアル通信とは？

シリアル通信では、単一のワイヤを介してデータを一度に1ビットずつ送信します。これは、組み込みシステム、従来の周辺機器、産業用機器でよく使用されます。RS232プロトコルはシリアル通信の標準とみなされます。最近、最新のコンピューティングシステムでは、USBシリアル変換アダプターがますます普及しています。

シリアルポートからデータを読み取る方法は？

1. シリアル接続をセットアップする
   
   
   • ■ マシンのシリアルポートまたはUSBシリアル変換アダプターを使用して、シリアルデバイスがコンピューターに接続されていることを確認します。COMポート番号は、マシンのデバイスマネージャーを使用して取得できます。
   • ■ 通信パラメータを、シリアルデバイスの通信パラメータと一致するように設定します。効果的な通信には、ボーレート、パリティ、フロー制御などのパラメータが一致している必要があります。
2. シリアルポートリーダーツールを選択します。シリアルポートデータを監視および分析するには、専用のソフトウェアが必要です。Serial Port Monitor（シリアルポートモニター）は、この目的に効果的なツールです。


3. モニタリングセッションを開始する
   
   
   • ■ Serial Port Monitorをインストールして構成した後、新しいモニタリングセッションを開始します。本ソフトウェアは、COMポートを通過するデータをキャプチャするため、接続されたデバイスとコンピューター間の通信を監視できます。
4. リアルタイムRS232データの読み取り
   
   
   • ■ モニタリングセッションは、シリアルポート経由で転送されるデータをリアルタイムで収集し、選択された形式で表示します。データは、オフライン分析用にCSV、HTML、またはTXTファイルとしてエクスポートできます。
5. 追加のシリアルポートモニタリングツール
   
   
   • ■ pySerialは、Pythonユーザーにシリアルデータを読み取るためのプロシージャライブラリを提供します。こちらのpySerialチュートリアル動画をご覧ください。
   • ■ PuTTYは、シリアルポートデータを読み取ることができる無料のソリューションです。こちらの動画チュートリアルで、PuTTYを使用したCOMポートモニタリングについてご説明しております。

Windows用Serial Port Reader（シリアルポートリーダー）の主な機能：

• COMポートアクティビティの読み取り

本ソフトウェアユーティリティをご利用いただくと、別のアプリケーションがすでに開いている場合でも、指定されたポートからRS232データを読み取り、それをモニタリングできます。キャプチャされたシリアルデータはさまざまな形式で表示でき、リアルタイムモニタリング機能により、問題解決にとても便利です。

また、受信されたデータは任意のファイルに保存したり、クリップボードにコピーしたりできます。このツールは、入出力制御コード（IOCTL）とその完全なパラメータを表示し、ファイルします。セッションはCom Port Reader（ポートリーダー）によって保存でき、必要に応じて再読み込みできます。

• 1つのセッションで複数のポートを操作

本ソフトウェアツールでは、複数のシリアルポートを同時に読み取ることができます。この機能は、モニタリングセッション内で同じアプリケーションと通信しているさまざまなCOMポートから収集されたデータを比較する場合に非常にお役に立ちます。この場合、すべてのデータが受信され、先入れ先出し方式で単一のログファイルに保管されます。

• スニッフィングされたデータの複数のビュー

Serial Port Reader （シリアルポートリーダー）をご利用いただくと、収集されたデータをお使いのコンピューターに表示する方法を選択できます。テーブル、ライン、ダンプ、またはターミナルの4つの異なるビューが使用できます。すべての表示モードを同時にモニタリングするオプションもあります。

• シリアル通信をエミュレート

ターミナルモードのオプションを使用すると、シリアルアプリケーションからモニタリング対象のCOMポートへのデータ送信をシミュレートできます。文字列、バイナリ、8進数、10進数、16進数、または混合などのさまざまなデータ形式を使用して、COMポートまたはそれに接続されているデバイスの反応をテストできます。

• Modbusデータのキャプチャ

COM Port Reader（COMポートリーダー） の強力なフィルターにより、Modbus RTUおよびModbus ASCII経由で送信されたシリアルデータを読み取ることができます。このユーティリティは、これらのプロトコルだけでなく、RS-232、RS-485、RS-422インターフェースで採用されているプロトコルにも完全に対応します。

• 反復的なデータ交換

シリアルアプリからモニタリング対象のシリアルポートに同じコマンドを複数回送信すると、ポートの動作をより明確に把握できます。このシリアルポートユーティリティは、セッション間の差異を自動的に表示できる再生機能を備えており、そのタスクを簡素化いたします。

セッションにわかりやすい名前を付けると、後で分析できるようになります。

高度なトラブルシューティングと最適化

一般的なシリアル通信の問題のトラブルシューティング

• データ破損は、不良ケーブルや異なるボーレートが原因で発生する可能性があります。
• デバイスが応答しない場合は、多くの場合、COMポートとパラメータの設定が正しくないことが原因です。一部のデバイスでは、スムーズなデータ転送のためにフロー制御が必要な場合があります。

エラーの検出と処理

巡回冗長検査（CRC）の実行やパリティビットのチェックなどのエラー検出技術を使用すると、長いケーブルやノイズの多い動作環境に関連することが多い伝送エラーを特定できます。

ボーレートの最適化

適切なボーレートを選択するのは、一貫性のある信頼性の高い通信にとって重要です。ボーレートが高いと、データの配信が速すぎてデバイスが効果的に処理できなくなり、データの破損や損失が発生する可能性があります。Serial Port Monitor（シリアルポートモニター）を使用すると、さまざまなボーレートを試して、お使いのシリアルデバイスでのデータ転送を最適化できます。

RS232接続と信号

• DTEとDCE

DTEはData Terminal Equipment（データ端末装置）の略です。DTEの例はコンピューターです。DCEはデータ通信機器（Data Communication Equipment）の略です。モデムがDCEの好例です。

通常、DTEにはオスコネクタが付属し、DCEにはメスコネクタが付属します。これは、常に当てはまるわけではありません。ここでは、デバイスの種類を確認する簡単なテストを示します。電圧計を使用して、DB-9コネクタのピン3とピン5を測定します。DTEデバイスは、-3V ～ -15Vの電圧を示します。DCEデバイスの電圧はピン2にあります。

注意：DB-25コネクタの結果は逆になります（以下のDB-9からDB-25への変換表を参照してください）。

• DB-9からDB-25への変換

• RS-232接続

ストレートスルーケーブルは、DTE（コンピューターなど）をDCE（モデムなど）に接続するために使用され、一方の側のすべての信号がもう一方の対応する信号に、1対1の対応で接続されます。間にモデムを介さずに2つのDTEデバイスを直接接続する場合は、クロスオーバーケーブルまたはヌルモデムケーブルが使用されます。このタイプのケーブルクロスは、両側間でデータ信号を送受信します。他の制御信号の配線方法には標準がなく、さまざまなバリエーションがあります。以下はそのうちの1つの例です。

• RS-232信号

上の図は、典型的なRS-232ロジック波形を示しています（データ形式：1スタートビット、8データビット、パリティなし、1ストップ ビット）。データ送信はスタートビットで始まり、データビット（LSBが最初に送信され、MSBが最後に送信)）が続き、「ストップ」ビットで終了します。

ロジック「1（マーク）の電圧は-3VDC ～ -15VDCであり、ロジック「0（スペース）は+3VDC ～ +15VDCです。

RS-232は、2つの異なるデバイスのグランドを一緒に接続します。これは、いわゆる「アンバランス」接続です。アンバランス接続には50フィート（約15メートル）の距離制限があり、ノイズの影響を非常に受けやすくなります。

シリアルデータの読み取りに依存するアプリケーション

組み込みシステム

組み込みシステムには、エンジニアがマイクロコントローラーのプログラミングとデバッグに使用するシリアルポートが備わっていることがよくあります。マイクロコントローラーとコンピューター間の通信の問題は、通常、シリアルデータを読み取ることで診断されます。Arduinoからのシリアルデータの読み取りに関する例は、こちらのチュートリアルで見ることができます。

産業オートメーション

産業施設では、多くの場合、自動化された手順で使用される機器の制御と監視に、シリアル通信が利用されます。シリアルデータの分析は、問題の診断とシステムパフォーマンスの最適化に役立ちます。リアルタイムデータセンサーからのフィードバックを使用して、機械パラメータを即座に調整し、自動組立ラインの変動する条件に対処できます。