基于Arduino和python的串口通信和上位机控制

发布于 2020-11-27 18:20
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引言

 

经常的时候我们要实现两个代码之间的通信,比如说两个不同不同人写的代码要对接,例如将python指令控制Arduino控件的开关,此处使用串口通信是非常方便的,下面笔者将结合自己踩过的坑来讲述下自己的学习经历。

首先是挑战杯审报的一个项目,即采用机器学习模型分类数据,结合Arduino的压力传感器模块,而机器学习大多采取python,数据无法做到实时传输,最后放弃了。

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图1 压力传感器模型

 

然后是python需要通过Arduino的北斗模块获取位置数据,这个也需要做两个代码之间的通信。

当时的我被这两个问题卡了好久也没有想到解决方案

感觉像是很复杂又完全没有思路

后来查阅大量资料终于得到解决

 

此处大概有两个重要的环节:串口通信和上位机控制

 

在说之前我们先要了解一下串行接口

伟大的百度百科告诉我们:

串行接口简称串口,也称串行通信接口或串行通讯接口(通常指COM接口),是采用串行通信方式的扩展接口。串行接口 (Serial Interface) 是指数据一位一位地顺序传送,其特点是通信线路简单,只要一对传输线就可以实现双向通信(可以直接利用电话线作为传输线),从而大大降低了成本,特别适用于远距离通信,但传送速度较慢。

(传送速度较慢这个。。。)

(反正我们就传个几KB的数据,慢就慢吧)

(手动微笑)

 

串口通信

 

打开我们的Arduino编译器,可以看到有一个选择板子所在的端口的选项基于Arduino和python的串口通信和上位机控制-开源基础软件社区

图2 Arduino编译器的端口

像此处写的COM4就是指的是Arduino开发板所在的串口,如果需要通过Arudino来上传代码到开发板上所需要使用的就是这个串口来与Arduino开发板进行通信

用过的人都知道Arduino有一个串口监视器(图右上角)和一个Serial.print()函数

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图3 串口监视器的位置

如果我们使用Serial.print()函数的话,传过来的数据就能够成功的在串口监视器上显示出来基于Arduino和python的串口通信和上位机控制-开源基础软件社区

 

图4 Serial.print()函数结合串口监视器的描述

那么我们需要思考一个问题:

既然传过来的数据能够用Arduino来看

那么其他的软件如果能够打开的话效果就会非常好

由此我们就需要做串口通信的问题啦

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知识链接:其实Arduino主要起到的仅仅只有一个编译的作用,这个串口监视只是它的副业。。

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一、设置串口

 

此处我们采用python打开这个串口以实现串口通信

编译器使用pyCharm

首先安装pyserial基于Arduino和python的串口通信和上位机控制-开源基础软件社区

图5 安装pyserial

(万能的pip install真好用)

pyserial的作用在于提供一个从串口读取信息的接口

现在我们已经拥有串口通信的基础了

赶紧把包导进来(注意使用import serial而不是import pyserial)

这里介绍一个基本函数serial.Serial(a,b,c)来设置一个串口

a为一个字符串代表串口的位置(如COM3)

b为一个数字代表波特率

(值得注意的是Arduino中Serial.begin()所设定的东西一定要求与你读到的波特率相同)

c为超时的时间,单位为s

初始化如图所示

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图6 串口设置与初始化

此处的意义是打开一个名字叫COM1的串口,以9600波特率,0.5秒作为超时

 

二、读取信息

 

采用readline函数以读取一列数据

由于此处我们定义的变量是ser

所以下面也同样使用ser

即ser.readline()函数

下面贴出代码:

 

首先是python端代码基于Arduino和python的串口通信和上位机控制-开源基础软件社区

图7 python端代码和运行结果(由于此处我是COM4串口就设置的是COM4)

import serial


serialPort = "COM4"  # 串口
baudRate = 9600  # 波特率
ser = serial.Serial(serialPort, baudRate, timeout=0.5)
print("参数设置:串口=%s ,波特率=%d" % (serialPort, baudRate))


while 1:
    str = ser.readline()
    print(str)

ser.close()

 

然后是Arduino端代码

1 void setup(){
2   Serial.begin(9600);
3 }
4 void loop(){
5   Serial.print("Hello,World!\n");
6 }

 

至此

Arduino端向python端传输数据已经完成

 

上位机控制

 

由于Arduino的控制很有可能需要其他代码传送运行结果给它

所以上位机对于Arduino的控制也是十分有意义的

利用上位机的控制

我们能够实现代码直接控制开关的结果

例如输入一个数然后开关打开灯亮

此处我们就采用这个作为Model

 

一、Arduino函数介绍

 

此处要介绍三个新的函数Serial.read() Serial.available() pinMode()

1.Serial.read()

这个函数的作用在于从COM接口读取一个字节的数据

2.Serial.available()

这个函数的作用在于查看COM接口是否有数据读入

3.pinMode((串口号),OUTPUT) 将一个端口设置为输出口

有了这两个函数过后接下来会简单很多

 

二、接口实现

 

Arduino端口

 

我们需要实现以下功能:

1.灯原来亮

2.按下0后灯灭

3.按下1后灯亮

首先我们需要向Arduino芯片内写入代码

但有一点需要注意

如果要将二极管LED直接接到接口上的话只能接13号接口

因为13号接口自带正好适合LED的电阻

有了上面的基础

我就直接贴代码了

附带详细注释哦

void setup(){
  Serial.begin(9600);
  pinMode(13, OUTPUT);//设置13号端口作为输出端口
  digitalWrite(13,HIGH);//让灯开始时亮
}
char var;
void loop(){
  while(Serial.available()>0)//当有信号的时候
  {
    var=Serial.read();
    if(var=='0')//传过来的是0
      digitalWrite(13,LOW);
    if(var=='1')//传过来的是1
     digitalWrite(13,HIGH);
  }
}

 

python端口

 

此处python接口采用serial中的write函数来向串口中写入数据

注意一下输入的一定要是ASCII字符

否则Arduino接口无法读出的

# -*- coding: utf-8 -*-
import serial

serialPort = "COM4"  # 串口
baudRate = 9600  # 波特率
ser = serial.Serial(serialPort, baudRate, timeout=0.5)
print("参数设置:串口=%s ,波特率=%d" % (serialPort, baudRate))

demo1=b"0"#将0转换为ASCII码方便发送
demo2=b"1"#同理
while 1:
    c=input('请输入指令:')
    c=ord(c)#将c转换为UTF-8标准数字
    if(c==48):
        ser.write(demo1)#ser.write在于向串口中写入数据
    if(c==49):
        ser.write(demo2)

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几点注意事项:

1.接口不一定统一

2.其中函数笔者是依据自己理解来描述的,如果有问题的话希望各位大佬不要喷

3.Arduino真是太好玩了

 

已于2020-11-27 18:20:31修改
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