Управление Arduino с компьютера по UART: Пример кода

Arduino – это открытая платформа для создания электронных проектов, которая основывается на микроконтроллерах, таких как ATmega328P. Она предоставляет простую и понятную среду программирования, которая позволяет разработчикам быстро и эффективно создавать сложные системы управления.

Одним из интересных применений Arduino является управление клавиатурой. Это может быть полезно в различных проектах, начиная от простых кодовых замков и заканчивая сложными системами ввода данных. В этой статье мы рассмотрим, как управлять Arduino с компьютера.

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) – это один из самых популярных протоколов серийной связи в встроенных микроконтроллерах. В Arduino обычно используется модуль UART для серийной связи с ПК через конвертер USB-TTL, чтобы выводить серийные сообщения на серийный монитор.

UART работает, преобразуя данные в пакеты для отправки или восстанавливая данные из полученных пакетов. Перед тем как устройство UART может отправить данные, передающее устройство преобразует байты данных в биты. После преобразования данных в биты, устройство UART затем разделяет их на пакеты для передачи.

Для отправки команд с клавиатуры на Arduino через UART, мы будем использовать функции класса Serial в Arduino. Вот несколько основных функций, которые могут нам понадобиться:

Serial.begin(baudRate): Инициализирует серийную связь с заданной скоростью передачи (baud rate). Обычные скорости передачи включают 1200, 2400, 4800, 19200, 38400, 57600 и 115200.
Serial.available(): Возвращает количество байт, доступных для чтения из буфера последовательного ввода. Обычно используется вместе с функцией Serial.read() для проверки наличия входящих данных перед чтением.
Serial.read(): Читает один байт входящих данных из буфера ввода UART. Возвращает первый байт, доступный для чтения, в виде целочисленного значения.
Serial.readStringUntil(stop): Читает символы из буфера последовательного порта в строку до тех пор, пока не встретит указанный символ.
Serial.print(val): Отправляет данные в виде текста через интерфейс UART. Принимает различные типы данных, такие как целые числа, числа с плавающей точкой, строки и символы.
Serial.println(val): Подобно функции Serial.print(), но добавляет символ новой строки конец передаваемых данных. Это полезно для вывода каждого сообщения на новой строке, что обеспечивает более четкий вывод при чтении из последовательного монитора.
Serial.write(val): Записывает двоичные данные в последовательный порт. Эти данные отправляются как один байт или как серия байт.

Подключите светодиоды к Arduino, следуя схема, представленной выше. Обратите внимание, что каждый светодиод должен иметь свой собственный резистор в цепи, чтобы ограничить ток, проходящий через светодиод, и предотвратить его перегрев. Обычно резисторы для светодиодов выбираются в диапазоне от 220 Ом до 1 кОм. Также стоит отметить, что пины 0 и 1 повторяют сигналы RX и TX, поэтому их необходимо оставить неподключенными.

// Массив номеров пинов, к которым подключены светодиоды
const uint8_t led_pins[] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

void setup() 
{
   // Устанавливаем все пины светодиодов как выходные
   for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)
       pinMode(led_pins[i], OUTPUT);

// Начинаем серийное соединение с скоростью 9600 бод
   Serial.begin(9600);

Serial.println("Для управления светодиодами введите \"led_i=on\\off\", где i - номер светодиода от 1 до 8.");
}

void loop() 
{
   // Если есть данные в серийном порту
   if (Serial.available())
   {
       // Читаем строку до символа новой строки
       String input = Serial.readStringUntil('\n');

// Находим позицию знака равно
       int separator = input.indexOf('=');
       // Извлекаем номер светодиода и преобразуем его в число
       int led_num = input.substring(4, separator).toInt();
       // Извлекаем состояние светодиода
       String led_state = input.substring(separator + 1);

// Переключаем светодиод
       toggle_led(led_num, led_state);
   }
}

void toggle_led(int led_num, String led_state)
{
   bool state;

// Определяем состояние светодиода на основе входной строки
   if (led_state == "on")
       state = HIGH;
   else if (led_state == "off")
       state = LOW;
   else
   {  
       // Выводим ошибку, если состояние не является "on" или "off"
       Serial.println("Ошибка: Неверное состояние светодиода.");
       return;
   }

// Проверяем, что номер светодиода находится в допустимом диапазоне
   if (led_num < 1 || led_num > 8)
   {
       Serial.println("Ошибка: Неверный номер светодиода.");
       return;
   }

// Переключаем светодиод на основе полученного состояния
   digitalWrite(led_pins[led_num], state);

// Выводим информацию о светодиоде
   Serial.print("Светодиод №");
   Serial.print(led_num);
   Serial.print(" ");
   Serial.println(state ? "включен." : "выключен.");
}

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

// Массив номеров пинов, к которым подключены светодиоды

const uint8_t led_pins[] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

void setup()

{

// Устанавливаем все пины светодиодов как выходные

for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)

pinMode(led_pins[i], OUTPUT);

// Начинаем серийное соединение с скоростью 9600 бод

Serial.begin(9600);

Serial.println("Для управления светодиодами введите \"led_i=on\\off\", где i - номер светодиода от 1 до 8.");

}

void loop()

{

// Если есть данные в серийном порту

if (Serial.available())

{

// Читаем строку до символа новой строки

String input = Serial.readStringUntil('\n');

// Находим позицию знака равно

int separator = input.indexOf('=');

// Извлекаем номер светодиода и преобразуем его в число

int led_num = input.substring(4, separator).toInt();

// Извлекаем состояние светодиода

String led_state = input.substring(separator + 1);

// Переключаем светодиод

toggle_led(led_num, led_state);

}

void toggle_led(int led_num, String led_state)

{

bool state;

// Определяем состояние светодиода на основе входной строки

if (led_state == "on")

state = HIGH;

else if (led_state == "off")

state = LOW;

else

{

// Выводим ошибку, если состояние не является "on" или "off"

Serial.println("Ошибка: Неверное состояние светодиода.");

return;

}

// Проверяем, что номер светодиода находится в допустимом диапазоне

if (led_num < 1 || led_num > 8)

{

Serial.println("Ошибка: Неверный номер светодиода.");

return;

}

// Переключаем светодиод на основе полученного состояния

digitalWrite(led_pins[led_num], state);

// Выводим информацию о светодиоде

Serial.print("Светодиод №");

Serial.print(led_num);

Serial.print(" ");

Serial.println(state ? "включен." : "выключен.");

}

1	const uint8_t led_pins[] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

Создаем массив led_pins, который содержит номера пинов, к которым подключены светодиоды.

1

2

3

4

5

6

7

for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)

{

pinMode(led_pins[i], OUTPUT);

}

Serial.begin(9600);

Serial.println("Для управления светодиодами введите \"led_i=on\\off\", где i - номер светодиода от 1 до 8.");

В функции setup() мы устанавливаем все пины светодиодов как выходные, используя функцию pinMode(). Затем мы начинаем серийное соединение с скоростью 9600 бод, используя функцию Serial.begin(). Наконец, мы выводим сообщение, которое объясняет, как управлять светодиодами через серийный порт.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

if (Serial.available())

{

String input = Serial.readStringUntil('\n');

int separator = input.indexOf('=');

int led_num = input.substring(4, separator).toInt();

String led_state = input.substring(separator + 1);

toggle_led(led_num, led_state);

}

В функции loop() мы проверяем, есть ли доступные данные в серийном порту. Если данные доступны, мы читаем строку до символа новой строки, находя позицию знака равно, извлекаем номер светодиода и преобразуем его в число, извлекаем состояние светодиода и переключаем светодиод.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

if (led_state == "on")

{

state = HIGH;

else if (led_state == "off")

state = LOW;

else

{

Serial.println("Ошибка: Неверное состояние светодиода.");

return;

}

В функции toggle_led() мы определяем состояние светодиода на основе входной строки. Если состояние “on”, то состояние светодиода устанавливается в HIGH, иначе – в LOW. Если состояние не является “on” или “off”, выводим ошибку.

1

2

3

4

5

if (led_num < 1 || led_num > 8)

{

Serial.println("Ошибка: Неверный номер светодиода.");

return;

}

Затем мы проверяем, что номер светодиода находится в допустимом диапазоне. Если это не так, выводим ошибку.

1	digitalWrite(led_pins[led_num], state);

Переключаем светодиод на основе полученного состояния.

В заключение, управление Arduino через клавиатуру с помощью UART открывает новые возможности для создания интерфейсов и сценариев. Это позволяет управлять подключенными к плате устройствами или активировать различные функции, что делает Arduino доступной и понятной платформой для широкого круга пользователей.