Arduino IDE: монитор порта для отладки и анализа данных в проектах

В этой статье вы сможете прочитать введение в работу с так называемым “монитором порта” – небольшой утилитой, входящей в состав Arduino IDE. Она предназначена для обмена данными с помощью последовательного порта, чаще всего с Arduino. Так как в Arduino IDE нет встроенных средств для отладки прошивок, монитор порта является единственным доступным для этого средством.

Утилита состоит из одного окна и одновременно может работать только с одним последовательным портом, номер которого был выбран в Arduino IDE. Условно это окно можно разбить на три части:

В верхней его части будет находиться поле ввода. С помощью него можно отправлять данные в последовательный порт;
В центральной части будут отображаться данные, полученные из последовательного порта;
В нижней части расположено меню настроек. При включённой автопрокрутке полученные данные всегда будут пролистываться вниз и вы будете видеть последнюю полученную информацию. Также здесь можно выбрать формат постфикса (о них чуть ниже), добавляемого после отправленной строки, и скорость передачи данных.

Теперь о работе Arduino с последовательным портом. Для того, чтобы установить соединение в скетче, а именно в функции setup, нужно вызвать метод begin класса Serial и указать скорость соединения:

Serial.begin(9600);

1	Serial.begin(9600);

Также при инициализации можно объявить дополнительные настройки: количество информационных бит в байте ( по умолчанию 8), стоповых бит (1 по умолчанию), и наличие бита чётности (по умолчанию отсутствует).

Для корректной работы с монитором порта доступны следующие скорости в бод/с (включая служебные символы):

300;
1200;
2400;
4800;
9600;
19200;
38400;
57600;
74880;
115200;
230400;
250000.

Отправлять данные с Arduino можно методами print (без переноса строки) и println(с переносом строки) класса Serial. Загрузим следующий скетч в плату.

void setup() 
{
  // Инициализируем (запускаем) класс Serial вызывая его метод begin и указывая скорость 9600 бод в секунду.
  Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
  // Отправляем «Hello, World! ».
  Serial.print("Hello, World! "); 
  // Отправляем «Hello, World!» с переносом строки
  Serial.println("Hello, World!"); 
  // Ждём одну секунду.
  delay(1000);
}

void setup()

{

// Инициализируем (запускаем) класс Serial вызывая его метод begin и указывая скорость 9600 бод в секунду.

Serial.begin(9600);

}

void loop()

{

// Отправляем «Hello, World! ».

Serial.print("Hello, World! ");

// Отправляем «Hello, World!» с переносом строки

Serial.println("Hello, World!");

// Ждём одну секунду.

delay(1000);

}

Теперь каждую секунду в мониторе порта мы сможем наблюдать строку “Hello, World! Hello, World! “, как на скриншоте в начале статьи. Но ведь этого мало. Поэтому давайте научимся считывать команды, отправленные из монитора порта и управлять с их помощью платой Arduino.

Начнём с классики – мигания светодиодом. Команда “HIGH” будет включать встроенный в плату светодиод на 13 пине, “LOW” – выключать. Принимать их будем с помощью метода readString. В мониторе порта выбираем постфикс “Нет конца строки”, чтобы к командам не были добавлены служебные символы, и Arduino корректно их прочитала. Загружаем скетч и открываем монитор порта.

void setup()
{
 Serial.begin(9600);
 pinMode(13, OUTPUT);
}
void loop()
{
 // Получаем команды на включение-выключение светодиода на 13 порту.
 String str = Serial.readString();
 // Если команда «HIGH» то включаем светодиод.
 if (str == "HIGH") digitalWrite(13, HIGH);
 // Если команда «LOW» то выключаем светодиод.
 if (str == "LOW") digitalWrite(13, LOW);
 // Спим 1 секунду.
 delay(1000);
}

void setup()

{

Serial.begin(9600);

pinMode(13, OUTPUT);

}

void loop()

{

// Получаем команды на включение-выключение светодиода на 13 порту.

String str = Serial.readString();

// Если команда «HIGH» то включаем светодиод.

if (str == "HIGH") digitalWrite(13, HIGH);

// Если команда «LOW» то выключаем светодиод.

if (str == "LOW") digitalWrite(13, LOW);

// Спим 1 секунду.

delay(1000);

}

Наслаждаемся мигающим светодиодом.

Стоит обратить внимание и на формат передаваемых данных. Вне зависимости от того, какие данные были отправлены, все они будут конвертированы в строки формата ASCII. Всего их 128. Один символ кодируется одним байтом. То есть при отправке, например, числа 137 приёмник получит строку “137”, состоящую из трёх байтов под номерами “49”, “51”, “55”.

Первые 32 символа – служебные. Выше было сказано о том, что в мониторе порта можно выбрать 4 постфикса. Постфиксы добавляют к сообщению байты служебных символов. Подробнее о них:

При выборе “Нет конца строки”строка останется без изменения.
“NL (Новая строка)”– в конец строки будет добавлен байт LF (10).
“CR (Возврат каретки)”– добавиться байт CR (10). Этот байт переведёт курсор к левому краю поля, не переводя строку.
“NL & CR”– В конец строки будут добавлены два байта CR (13) и LF (10). Это гарантирует корректный перевод строки и каретки.

При приёме данных на плату Arduino нужно учитывать добавленные постфиксы, иначе программы могут работать неправильно.

Загрузим небольшой скетч для вывода принятых данных на LCD экран 1602 с I2C модулем:

#include 
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F, 16, 2); //адрес дисплея и его размеры могут быть другим
String tm = ""; //принимаемое сообщение
byte i = 0; //номер столбца
byte k = 0; //номер строки
byte j = 0; //номер символа в сообщении
byte len = 0; //длина принимаемого сообщения
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  lcd.init(); //настройка дисплея
  lcd.backlight();
  lcd.setCursor(0, 0);
}

void loop() {
  tm = Serial.readString();
  len = tm.length();
  k = 0;
  while (k < len){ lcd.setCursor(i, j); lcd.print(tm[k]); if (i > 15) {
    i = -1;
    j = j + 1;
    if (j > 1) {
    j = 0;
               }
    lcd.setCursor(i, j);
    lcd.print("                ");
                }
    i++;
    k++;
    delay(100);
                    }
}

#include

LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F, 16, 2); //адрес дисплея и его размеры могут быть другим

String tm = ""; //принимаемое сообщение

byte i = 0; //номер столбца

byte k = 0; //номер строки

byte j = 0; //номер символа в сообщении

byte len = 0; //длина принимаемого сообщения

void setup() {

Serial.begin(9600);

lcd.init(); //настройка дисплея

lcd.backlight();

lcd.setCursor(0, 0);

}

void loop() {

tm = Serial.readString();

len = tm.length();

k = 0;

while (k < len){ lcd.setCursor(i, j); lcd.print(tm[k]); if (i > 15) {

i = -1;

j = j + 1;

if (j > 1) {

j = 0;

}

lcd.setCursor(i, j);

lcd.print(" ");

}

i++;

k++;

delay(100);

}

Для обработки данных COM-порта на компьютере удобно использовать Python3 с модулем PySerial. Установить его в Windows можно с помощью командной строки, набрав “pip install PySerial”. Проверить работу модуля позволит простой скрипт:

import serial
port = "COM3" #Номер COM-порта
serialFromArduino = serial.Serial(port, 9600) #выбор порта(задан ранее) и скорости
serialFromArduino.flushInput()
while True:
    if (serialFromArduino.inWaiting() > 0):
        input1 = str(serialFromArduino.read(29))
        print(input1)
        input1 = input1[2:29]#Удаление служебных символов
        print(input1)

import serial

port = "COM3" #Номер COM-порта

serialFromArduino = serial.Serial(port, 9600) #выбор порта(задан ранее) и скорости

serialFromArduino.flushInput()

while True:

if (serialFromArduino.inWaiting() > 0):

input1 = str(serialFromArduino.read(29))

print(input1)

input1 = input1[2:29]#Удаление служебных символов

print(input1)

Как вы сможете заметить, скрипт будет отображать строки полностью, не реагируя на служебные символы.

Смотрите также

Processing – язык программирования Arduino
Среда разработки Arduino IDE
Скетчи для Arduino
Работа с программатором

Arduino IDE: Монитор порта

Смотрите также