Python程序员在编程Arduino时面临的第一个挑战是语言不同。Arduino IDE使用的是受C和C++启发的语言。实际上,像Arduino这样的平台与Python非常搭配,特别适用于需要与传感器和其他物理设备集成的应用程序。如果您已经掌握了Python的基础知识,那么您可以通过使用Python来控制Arduino来入门。本文目的主要是向您展示如何使用PinPong库通过Python与Arduino进行通信,以帮助您开发自己的电子项目。
一、为什么是PinPong库?
PinPong库是一个用于控制开源硬件开发板的Python库。它基于Firmata协议,并兼容MicroPython语法。使用PinPong库,您可以使用Python代码控制各种常见的开源硬件设备。其基本原理是将特定的固件烧录到硬件板上,通过串行通信使板与计算机之间进行通信以执行各种命令。PinPong库简化了与 Arduino 板上的数字引脚和模拟引脚进行交互的过程。通过 PinPong,您可以使用 Python 代码控制 Arduino 的输入和输出,包括读取传感器数据、控制执行器等。
"PinPong"的名称源自"Pin"和"Pong",其中"Pin"指的是硬件板上的引脚,而"PinPong"听起来像"乒乓球",代表信号的来回传递的特性。 PinPong库的设计旨在使开发人员在开发过程中不受特定硬件模型的限制,使他们能够专注于软件实现。即使您最初使用Arduino开发程序,也可以通过修改硬件参数轻松切换到另一个兼容的开发板,如PinPong板。
二、PinPong库的主要特点
高度灵活:支持的Arduino板包括Uno、Leonardo、Mega2560、ESP32板(如HandPy)、micro:bit、Unihiker(行空板)等。它还支持50多种传感器,并将逐步支持其他开发板和扩展库。
与MicroPython兼容:MicroPython是Python编程语言的一个变种,以其简单和易读性而广为人知和使用。通过与MicroPython兼容,PinPong简化了开发过程,使开发人员能够利用他们现有的Python知识来编程和控制硬件。
三、如何安装PinPong库
在安装PinPong库之前,请确保计算机上已安装Python 3。下面分别介绍如何在Windows、Linux、Mac OS安装PinPong库。
在Windows上安装PinPong库
Python 3下载完成后,按照提示进行安装。注意安装过程的最后一步,确保选中"Add to PATH"选项,将Python添加到系统的环境变量中。
打开命令提示符。使用Win+R快捷键,输入"cmd",然后按Enter键。
安装PinPong库。在命令提示符窗口中输入"pip install pinpong",等待片刻,直到安装完成。
信息查询。要获取当前版本信息、官方文档网站、库列表和端口号,请在"帮助命令"提示中输入"pingpong"。
在Linux上安装PinPong库
安装了Python 3之后,您可以通过在终端中输入"sudo pip install pinpong"来进行PinPong安装。
在Mac OS上安装PinPong库
安装了Python 3之后,您可以按照以下步骤安装PinPong库:
打开任何Finder窗口,按下Shift+Command+U。双击"终端"应用程序。在终端中,输入命令"sudo pip install pinpong"来安装PinPong库。
四、重要的PinPong库示例
重要的PinPong库示例对于初学者来说是必不可少的,包括基础、常用和扩展库示例。这些示例可以帮助学习者理解和学习如何利用这些库来快速开发与PinPong相关的应用程序或项目。
常用PinPong库示例:
常用PinPong库示例可以帮助您快速验证模块的使用方法。将代码复制粘贴到Python编辑器中,并据使用的板型修改板的初始化配置。基本库示例中的模块是通过Board库导入的。
示例:LED闪烁
将Arduino主控板连接到Windows或Linux计算机。控制Arduino UNO板上的内置LED每秒闪烁一次
除了如上的基础PinPong库示例可用,演示如何使用按钮控制Arduino UNO板上的内置LED,改变LED的亮度,并测试模拟引脚中断功能。
实用的PinPong库示例:
常见库示例中的模块是通过board库导入的。
示例:控制舵机电机
此之外,PinPong库中还有其他实用示例。这些示例涵盖了控制蜂鸣器进行声音生成,从超声波传感器读取数据,从DHT传感器获取温度和湿度读数,以及管理WS2812单线RGB LED灯。
扩展的PinPong库示例
扩展库示例中的模块是通过libs库导入的。您可以使用终端输入"pinpong"来查询支持的列表和使用方法。所有示例程序代码都可以在安装目录下的"examples"文件夹中找到。
示例:颜色识别
将TCS34725颜色传感器连接到Arduino板的I2C引脚(SCL和SDA),该Arduino板连接到Windows或Linux计算机。从I2C TCS34725颜色传感器中获取颜色值。
其他扩展的PinPong库示例包括从I2C TCS34725颜色传感器、I2C超声波传感器(URM09)、I2C MLX90614红外温度传感器以及使用I2C读取卡片信息的NFC模块等读取值的示例。
使用PinPong库通过Python进行的Arduino项目
自动浇水系统
为了确保植物的健康生长,定期浇水是必要的。然而,我们经常会忘记给植物浇水,这可能导致植物枯萎。为了避免这样的问题,我们可以设计一个自动浇水系统。
自动浇水系统的第一步: 驱动继电器
硬件设置:
1、控制器:Arduino UNO,IO传感器扩展板V7.1/
2、模块:继电器模块/
3、连接:Type A到B的USB电缆
4、将继电器连接到数字引脚13
开始编码:
继电器通过切换数字引脚的高低状态来控制。我们可以参考基础库的官方文档中的"Digital Output"示例。运行这个程序会使继电器发出咔哒声,随着LED的闪烁而切换。
自动浇水系统的第二步:使用继电器控制水泵
为了实现浇水功能,我们需要使用一个水泵。然而,大多数水泵的工作电压为12V,而Arduino UNO的输出电压为5V,这对直接驱动水泵来说是不足够的。在这种情况下,我们需要使用继电器来控制水泵。
硬件设置
1、控制器:Arduino UNO,IO传感器扩展板V7.1/
2、模块:继电器模块,水泵,12V电源
3、连接:Type A到B的USB电缆
4、将继电器连接到数字引脚13
5、将水泵连接到继电器
开始编码
您可以使用time模块的time.strftime()函数来确定时间。在示例中,它每天在15:30:10设置"Watering"。在实际使用中,您可以相应地添加继电器控制功能。
添加继电器以实现每日定时浇水功能。
关于更多pinpong库的介绍,您可以查看pinpong官方文档。
总结
PinPong库为Python开发者提供了一种便捷的方式来控制Arduino板。它简化了与Arduino的通信过程,使得使用Python编程语言控制Arduino变得更加容易和灵活。无论是初学者还是有经验的开发者,PinPong库都是一个有价值的工具,用于构建各种物联网和嵌入式系统项目。因此,如果你是一名Python程序员,希望探索Arduino世界,本教程为你提供了一个很好的起点。