Arduino com port monitor

Serial Monitor. Общаемся с компьютером

Для общения между платой Arduino и компьютером или другим устройством в контроллере используется интерфейс UART или USART, который в сочетании со встроенным в UNO USB-to-UART конвертером, позволит установить двунаправленую связь с компьютером через виртуальный последовательный порт. У некоторых моделей Arduino может быть несколько портов. Порт соединяется через цифровой пин 0 (RX) и 1 (TX) при подключении к компьютеру через USB, поэтому не используйте пины 0 и 1 для ввода/вывода.

Раньше на старых компьютерах были COM-порты, сейчас они создаются виртуально при помощи микросхемы FTDI, когда мы подключаем плату к компьютеру через USB.

Вам часто придётся использовать общение между устройствами для обмена информацией. Можно как посылать сигнал с компьютера, например, с клавиатуры, так и принимать сигналы с платы. Это полезно, чтобы узнать, что вообще происходит с сигналом из нужного вывода платы.

В Arduino IDE есть специальный значок с изображением лупы, который запускает Serial Monitor (монитор порта).

Для корректной работы с портом требуется выполнение двух условий: выбрать правильный COM-порт, выбрать скорость работы в скетче, которая должна совпадать со скоростью, выбранной в мониторе порта.

Для общения используется класс Serial. В методе setup() мы открываем порт для общения функцией Serial.begin() с указанием скорости в бодах (baud). Бод — это количество изменений сигнала в секунду. В нашем случае сигналы могут быть только двоичными, так что скорость в бодах соответствует скорости в битах в секунду. Можно использовать любую скорость, главное чтобы на приёмной и передающей сторонах они были одинаковыми. Доступные скорости можно посмотреть в настройках порта. Значение 9600 является стандартным и его можно не менять (9600 бод — 960 символов — один стартовый бит, восемь бит на сам символ и конечный бит). Если установить неправильную скорость, то вместо данных получим «мусор» — данные, которые нельзя обработать. Для обмена данными между другими компонентами скорость может быть и выше, например между платой и Bluetooth-модулем.

На платах Arduino Mega и Arduino Due доступны также Serial1, Serial2, Serial3.

Чтобы отправить сообщение в порт, используются методы print() (символы идут подряд) или println() (с переводом на новую строку).

Давайте выведем какое-нибудь сообщение. Это можно сделать в методе setup(), так как нам не нужно повторять одну и ту же фразу бесконечно. Метод loop() оставляем пустым.

Если посылаем строку, то обрамляем её кавычками. Если число, то кавычки не используем. Изменим функцию setup().

Можно заменить строки и числа на переменные. Перепишем пример.

Немного о числах. При работе с дробными числами, можно указать число знаков после запятой.

Работа с массивами и строками

Разберём пример отправки строк в случайном порядке. Любая строка уже является массивом символов. Поэтому вместо типа String, можно использовать массив char[]. Для примера создадим массив из четырёх имён и будем выводить их в случайном порядке через разные промежутки времени, используя функцию random().

Приём данных

Выводить данные в порт просто. А вот принимать данные с компьютера и других источников сложнее. При отправлении данных, они складываются в буфер, ожидая, когда плата их прочитает. Объём буфера составляет 64 байта. Чтобы постоянно не читать пустой буфер, есть специальная функция проверки буфера Serial.available(). Она возвращает число байт, которые лежат в буфере. Обычно в коде создают условие проверки — если в буфере больше 0 байт, то выполняем какие-то команды.

Для демонстрации создадим странный пример — создадим переменную, присвоим ей данные через Serial.read() и попросим её прислать полученные данные через Serial.print(). Получится круговорот данных или эхо.

Проверяем на числах. Отправляем число 9, а получаем 57. Если вы получаете две строки с числами 57 и 10, то в нижней части окна выберите настройку No line ending вместо Newline.

Попробуем также отправить букву. Опять вместо t возвращается 116. Ерунда какая-то. Всё просто, функция read() работает с символьными значениями и мы видим код символа из стандартной таблицы символов ASCII.

Чтобы решить проблему, нужно изменить тип данных на char.

Вроде проблема решена. Мы можем принимать отдельные цифры и буквы. Но буквы только английские, а числа только однозначные.

Если мы планируем работать только с однозначными числами, то можно написать такой код.

Решение какое-то половинчатое. А как быть с большими числами или словами?

Если отправить двузначное число 23, то ответ разбивается на части — 2 и 3. Получается, что переменная получит последнее число 3 (промежуточные значения перезаписываются). Чтобы обработать всё число, нужно использовать метод parseInt().

Теперь вы можете вводить любые числа. Но, наверное, вы заметите теперь небольшую задержку в ответах. Метод внутри себя перемалывает данные. Кстати, вы можете использовать и обычные символы. Если набор символов состоит только из букв, то вернётся 0. Если будут попадаться и цифры, то будут возвращаться цифры. Попробуйте комбинировать различные сочетания цифр и букв, чтобы понять, как будут обрабатываться данные.

Управление светодиодом с клавиатуры

Напишем пример управления встроенным светодиодом с клавиатуры. Если нажата клавиша 1, то светодиод должен загореться, при нажатии клавиши 0 выключим светодиод.

Часть кода нам уже знакома — мы используем встроенный светодиод под номером 13.

Сигнал от компьютера поступает в виде байта. Создаём новую переменную incomingByte для этих целей.

Последовательный порт включается командой begin() с указанием скорости.

Если с компьютера поступает сигнал, то функция available() вернёт количество байт, доступное для чтения. Таким образом, мы просто убеждаемся, что какой-то сигнал пришёл (больше нуля).

После первой проверки мы проверяем введённый символ, который может быть представлен и как байт. Если символ равен единице, то включаем светодиод, как мы делали раньше. Если символ равен 0, то выключаем.

Как это выглядит на практике. Заливаем скетч и запускаем Serial Monitor (Ctrl+Shift+M). В окне Serial Monitor наверху есть текстовое поле. Вводим в него числа 1 или 0 и нажимаем кнопку Send. Можно также нажать клавишу Enter для быстрого ввода.

Для общего развития в скетч добавлены также две строчки кода, определяющие код нажатой клавиши. Таким образом вы можете узнать код для клавиш 0 и 1. Вы также можете нажимать и на другие клавиши, они не повлияют на светодиод, но вы увидите коды клавиш.

Чуть более сложный пример, когда строка задана в виде массива и символы выводятся по очереди.

Функция Serial.end() закрывает последовательное соединение, порты RX и TX освобождаются и могут быть использованы для ввода/вывода.

В различных уроках вы будете принимать сигналы от платы Arduino. Это полезно, например, для отладки приложения, когда вы выводите сообщения и по ним ориентируетесь, какая часть программа работает, а какая — нет. Способность общения между Arduino и компьютером очень важна. Вы можете принимать сигналы не только в Arduino IDE, но и в других приложениях на компьютере. Например, в связке с Arduino часто используют приложение Processing, в котором рисуют графики поступаемых сигналов.

Если вы больше не нуждаетесь в получении данных, то закрывайте окно Serial Monitor.

Также существует библиотека SoftwareSerial. Она позволяет осуществить последовательную передачу данных через другие цифровые контакты Arduino.

Другие варианты

Чтение данных из последовательного порта возможно другими способами. Ищите расширения, например, Arduino Chrome Serial Monitor. На видео можно посмотреть, как создать расширение самостоятельно.

На C# также можно написать приложение, которое будет уметь считывать данные.

Processing также умеет работать с последовательным портом.

Дополнительное чтение

ASCIITable — распечатываем таблицу символов ASCII в разных форматах

Источник

Arduino IDE: Монитор порта

Опубликовано: 05.10.2016 18:36

Введение

Приветствую всех, сегодня хочу рассказать вам о небольшой подпрограмме или утилите, кому как удобней, под названием «Монитор порта». Если вы уже знакомы с Arduino IDE то вы не раз с ней сталкивались и догадались о чем пойдет речь. Но не торопитесь уходить, вам точно будет что прочесть, так как мы пройдемся от основ до полного разбора ее работы.

И так, «Монитор порта» это небольшая подпрограмма Arduino IDE, предназначенная для приёма-передачи данных из-в Arduino. Ввиду того, что Arduino IDE не имеет никаких средств отладки скетчей, это единственное средство проверить все ли работает верно, и так как надо.

Состоит подпрограмма из одной формы, при запуске, Arduino IDE передает ей номер COM-порта, с которым она должна работать, после чего она пытается с ним соединиться и в случае успеха, начинает прослушивать и выводить на экран всю полученную информацию.

Саму форму «Монитора порта» можно разбить на три части: верхняя, центральная и нижняя.

1. В верхней части расположено поле ввода, в которое пользователь может вписать те данные, которые он хочет отправить в Arduino. Это может быть как текст, так и цифры (подробнее о формате передачи я расскажу чуть ниже). По кнопке «Отправить» как вы уже догадались, подпрограмма отправляет введённые данные в COM-порт и далее в Arduino.
2. В центральной же части расположено текстовое поле, в которое выводиться вся информация, полученная из COM-порта, т.е. то, что было отправлено из Arduino.
3. В нижней части формы, расположены дополнительные настройки, а именно:

• «Автопрокрутка» — Удобна в том случае, когда вы хотите видеть всегда свежую информацию, полученную из Arduino. Центральная часть автоматически пролистывается в самый низ поля.
• «Постфикс» — Выпадающий список, в котором можно выбрать один из вариантов постфикса, т.е. когда вы нажимаете кнопку «Отправить» в верхней части формы, к данным которые вы ввели в поле, будут добавлены еще несколько байт, какие читайте ниже.
• «Скорость» — Выпадающий список, в котором необходимо выбрать скорость передачи данных в бодах.

В целом, форма не сложная, элементов на ней мало, запутаться сложно. На этом с описанием мы закончим и начнем подробный разбор.

Передача данных из Arduino в «Монитор порта»

Начнем мы с Arduino.

Для того чтобы передать данные из Arduino в «Монитор порта» необходимо в функции setup() проинициализировать класс Serial вызвав его метод begin попутно передав скорость и настройки COM-порта.

• Где скорость — это скорость передачи данных бод в секунду.
• В настройках (не обязательный параметр) же указывается, сколько информационных бит в байте, а также количество стоповых бит и добавлять ли бит четности. По умолчанию если не передать настройки (а они нам не нужны в 99.9% случаев), класс Serial возьмёт стандартные настройки, а именно:

1. Количество информационных бит в байте – 8.
2. Количество стоповых бит – 1.
3. Бит четности – Без бита четности.

Что такое стартовый бит, информационный бит, бит четности, почему скорость измеряется в бодах, я расскажу вам в другой статье, иначе переварить такой большой объём информации, а статья получиться не маленькая, будет не просто. Сейчас же мы будем пользоваться стандартными настройками, где скорость равна 9600 бод в секунду, а настройки Arduino будет выбирать автоматически.

Итого у нас получилось следующее:

После того как все готово, отправить данные можно используя методы print и println того же класса Serial.

Таким образом, в мониторе порта мы будем видеть строку, состоящую из двух «Hellow World!» каждую секунду (см. фото выше).

Класс Serial содержит и другие методы для работы с монитором порта, но, как правило, методов print и println достаточно в большинстве случаев.

Получение данных отправленных из «Монитора порта» в Arduino

Теперь мы попробуем получить команды, отправленные из монитора порта в Arduino и использовать их, например, для включения или выключения светодиода.

Поможет нам с этим все тот же класс Serial и его метод readString.

И так по команде «HIGH» мы будем включать светодиод, а по команде «LOW» будем выключать.

Для того чтобы отправить команду, необходимо в поле расположенном в верхней части формы набрать текст, и нажать кнопку «Отправить». Получать команды мы будем при помощи упомянутого метода readString.

Итого у Вас должно получиться следующее.

Вот так, без особых мучений можно создать N-е количество команд и обрабатывать их в Arduino.

Ну а далее о формате передачи данных.

Формат передачи данных

Напоследок, мы поговорим о том, в каком же виде происходит обмен информацией между «Монитором порта» и Arduino. Не смотря на то, какие данные вы передаете из Arduino в монитор порта, все они конвертируются в строку формата ASCII (см. таблицу), то же самое происходит и при отправке данных из монитора порта в Arduino. Т.е. отправив число десять, вы на самом деле отправляете не число, а строку, состоящую из двух символов, символ единицы и символ нуля.

К примеру, отправив один байт равный 128, на самом деле монитор порта получит три байта.

• Байт 49 – Символ единицы в кодировке ASCII.
• Байт 50 – Символ двойки.
• Байт 56 – Символ восьмерки.

При выполнении метода println мы получим и вовсе 5 байт. Где первые три будут описанные выше, а два дополнительных это байт CR (13) и LF(10), означающие перевод на новую строку.

Посмотрев таблицу символов ASCII, многие заметят, что в ней присутствует символы только латиницы, в следствии чего отправив к примеру «Привет мир!», в мониторе порта мы получим какие то кракозябры. Пользуясь случаем хочу прорекламировать альтернативный монитор порта, написанный авторами портала, который понимает не только надписи на Русском, но и на других языках.

И вот теперь прочтя все, что я тут написал, наконец, можно рассказать что такое «Постфикс», выпадающий список в нижней части монитора порта.

Постфикс это байт или байты, в зависимости от того какой пункт вы выбрали, которые будут добавлены к данным которые вы ввели в поле для отправки.

Например, написав в поле для отправки число 128 и нажав на кнопку «Отправить» мы получим следующее:

• В постфиксе выбрано «Нет конца строки» — Монитор порта отправит только то что было введено в поле для отправки, не добавляя ничего.
• В постфиксе выбрано «NL (Новая строка)» — Монитор порта отправит то, что было введено в поле для отправки, и добавит байт LF (10).
• В постфиксе выбрано «CR (Возврат каретки)» — Монитор порта отправит то, что было введено в поле для отправки, и добавит байт CR (10).
• В постфиксе выбрано «NL & CR» — Монитор порта отправит то, что было введено в поле для отправки, и добавит два байт CR (13) и LF (10).

На этом все. Пишите в комментариях, что вам не понятно, и в новых статьях мы попробуем расписать это более подробно.

Ну а следующая статья будет о том, как написать свой монитор порта на Delphi.

Источник