開啟Arduino的Python之旅

牟曉東 牟奕炫

借助PinPong庫，我們用Python編程能控制其“顯示”輸出——向我們展示各種數(shù)據(jù)信息，包括從傳感器獲取的數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)、程序運行的結(jié)果數(shù)據(jù)以及根據(jù)所設(shè)定的條件進行文字提醒等等。以常見的OLED顯示屏、四位數(shù)碼管以及1602LCD液晶顯示屏為例，在Arduino 中進行Python編程，分別進行煙霧監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示與提醒、雙按鈕半自動比賽計分顯示和聲光數(shù)據(jù)的同步顯示三個創(chuàng)客實驗項目測試。

1.OLED12864屏

用Arduino UNO一塊，小型面包板一塊，OLED12864顯示屏一塊，MQ-2煙霧傳感器一個，杜邦線若干，打火機一個，實現(xiàn)顯示煙霧傳感數(shù)據(jù)及提示。

將OLED顯示屏和煙霧傳感器的四個引腳插入面包板；用橙色和白色杜邦線分別將Arduino 的5V 和GND與面包板的紅色和藍色側(cè)邊電源連接，再用兩對橙色和白色杜邦線分別將OLED 顯示屏和煙霧傳感器的VCC、GND連接至面包板的側(cè)邊電源；用黃色杜邦線將煙霧傳感器的AO模擬數(shù)據(jù)輸出端與Arduino的A0模擬端連接；用紅色和綠色杜邦線將OLED顯示屏的SCL、SDA端與Arduino 的SCL、SDA引腳連接；最后，通過數(shù)據(jù)線將Arduino與電腦的USB端口連接（如圖1）。

在電腦端進入Python IDE編輯界面開始編程：

導(dǎo)入相關(guān)的庫模塊：“importtime”“from pinpong.board importBoard，Pin，ADC”“from pinpong.libs.dfrobot_ssd1306 import SSD1306_I2C”； 接著， 初始化Arduino 板：“Board（"uno"）.begin（）”， 再初始化OLED 顯示屏：“oled=SSD1306_I2C（width=128， height=64）”， 屏幕的像素點數(shù)為橫向128、縱向64；建立變量Smoke Sensor，為其賦值為“ADC（Pin（Pin.A0））”， 作用是設(shè)置煙霧傳感器通過Arduino 的A0端進行模擬輸入。

在“while True”循環(huán)主體部分，先建立變量SmokeSensor_Value，賦值為“SmokeSensor.read（）”， 作用是讀取A0 模擬端的數(shù)據(jù)，再通過print（）語句在電腦屏幕端將該數(shù)據(jù)輸出：“print（"Smokevalue："， SmokeSensor_Value）”；接著，通過oled.text（"Smoke value："，8，8）”和“ oled.text （Smoke Sensor_Value，60，23）”語句，作用是在OLED顯示屏對應(yīng)的坐標位置點顯示輸出文字提示及變量SmokeSensor_Value 的值，后面的語句“oled.show（）”作用是將顯示內(nèi)容生效；然后建立一個if 條件分支結(jié)構(gòu)，判斷條件是“SmokeSensor_Value>=100”，因為經(jīng)測試后發(fā)現(xiàn)，正常情況下MQ-2煙霧傳感器在Arduino的A0端輸出數(shù)據(jù)均在100以內(nèi)，當打火機燃氣進入其檢測范圍時，該數(shù)據(jù)會增加；當該條件成立時，表示檢測到有危險氣體泄漏，則控制OLED顯示屏先顯示“Alert?。?！”警示信息并持續(xù)3 秒鐘，再將該警示信息“擦除”，擦除方法是用若干個空格覆蓋之前的提示，注意別忘了顯示生效語句；最后，為整個循環(huán)結(jié)構(gòu)添加一個0.5秒的等待（如圖2）。

將程序保存為“OLED 屏顯示煙霧數(shù)據(jù)及警示提醒.py”，按F5 功能鍵運行程序進行測試：正常情況下，OLED 顯示屏顯示“Smoke value：” 和“37” 兩行信息，并且每隔0.5 秒鐘就會刷新顯示一個近似范圍的數(shù)據(jù)；當嘗試用打火機靠近煙霧傳感器并釋放可燃氣體時，很快就會在OLED 顯示屏上出現(xiàn)有“Alert?。?！”的警示信息，中間的數(shù)據(jù)也顯示為219、182 之類的較大數(shù)據(jù)；直至移走打火機后，煙霧傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)又會恢復(fù)至37、35、33，OLED顯示屏上的“Alert！??！” 警示信息也隨之消失。同時，在整個測試過程中，電腦屏幕上也會同步顯示“Smokevalue：219”等提示信息（如圖3）。

2.四位數(shù)碼管

用Arduino UNO 一塊，小型面包板一塊，四位數(shù)碼管一個，綠色和白色按鈕各一個，杜邦線若干，實現(xiàn)雙按鈕半自動計分器。

在上個OLED 顯示屏實驗的基礎(chǔ)上，先拆除OLED顯示屏、煙霧傳感器和一部分杜邦線，保持Arduino 與面包板間的電源及接地連通；接著，將四位數(shù)碼管插入之前OLED顯示屏的位置，用橙、白杜邦線將VCC和GND端與面包板的側(cè)邊紅色電源、藍色接地相連，數(shù)碼管的SCL 和SDA端分別通過紅、藍杜邦線與Arduino的SCL、SDA 引腳連接；然后，在數(shù)碼管的左右兩側(cè)分別插入綠色和白色按鈕，兩個按鈕的VCC和GND端均通過一對橙色和白色杜邦線連接至面包板的側(cè)邊紅色電源、藍色接地；綠色按鈕的OUT 信號連接至Arduino 的7 號引腳，白色按鈕的OUT 信號輸出端連接至Arduino 的8號引腳（如圖4）。

導(dǎo)入“time”“Board，Pin”“TM1650”庫； 初始化Arduino 板， 初始化四位數(shù)碼管； 建立變量CurrentScore， 賦值為“"00.00"”， 類型為字符串型數(shù)據(jù)，再將變量CurrentScore 存儲的字符串顯示在數(shù)碼管上，長度為五位的字符串中間的小數(shù)點會對應(yīng)點亮數(shù)碼管中間的冒號（：）； 建立變量ButtonGreen 和ButtonWhite，分別賦值為“Pin（Pin.D7，Pin.IN）”和“Pin（Pin.D8， Pin.IN）”，作用是初始化連接在7 號和8 號引腳的綠色與白色按鈕，設(shè)置為信號輸入端。

在“while True” 循環(huán)主體部分， 建立變量ButtonGreen_value 和ButtonWhite_value 并賦值， 作用是讀取對應(yīng)引腳的電平數(shù)據(jù)，按鈕未按下時為0， 按下則會觸發(fā)產(chǎn)生1；接著，建立if 條件選擇結(jié)構(gòu)， 當電平為1 時判斷按鈕被按下。條件成立則將變量CurrentScore 的值顯示在數(shù)碼管上。建立變量LeftTwo 和RightTwo并賦值。對應(yīng)從變量CurrentScore 所存儲的五位長度字符串數(shù)據(jù)的首尾兩端截取前兩位和后兩位，注意先截取出的兩位數(shù)據(jù)CurrentScore[：2] 和CurrentScore[-2：]均為字符串，需先使用int（）函數(shù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)再與按鈕的狀態(tài)值（ButtonGreen_value 或ButtonWhite_value）進行算術(shù)加法運算，再使用str（）函數(shù)將結(jié)果重新轉(zhuǎn)換成字符串型數(shù)據(jù)；接下來，對于新的計算結(jié)果LeftTwo 和RightTwo 要分別進行“長度是否為1”的if 條件判斷，條件成立，說明對應(yīng)的比分是十以內(nèi)的個位數(shù)，要在其左側(cè)進行字符串“補0”；接著，重新構(gòu)建生成變量CurrentScore的值，包括左側(cè)兩位字符（LeftTwo）、中間的小數(shù)點字符（'.'） 和右側(cè)的兩位字符（RightTwo）：“LeftTwo + '.'+ RightTwo”； 最后， 通過語句“tm.display_string（CurrentScore）”， 將新的比分數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上，為整個循環(huán)添加0.2 秒等待（如圖5）。

保存并運行測試：四位數(shù)碼管應(yīng)顯示比分為00：00，按一次綠色、按兩次白色按鈕，比分應(yīng)變?yōu)?1：02，然后還需測試十位數(shù)控制顯示是否正常（如圖6）。

3.1602LCD

用Arduino UNO一塊，小型面包板一塊，1602LCD液晶顯示屏一塊，聲音傳感器和光線傳感器各一支，紅色LED 燈一支，杜邦線若干，實現(xiàn)聲音與光線數(shù)據(jù)的同步顯示。

將聲音傳感器和光線傳感器各自的VCC、GND與Arduino的5V和GND相連，將二者的AO 模擬輸出引腳連接至Arduino的A0和A1模擬輸入引腳；1602LCD的VCC 和GND引腳連接面包板的紅色和藍色電源，將SCL和SDA引腳與Arduino的SCL和SDA引腳相連；在Arduino 的13 號引腳處插入紅色LED燈的正極（長），負極（短）插入相鄰的GND引腳（如圖7）。

導(dǎo)入庫；初始化Arduino 板；設(shè)置13號引腳的紅色LED燈為數(shù)字信號輸出端，建立變量SoundSensor 和LightSensor并賦值， 將A0和A1模擬引腳的聲音和光線傳感器設(shè)置為模擬輸入方式；對1602LCD液晶顯示屏初始化，I2C 地址為0x27、打開顯示背光，清屏。

在循環(huán)主體部分， 建立變量SoundSensor_Value并賦值， 用來讀取聲音傳感器的模擬數(shù)據(jù)；在第一組語句中，先設(shè)置LCD的光標位置為第一行第0個字符處，顯示字符串“Sound：”；再設(shè)置LCD的光標位置為（6，0），顯示變量SoundSensor_Value的值；類似地，第二組語句是對光線傳感器所監(jiān)測的模擬數(shù)據(jù)進行讀取和顯示，注意LCD 光標要變?yōu)椋?，1）和（6，1）對應(yīng)第二行；接著，建立if 分支結(jié)構(gòu)，如果聲音值大于24且光線值大于100（聲音傳感器和光線傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)越大，表示環(huán)境光線越暗、聲音強度越大），則控制LED 燈發(fā)光并持續(xù)10 秒鐘；為循環(huán)添加0.5 秒等待，最后關(guān)閉LED 燈（如圖8）。

保存并運行測試：LCD液晶顯示屏應(yīng)顯示兩行實時信息， 如“Sound：24Light：84”。嘗試鼓掌改變聲音數(shù)值，蓋住光敏電阻改變光線值，看是否達成有聲音光線又暗這兩個條件時，LED 燈發(fā)光并持續(xù)10秒的目標。測試任一條件不成立時LED燈熄滅。

如果只有背景光，看不到信息，可試著用螺絲刀調(diào)節(jié)顯示屏背面的藍色對比度調(diào)節(jié)旋鈕。