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[入门] 如何使用 Python 和 PinPong 库控制 Arduino

Python 程序员在对Arduino进行编程时面临的第一个挑战是语言不同。Arduino IDE 使用受 C 和 C++ 启发的语言。事实上，像 Arduino 这样的平台可以很好地与 Python 配合使用，特别是对于需要与传感器和其他物理设备集成的应用程序。如果您已经了解Python的基础知识，那么您将能够通过使用Python来控制Arduino来开始使用它。

本教程的主要目标是向您展示如何通过 PinPong 库使用 Python 与 Arduino 进行通信，以开发您自己的电子项目。

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。通过PinPong库，您可以使用Python代码来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刷新到硬件板上，使板与计算机之间能够通过串行通信来执行各种命令。

PinPong库的名称由“Pin”和“Pong”组成。“Pin”指的是针，而“Pong”则源自经典游戏Pong，象征着信号的来回传输。

PinPong库的设计旨在让开发者在开发过程中摆脱特定硬件型号的限制，让他们专注于软件实现。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其他兼容板，例如 PinPong 板。

PinPong 库的主要特点

高灵活性：支持 Arduino 板，包括 Uno、Leonardo、Mega2560、ESP32 板（如 HandPy）、micro:bit、Unihiker 等。它还支持50+传感器，并将逐步支持其他开发板和扩展库。
与 MicroPython 的兼容性： MicroPython 是 Python 编程语言的一种变体，广泛使用并以其简单性和可读性而闻名。通过与 MicroPython 兼容，PinPong 简化了开发过程，并允许开发人员利用现有的 Python 知识来编程和控制其硬件。

如何安装 PinPong 库

在安装 PinPong 库之前确认您的计算机上已安装 Python 3。

在 Windows 上安装 PinPong 库

下载完成后，按照提示继续安装。注意安装过程的最后一步，勾选“Add to PATH”选项，将Python添加到系统的环境变量中。

1. 打开命令提示符。使用 Win+R 快捷键，输入“cmd”，然后按 Enter。

2. 安装 PinPong 库。在命令提示符窗口中输入“pip install pinpong”，等待片刻安装完成。

3、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”提示符中输入“pingpong”。

在 Linux 上安装 PinPong 库

安装 Python 3 后，您可以通过在终端中输入“sudo pip install pinpong”来继续 PinPong 安装。

在 Mac 操作系统上安装 PinPong 库

安装 Python 3 后，您可以按照以下步骤继续安装 PinPong 库：

打开任意 Finder 窗口，然后按 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。

PinPong 库的基本示例

必备的 PinPong 库示例，包括基础库示例、通用库示例和扩展库示例，对于初学者来说是必不可少的。这些示例可以帮助初学者理解和学习如何利用这些库来开发 PinPong 相关的应用程序或项目。

基本 PinPong 库示例：

这些示例程序可以帮助您快速验证模块的使用情况。将代码复制粘贴到Python编辑器中，根据您使用的板子型号修改板子初始化配置。基本库示例中的模块是通过 Board 库导入的。基本 PinPong 库包含以下项目。

示例：LED 闪烁

将 Arduino 主控板连接到 Windows 或 Linux 计算机。控制Arduino UNO板载LED每秒闪烁一次。

-*- coding: UTF-8 -*-
Experiment effect: Control the onboard LED of the Arduino UNO to blink once per second
Connection: Use a Windows or Linux computer to connect to an Arduino main control board
import time
from pinpong.board import Board, Pin

Board("uno").begin()  # Initialization, select board type (uno, microbit, RPi, handpy) and port number. If no port number is entered, automatic detection will be performed
Board("uno", "COM36").begin()  # Initialization with specified port on Windows
Board("uno", "/dev/ttyACM0").begin()  # Initialization with specified port on Linux
Board("uno", "/dev/cu.usbmodem14101").begin()  # Initialization with specified port on Mac
led = Pin(Pin.D13, Pin.OUT)  # Initialize the pin for digital output

while True:
  # led.value(1)  # Output high level Method 1
  led.write_digital(1)  # Output high level Method 2
  print("1")  # Print information in the terminal
  time.sleep(1)  # Wait for 1 second to maintain the state

  # led.value(0)  # Output low level Method 1
  led.write_digital(0)  # Output low level Method 2
  print("0")  # Print information in the terminal
  time.sleep(1)  # Wait for 1 second to maintain the state

还有其他可用的 PinPong 库示例，演示如何使用按钮控制 Arduino UNO 的板载 LED、改变 LED 的亮度以及测试模拟引脚中断功能。欲了解更多详情，请访问：https://wiki.dfrobot.com/basic_library_examples

实用的 PinPong 库示例：

公共库示例中的模块是通过板库导入的。

示例：控制伺服电机：

        -*- coding: UTF-8 -*-
Connection: Connect an Arduino main control board to a Windows or Linux computer, and connect a servo to D4
import time
from pinpong.board import Board,Pin,Servo # Import Servo library

Board("uno").begin()  # Initialization, select the board type (uno, microbit, RPi, handpy) and port number. If no port number is entered, automatic recognition will be performed
#Board("uno","COM36").begin()  # Initialization by specifying the port under Windows
#Board("uno","/dev/ttyACM0").begin() # Initialization by specifying the port under Linux
#Board("uno","/dev/cu.usbmodem14101").begin()   # Initialization by specifying the port under Mac

s1 = Servo(Pin(Pin.D4)) # Initialize the servo pin by passing Pin into Servo

while True:
    #s1.angle(0) # Control the servo to turn to the 0 degree position Method 1
    s1.write_angle(0)  # Control the servo to turn to the 0 degree position Method 2
    print("0")
    time.sleep(1)

    #s1.angle(90) # Control the servo to turn to the 90 degree position
    s1.write_angle(90)  # Control the servo to turn to the 90 degree position Method 2
    print("90")
    time.sleep(1)

    #s1.angle(180) # Control the servo to turn to the 180 degree position
    s1.write_angle(180)  # Control the servo to turn to the 180 degree position Method 2
    print("180")
    time.sleep(1)

    #s1.angle(90) # Control the servo to turn to the 90 degree position
    s1.write_angle(90)  # Control the servo to turn to the 90 degree position Method 2
    print("90")
    time.sleep(1)

除此之外，PinPong 库中还有其他实用示例。这些示例包括控制蜂鸣器产生声音、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。有关更多详细信息，请参阅提供的链接。

https://wiki.dfrobot.com/common_library_examples

扩展 PinPong 库示例

扩展库示例中的模块是通过 libs 库导入的。您可以通过终端输入“pinpong”查询支持的列表和使用方式。所有示例程序代码都可以在安装目录的“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），该板已连接到 Windows 或 Linux 计算机。从 I2C TCS34725 颜色传感器检索颜色值。

-*- coding: UTF-8 -*-
Experiment effect: Read the values of the I2C TCS34725 color sensor
Wiring: Connect an Arduino main control board to a Windows or Linux computer, and connect the TCS34725 color sensor to the I2C port SCL and SDA

import time
from pinpong.board import Board
from pinpong.libs.dfrobot_tcs34725 import TCS34725 # Import the tcs34725 library from libs

Board("uno").begin()               # Initialization, choose the board type (uno, leonardo, xugu) and port number. If the port number is not entered, automatic recognition will be performed
#Board("uno","COM36").begin()      # Initialization with specified port on Windows
#Board("uno","/dev/ttyACM0").begin() # Initialization with specified port on Linux
#Board("uno","/dev/cu.usbmodem14101").begin()   # Initialization with specified port on Mac

tcs = TCS34725() # Sensor initialization

print("Color View Test!");
while True:
  if tcs.begin(): # Look for the sensor, return True if found
    print("Found sensor")
    break # If found, break the loop
  else:
    print("No TCS34725 found ... check your connections")
    time.sleep(1)

while True:
  r,g,b,c = tcs.get_rgbc() # Get the RGBC data
  print(r,g,b,c)
  print("C=%d\tR=%d\tG=%d\tB=%d\t"%(c,r,g,b))

  '''
  # Data conversion
  r /= c
  g /= c
  b /= c
  r *= 256
  g *= 256
  b *= 256;
  print("------C=%d\tR=%d\tG=%d\tB=%d\t"%(c,r,g,b))
  '''
  time.sleep(1)

其他扩展 PinPong 库示例，例如从 I2C TCS34725 颜色传感器、I2C 超声波传感器 (URM09)、I2C MLX90614 红外温度传感器读取值，以及使用 I2C NFC 模块读取卡信息，您可以访问下面的链接了解更多详细信息。

https://wiki.dfrobot.com/extended_library_examples

通过 PinPong 库使用 Python 进行 Arduino 项目

自动植物浇水系统

为了保证植物的健康生长，定期浇水是必要的。然而，我们经常忘记给植物浇水，这可能会导致植物枯萎。为了避免此类问题，我们可以设计一个自动植物浇水系统。

自动植物浇水系统的第一步

驱动继电器

硬件设置：

控制器：Arduino UNO、IO传感器扩展板V7.1
模块：继电器模块
连接：A 型至 B 型 USB 电缆
将继电器连接到数字引脚 13

开始编码

通过切换数字引脚的高电平和低电平状态来控制继电器。我们可以参考基础库官方文档中的“Digital Output”示例。运行该程序将使继电器在开关时发出咔哒声并伴随着 LED 的闪烁。

自动植物浇水系统的第二步

用继电器控制水泵

要实现浇水功能，我们需要用到水泵。然而，大多数水泵工作在12V，而Arduino UNO的输出电压为5V，不足以直接驱动水泵。这种情况下，我们就需要使用继电器来控制水泵。

硬件设置

控制器：Arduino UNO、IO传感器扩展板V7.1
模块：继电器模块、水泵、12V电源
连接：A 型至 B 型 USB 电缆
将继电器连接到数字引脚 13。
将水泵连接至继电器。

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，它将“浇水”设置为每天的 15:30:10。实际使用时，可以相应添加继电器控制功能。

        import time
while True:
    time_now=time.strftime（"%H:%M:%S,time.localtime()）
    if time_now == "15:30:10":
         print("浇花")
         time.sleep(1)

添加继电器，实现每日定时浇水功能。

        import time
from pinpong.board import Board,Pin
Board("uno").begin()
led = Pin(Pin.D13, Pin.OUT)
while True:
    time_set = time.strftime("%H:%M:%S",time.localtime())
    print(time_set)
    if time_set == "15:30:10":
        led.write_digital(1)
        print("浇花")
        time.sleep(5)
        else:
            led.write_digital(0)
            time.sleep(1)

结论：

PinPong 库为 Python 开发人员提供了一种控制 Arduino 板的便捷方法。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。无论您是初学者还是经验丰富的开发人员，PinPong 库都是构建各种物联网和嵌入式系统项目的宝贵工具。因此，如果您是一名希望探索 Arduino 世界的 Python 程序员，本教程将为您提供一个很好的起点。

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