本帖最后由 叶斌远行 于 2015-11-1 16:07 编辑
刚刚搜索了一遍网站，发现13年已经有人写过这篇文章了，简单的浏览了一遍，感觉挺简单的，还有挺多东西，好像还没有说明白。因为自己最近也玩过一段时间这个Python写arduino sketch的应用。所以在这里再次写下一些过程经历。
以示敬意，提供以前另外一位网友的文章链接：用 Python 寫 Arduino sketches
在这里，为求尽量将详细细节凸显出来，所以打算分几个阶段来写。
如果你想照着来实现这个过程的话，首先就得有一块Arduino的主控板。我的是自己做的Arduino Pro mini板，自己做的，丝印都忘记弄出来了，但是能够勉强将就的使用一下
 ，
背面带一个ch340g，usb转串口芯片，方便程序的下载，拿来调试程序没有什么问题。
（备注：如果有需要，可以联系我，我可以成本价卖给你，但是不包邮哦！）
接下来，我们要往Arduino主控板的烧些一个ArduinoIDE自带的程序，从下面的路径找到这个Firmata：
Arduino IDE 里面找到 文件--》示例 --》Firmmata --》StandardFirmata
打开这个ArduinoIDE自带的程序，像烧些其他程序一样，选好串口和板卡型号，然后将程序烧录到主控板上面。
这个过程还算简单，接下来就没有Arduino IDE的其他事情了。由于Firmata的存在，一旦运行Arduino主控板，这个程序，就负责解释从Python那边传送过来的指令，然后程序自动命令Arduino执行IO口的操作。
如果你对sparkfun的IOIO有所了解的话，这个过程其实很相像的，在那里就是在手机上用Java写程序控制IOIO硬件的，不过不熟悉也一点没有关系。
Firmata是一个简单的通讯协议来的，关于这个协议的更多知识，可以参考一些Arduino官网。但是我们这里可以先忽略这里面的详细细节，因为接下来我们要转到Python上面，去写脚本控制arduino了。
151009
登录Python官网，根据自己的pc系统，找到相应的Python的版本，这里建议选择Python2.7版本的，因为这个版本比较稳定，也比较好用，所以建议下载这个，接下来的操作，也将是在这里执行的。
我的操作系统是xp的，所以，很多细节，都是在这里实现的，至于其他操作系统，可能略有所不同。
下载好之后，在网络上，找一下环境变量的配置，将自己的操作系统配置一下Python的环境变量。
这里为止，假设已经在本地电脑上安装好了Python IDE，从屏幕左下角的“开始”打开python IDLE(Python GUI) ， 记住Python一打开的是 Python shell 这是Python的壳，也就是交互操作界面，
因为交互界面不是那么好用，所以我们在此界面，点击一下file--》new file 打开一个新的编辑界面，这个界面是用来编写脚本语言的。
对比一下这个界面和刚刚打开的Python shell 发现多了一个按键 RUN
这是让你直接，执行所有脚本代码用的，在调试代码时，会经常用到，快捷键是 F5。先记住这点，后面会频繁用到。
打开后，观察一下界面的左上角，写着UNtitled 这指的是这个界面还没有保存，且还没有命名，所以接下来，点击file--》 save
在本地电脑上保存一下。 养成经常保存文档这样的好习惯，在电脑意外断电的时候，非常有用。
存储的时候，程序的命名也是非常重要的，一般的原则是为了能够让自己和别人快速从程序名字中，大致了解程序的作用，注意在程序的名字后面带一个后缀名 .py 如果没有的话，编译器并不会把你的文件保存为 .py 。 所以需要自己手动在保存文件时，添加一下。
目前为止， 稍微熟悉了一下Python ，如果还有哪些不太明白的地方，或者我没有说清楚的地方，欢迎留言。
那么，我们来简单的试一下，Python能够做什么啊。
那么将下面的脚本代码，录入到Python IDLE 中，另存为以.py尾缀的文件，然后在用F5，就能执行脚本代码了
[pre lang=" ython" line="1" file="ython_test"]# -*- coding: cp936 -*-
'''
reference url http://stackoverflow.com/questions/27397091/how-to-draw-sinus-wave-with-tkinter
plot a function like y = sin(x) with Tkinter Canvas and line
modifed by YeWenWu 2015-10-11 20:32
'''
from Tkinter import *
import math
master = Tk()
master.title("Simple plot using canvas and line")
canvas_width = 500
canvas_height = 400
canvas_center = canvas_height/2
#master.minsize(canvas_height, canvas_width)
# 约束窗口最小的长宽
x_increment = 1
#width stretch 宽度伸展
x_factor = 0.04
#height stretch 高度伸展
y_amplitude = 80
Canvas_ = Canvas(master,
width = canvas_width,
height = canvas_height,
bg = 'white')
# Canvas 窗口组件的参数定义，具体请Google搜索其用法
myLabel = Label(master,
text = "this is a sin() plot , writed by YeWenWu 2015-10-11",
anchor = SW)
# Label 窗口组件的参数定义，具体请Google搜索其用法
myLabel.pack(side = BOTTOM)
Canvas_.pack(fill = BOTH, expand = 1)
# pack的作用是管理canvas 和 label两个组件
str1 = "sin(x) = blue" #定义一个字符串，用于在窗口显示一些提示内容
Canvas_.create_text(10, 20, anchor = SW, text = str1)
# 在Canvas里面显示一个字符串str1
center_line = Canvas_.create_line(0,
canvas_center,
canvas_width,
canvas_center,
fill = 'green')
# 在串口中间画一条绿色的直线
# create the coordinate list for the sin() cure, have to been integers
xy1 = []
# 定义一个坐标数组
for x in range(500):
# x coordinates
xy1.append(x*x_increment)
# y coordinates
xy1.append(int(math.sin(x*x_factor) * y_amplitude) + canvas_center)
#把x，y的坐标使用方法append追加到数组xy1数组中
print xy1
sin_line = Canvas_.create_line(xy1, fill = "blue")
# 使用canvas中的方法create_line， 按照坐标数组中的坐标值，使用蓝色线条画出来
master.mainloop()
#使用mainloop将整个图形显示出来
[/code]
在Python代码界面，点击Run--》Run module F5 执行脚本代码
得到下面的运行结果，这个脚本用到了Python自带的图形编辑界面module Tkinter，Tkinter是用来编写图形化界面，这个module是Python安装的时候，就自带有的，另外脚本用到math 模块，这个也是Python自带有的。 拿这两个module来使用，一个原因是因为方便， 另外也演示了Python能够用做什么，和怎么使用。
脚本的运行界面如下：
得到一个正弦sin的图形，简单的扩展一下，假设电脑能够通过串口获得Arduino的某些传感器的值，是不是可以通过这个代码，简单的修改一下，做一个图形化显示数据的应用呢！
如果你对Python还不熟悉，那么脚本中有很多知识点，对你来说肯定还很陌生，不过没有关系，多参考一下别人怎么写代码，大概几个星期，就能够很快上手了。
选择Tkinter的另外一个原因是，在接下来使用Python写arduino sketch中还会再次使用到，目的就是使用Tkinter来编写Arduino的图形化程序。
如果你不是很熟悉Python里面模块，函数，等的使用方法的话，这里有一个简单快捷的方法可以查到，就是在Python IDLE shell中键入 help（） 回车，然后会弹出很多内容出来，比如我想查 Tkinter 究竟有哪些东西， 我就在接下来的地方键入 Tkinter， 那么就会弹出Tkinter的帮助文档了，非常方便，但这并不是唯一获得帮助的方法，我觉得初学还是在Google或者Yahoo中多看一下别人关于某个函数或者module是怎么使用的。这或许是最有效的途径了。
2015-10-11
Python这里需要引入一个模块module ： pyfirmata ，这个模块并不是Python自带的，所以需要另外再pyPi里面下载，这里需要打开cmd， 前提是把Python的Windows环境变量配置好才能够使用。
在cmd按照下面的步骤，键入Python lib文件下面的site-packages里面，在这个文件夹里面有一个easy_install.py的文件，这个东西是方便你在本地从Python官网的pyPi里面取回Python的package，然后在本地安装。
像接下来要用到的Pyfirmata，就是一个包（package）这个东西是建立在包 pyserial上面，主要是针对arduino里面预烧写的firmata程序的。
接下来在cmd里面，我们键入 easy_install.py pyfirmata ，就能够执行安装pyfirmata的任务了，很快，观察一下，在site-packages下面是不是多了一个pyfirmata-1.0.3-py2.7.egg的文件，里面还有两个文件夹，一个是EGG-INF 另外一个是pyfirmata， ok 如果执行到这一步，那么就可以开始编写arduino的sketch了。
注意上面安装pyfirmata是在电脑联网的情况下完成的。如果没有安装pyfirmata的话，你在Python里面执行导入pyfirmata操作是会像下面那样报错的。
但是安装好了之后，重启一下Python，然后在导入import pyfirmata 是没有问题的，就像下面那样，没有什么提示，就是表示已经导入成功了。
好了，接下来，我们就开始写程序了。 这里我模仿一下帖子《[url=arduino学习笔记31 - processing显示arduino传感器动作实验 http://geek-workshop.com/thread-301-1-1.html]arduino学习笔记31 - processing显示arduino传感器动作实验[/url]》，这里我用Python来代替了processing。
下面Python程序的大意是，获得arduino上某个连接了电位计传感器的ad值，然后在利用Tkinter来绘制一个会运动的红色小球，哈哈，没有什么难的吧，只是把processing，换成了Python了吧，说真的processing，其实我也很喜欢的。
好了，先看一下代码：
2015-10-13
不知道是ch340的原因，导致从arduino里面读取信号的时候，Python程序会出错。又可能像这个arduino官网论坛里面说的，
是没有使用iterator的原因，但是我试着按照网站上说的方法去做了一遍，也没有成功，所以由于还没有搞明白的原因，所以上面说的例子，得查出原因之后，继续更新。、
接下来，就参考一本外文书《Python programming for arduino》character 5 里面的讲到的，使用Tkinter 里面的窗口组件（widget）来写一个按键，控制一个红色LED灯的两灭。（不过很奇怪，Python 能够向arduino发送数据，却没有办法从Arduino那里获得数据，究竟是哪里出问题了呢？）
下面先看一下代码：
[pre lang="ython" line="1" file="Control_led_using_button"]from Tkinter import *
from pyfirmata import Arduino
from time import sleep
master = Tk()
master.title('Button control Led')
master.minsize(width = 192, height = 42)
board = Arduino("COM2")
sleep(1)
ledPin = board.get_pin('d:2 ')
def onStartButtonPress():
startButton.config(state = DISABLED)
ledPin.write(1)
startButton.config(state = ACTIVE)
def onStopButtonPress():
stopButton.config(state = DISABLED)
ledPin.write(0)
stopButton.config(state = ACTIVE)
startButton = Button(master,
text = 'Start',
command = onStartButtonPress)
startButton.grid(column = 1, row = 1)
#startButton.pack(side = LEFT)
stopButton = Button(master,
text = 'Stop',
command = onStopButtonPress)
stopButton.grid(column = 2, row = 1)
#stopButton.pack(side = RIGHT)
master.mainloop()
[/code]
下面是上面代码的运行界面：
通过上面的start 和 stop按键就能够控制led灯的亮灭：
上面代码的具体解释，在后面会慢慢的解释的，如果急需了解，可以查看python programming for arudino这本书的第五章里面讲解的内容。
20151016更新
上面之前还遗留了一些问题没有解决，Python无法从arduino那里读取数值，一直得到的结果都是None ，也郁闷了很久，最近在github的一篇文章找到了解决问题的方法了，如果你有兴趣，可以去读一下提问者的问题：Timing issue with analog reads（读取模拟串口的时间问题） ，其实Python 脚本如果一开启enable_reporting（开启报告）之后，没有个暂停的话，读取analog的值是会报错的，所以在这里需要使用sleep（）函数来减缓速度。
根据文章的提示，我获得的一个比较好的速度是暂停70ms左右，就能读到模拟口的值了。
下面是我具体的代码
[pre lang="ython" line="1"]# -*- coding: cp936 -*-
from pyfirmata import Arduino
from pyfirmata.util import Iterator
import time
board = Arduino("COM5") #声明并建立串口连接
it = Iterator(board) #这里声明了一个线程，作用是当串口board有值传送过来，就开始读
it.start() # 启动线程
board.analog[2].enable_reporting() #开启模拟口读取
'''
while board.analog[2].read() is not None:
print board.analog[2].read()
'''
time.sleep(0.07) #暂停70ms ，这里的时间单位是m
print "analog[2]:"
print board.analog[2].read() #开始读取模拟口2的数值，打印的值是以小数为单位的，也就是浮点型
board.exit() # 退出串口连接，如果没有这条语句，你的Python就会一直和arduino连接在一起
[/code]
20151021更新
现在终于能够把上面存在的问题都解决掉了，之前出现Python未能从Arduino里面读取模拟值的问题，经过这几天的诸多尝试也搞定了问题，最大的问题是出现在以下几个方面：
1. 未加 Iterator 线程，最开始没有开这个线程，后面的脚本代码都加了，之所以要加这个东西，是因为Arduino是在一直读取模拟值，而Python要一直读取最新的模拟值得话，就需要 Iterator 这个线程来不停的更新
2. 在Python脚本中有些地方需要适当的延时，这样可以避免一些不必要的麻烦！在脚本中有几个地方都用到了Python 自带的延时函数，time.sleep()这个东西。
现在我这里把基础的代码先贴上来，只实现了快速读取Arduino传送过来的模拟值，然后打印出来，就这么简单的一个脚本，程序里面有具体的注释，如果还不能看懂的话，可以联系我！
[pre lang="ython" line="1"]# -*- coding: cp936 -*-
#reference url https://github.com/tino/pyFirmata/issues/16
#http://stackoverflow.com/search?q=pyfirmata+None
# https://www.google.com.hk/search?newwindow=1&safe=strict&q=pyfirmata+none&oq=pyfirmata+none&gs_l=serp.3...437030.438438.0.439329.2.2.0.0.0.0.0.0..0.0....0...1c.1.64.serp..2.0.0.mPX6-vTwM4U
#from pyfirmata.util import Iterator
from pyfirmata import Arduino, util #导入pyfirmata里面的Arduino，和util模块
import time,sys #导入time 和 sys模块
#board = Arduino("COM2",baudrate = 57600)
board = Arduino('COM5') #让这个脚本与串口5建立联系
for i in range(5): #这个for循环其实是让与数字2连接的灯闪烁5下，达到延时的功能
board.digital[2].write(1)
time.sleep(0.5)
board.digital[2].write(0)
time.sleep(0.5) #延时函数，单位是秒S
iterator = util.Iterator(board) #打开迭代器线程Iterator，并将board作为参数传给迭代器
iterator.start() #启动迭代器
time.sleep(1)
board.analog[2].enable_reporting() #将模拟口2启动
start = time.time() # 使用变量start ，记录程序运行到这里的时间，单位是float类型的
#print start
while True: #这个while是为了让程序进入死循环
try: #使用try except 进行键盘按键捕捉 使用Ctrl+C就能终止这个循环了
while board.analog[2].read() is None: # 有时串口会读到None
pass #这里的意思大概就像是空循环一样
print board.analog[2].read() #打印出有值传送过来的内容
#time.sleep(0.1)
except KeyboardInterrupt:
print "Bye"
board.exit() #断开串口连接
sys.exit()
[/code]
我采用一个103的可调电位计，一丁点的电位计，用螺丝刀拧啊拧的，下面是固定电位计的一个值，非常的稳定，没有有什么拨动。
这里打印出来的值，是小数，原因是这样子的，Arduino的模拟口读取的值，是0--1023，然后Python再从arduino那里读取这个值得时候，经过线性变换成0--1了，所以就是一些小数，如果看得不舒服，可以乘以1024恢复一下就行了。
下面是硬件的概览：
使用螺丝刀拧电位计；
连接到ArduinoD2口的红色LED灯和面包板的大图，这里作为指示灯来使用：
下面是我的ArduinoPromini板：
最后这里在附上一段视频，关于怎么操作的视频，录了1min多钟，效果不是很好，但是能够演示大概的内容：
视频还没有完全上传完，稍后补充连接：
到目前为止，已经能够顺利采集到Arduino的模拟值了，接下来就是准备把这些值应用起来了，那么就来做上面提到的一个借用这些数值，来控制一个运动的小球吧！
参考书籍|网站：
1. Python programming for arduino 这篇文章里面讲解的例子原型也是参考里面的内容讲解的
2. 可爱的Python哲学 主要查一些Python的变量之类的东西，这本书的电子文档目录编排的很糟糕
3. 和孩子一起编程
4. stack over flow 提问题和查问题的好地方
5. Python的官网
6. Python tutorials point
学习编程的一个方法，就是多自己录入程序，这样能够很好的培养编程手感的，因为自己也是初学Python，所以如果你看到这篇文章，希望对你有帮助，那将会是我的荣幸！ |
发表于 2015-10-9 22:13:48
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