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Firmata 教程：如何在 Arduino 兼容开发板上使用 Firmata

什么是 Firmata​

Firmata 是一个连接嵌入式系统与主机计算机的中间协议，协议通道默认使用串口。Arduino 平台是 Firmata 的标准参考实现。Arduino IDE 内置了对 Firmata 的支持。

这可以与 Odyssey-X86 及其板载 Arduino 核心完美配合，这意味着您可以使用 Firmata 协议和不同的编程语言简单地控制 Arduino 核心！本教程基于 Windows 操作系统。

参考：Firmata 协议

通过 Arduino IDE 烧录 Firmata 固件​

Arduino IDE >= 1.6.X 版本内置了 Firmata 固件，因此我们可以使用 Arduino IDE 将 firmata 固件烧录到 Arduino 核心中。

note

您可以从这里下载 Arduino IDE。

  • 打开 Arduino IDE 并导航到 Examples -> Firmata -> StandardFirmata：
  • StandardFirmata.ino 将会出现。选择正确的开发板和端口，然后点击 Upload：
note

如果您还没有为 Odyssey 安装开发板库，请按照这里的说明安装开发板。

  • 上传完成后，应该看起来像这样：

现在，Arduino Firmata 固件已经烧录到 Odyssey-X86 上的 Arduino 核心中！

测试 Firmata 固件​

要测试 Firmata 固件，您可以导航到 Microsoft Store，搜索并下载 Windows Remote Arduino Experience。下载完成后，您可以通过选择 USB 连接、开发板和波特率来连接到 Arduino 核心：

连接后，您可以将 LED 连接到相应的引脚来测试固件：

使用 Python 解析 Firmata​

有一些库实现了 Firmata 协议，以便从计算机、智能手机或平板电脑等设备与运行在微控制器平台上的 Firmata 固件进行通信。

pyFirmata 是 Firmata 协议的 Python 接口，运行在 python3 上。

pyFirmata 安装​

note

需要 Python3。

使用 pip 安装：

pip install pyfirmata

让连接在 D13 上的 LED 闪烁​

注意： 将 COM4 更改为您的 Arduino USB COM 端口。

对于简单的 LED 模块，您可以使用 Grove - LED 模块来测试！

#!/usr/bin/env python3
from pyfirmata import Arduino, util
from time import sleep

board = Arduino('COM4') # 更改为您的端口
print("Start blinking D13")
while True:
    board.digital[13].write(1)
    sleep(1)
    board.digital[13].write(0)
    sleep(1)

读取 A0 上的模拟信号​

#!/usr/bin/env python3
from pyfirmata import Arduino,util
import time
import sys

board = Arduino('COM4') # 更改为您的端口
it = util.Iterator(board)
it.start()
board.analog[0].enable_reporting()
print ("Read Start")
for i in range(10):
    time.sleep(1)
    print(board.analog[0].read())

board.analog[0].disable_reporting()

在 D6 上输出 PWM​

向连接在 D6 上的 LED 输出 PWM 信号。

#!/usr/bin/env python3
from pyfirmata import Arduino, util
from time import sleep

board = Arduino('COM4') # 更改为您的端口
lenPin = board.get_pin('d:6:p') # PWM 引脚
print("Starting to output PWM signal")
while True:
    for i in range(0, 101, 4):
        lenPin.write(i/100)
        sleep(0.05)
    sleep(1)
    for i in range(100, -1, -4):
        lenPin.write(i/100)
        sleep(0.05)
    sleep(1)

现在您可以使用 python 脚本（甚至其他语言）来控制 Odyssey-X86 上的 Arduino 核心，这在一些对实时性要求不高的情况下非常有用（例如使用 python 构建 Web 服务器，并使用 Arduino 控制继电器）。

注意： 更多 API 参考，请访问 pyFirmata API。

note

对于更高级的 Firmata python 用法，您可以考虑使用 pymata4。

使用 JavaScript 解释 Firmata​

就像使用 Python 通过 Firmata 协议控制 Arduino Core 一样，您也可以选择其他您熟悉的语言进行编程，比如 JavaScript！这是由官方 Firmata 团队实现的，您可以在 firmata.js 找到更多信息。

firmata.js 入门​

note

确保 PC 上已安装 node.js。

  • 创建一个新项目：
mkdir js && cd js
npm init -y
npm install --save firmata # 安装 firmata.js

让连接在 D13 上的 LED 闪烁​

const Board = require("firmata");
const pin = 13;

//初始化
Board.requestPort((error, port) => {
  if (error) {
    console.log(error);
    return;
  }

  const board = new Board(port.path);
  //等待连接
  board.on("ready", () => {
    console.log("Ready!");
    let state = 1;
    //设置引脚为输出模式
    board.pinMode(pin, board.MODES.OUTPUT);
    setInterval(() => {
      console.log("State Change");
      board.digitalWrite(pin, (state ^= 1));
    }, 500);
  });
});

读取 A0 上的模拟信号​

要测试模拟信号，您可以简单地使用 Grove - 旋转角度传感器！

const Board = require('firmata');
const Pin = 0;

// 初始化
Board.requestPort(function(error, port) {
    if (error) {
        console.log(error);
        return;
    }
    var board = new Board(port.path);
    // 等待连接
    board.on("ready", function() {
        console.log("Ready!");
        // 读取模拟值
        board.analogRead(Pin, function(value) {
            console.log("Analog value: ", value);
        });
    });
});

D6 上的 PWM 输出​

var Board = require('firmata');
const LED = 6;

var brightness = 0;
var fadeAmount = 5;

// 初始化
Board.requestPort(function(error, port) {
    if (error) {
        console.log(error);
        return;
    }
    const board = new Board(port.path);
    // 等待连接
    board.on("ready", function() {
        console.log("Ready!");
        // 设置引脚为 PWM 模式
        board.pinMode(LED, board.MODES.PWM);

        // LED 的 PWM 信号
        function fadeLed() {
            brightness += fadeAmount;
            if (brightness == 0 || brightness == 255) {
                fadeAmount = -fadeAmount;
            }
            board.analogWrite(LED, brightness);
            setTimeout(fadeLed, 30);
        }
        console.log("Breathing");
        fadeLed();
    });
});

I2C 信号​

firmata.js 也支持 I2C 和 UART 通信，这里提供一个使用 Grove - 3轴数字加速度计(ADXL345)(±16g) 的示例：

  • 硬件连接：
const Board = require("firmata");

Board.requestPort((error, port) => {
  if (error) {
    console.log(error);
    return;
  }

  const register = {
    POWER: 0x2D,
    RANGE: 0x31,
    READ: 0xB2,
  };

  const board = new Board(port.path);

  board.on("ready", function() {
    console.log("Ready");

    const adxl345 = 0x53;
    const sensitivity = 0.00390625;

    // 启用 I2C
    this.i2cConfig();

    // 切换电源以重置
    this.i2cWrite(adxl345, register.POWER, 0);
    this.i2cWrite(adxl345, register.POWER, 8);

    // 设置范围（这是 2G 范围）
    this.i2cWrite(adxl345, register.RANGE, 8);

    // 设置寄存器到读取位置并请求 6 字节
    this.i2cRead(adxl345, register.READ, 6, data => {
      const x = (data[1] << 8) | data[0];
      const y = (data[3] << 8) | data[2];
      const z = (data[5] << 8) | data[4];

      // 包装并限制 16 位；
      const X = (x >> 15 ? ((x ^ 0xFFFF) + 1) * -1 : x) * sensitivity;
      const Y = (y >> 15 ? ((y ^ 0xFFFF) + 1) * -1 : y) * sensitivity;
      const Z = (z >> 15 ? ((z ^ 0xFFFF) + 1) * -1 : z) * sensitivity;

      console.log("X: ", X);
      console.log("Y: ", Y);
      console.log("Z: ", Z);
    });
  });
});

注意： 有关更多 API 参考，请访问 firmata.js 并查看示例。

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