如何使用Python和PinPong库控制Arduino

Python程序员在编程Arduino时面临的第一个挑战是语言不同。Arduino IDE使用的是受C和C++启发的语言。实际上，像Arduino这样的平台与Python非常搭配，特别适用于需要与传感器和其他物理设备集成的应用程序。如果您已经掌握了Python的基础知识，那么您可以通过使用Python来控制Arduino来入门。本文目的主要是向您展示如何使用PinPong库通过Python与Arduino进行通信，以帮助您开发自己的电子项目。

一、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。使用PinPong库，您可以使用Python代码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烧录到硬件板上，通过串行通信使板与计算机之间进行通信以执行各种命令。PinPong库简化了与 Arduino 板上的数字引脚和模拟引脚进行交互的过程。通过 PinPong，您可以使用 Python 代码控制 Arduino 的输入和输出，包括读取传感器数据、控制执行器等。

“PinPong”的名称源自“Pin”和“Pong”，其中“Pin”指的是硬件板上的引脚，而“PinPong”听起来像“乒乓球”，代表信号的来回传递的特性。 PinPong库的设计旨在使开发人员在开发过程中不受特定硬件模型的限制，使他们能够专注于软件实现。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另一个兼容的开发板，如PinPong板。

二、PinPong库的主要特点

高度灵活：支持的Arduino板包括Uno、Leonardo、Mega2560、ESP32板（如HandPy）、micro:bit、Unihiker（行空板）等。它还支持50多种传感器，并将逐步支持其他开发板和扩展库。

与MicroPython兼容：MicroPython是Python编程语言的一个变种，以其简单和易读性而广为人知和使用。通过与MicroPython兼容，PinPong简化了开发过程，使开发人员能够利用他们现有的Python知识来编程和控制硬件。

三、如何安装PinPong库

在安装PinPong库之前，请确保计算机上已安装Python 3。下面分别介绍如何在Windows、Linux、Mac OS安装PinPong库。

在Windows上安装PinPong库

Python 3下载完成后，按照提示进行安装。注意安装过程的最后一步，确保选中“Add to PATH”选项，将Python添加到系统的环境变量中。

打开命令提示符。使用Win+R快捷键，输入“cmd”，然后按Enter键。

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

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”提示中输入“pingpong”。

在Linux上安装PinPong库

安装了Python 3之后，您可以通过在终端中输入“sudo pip install pinpong”来进行PinPong安装。

在Mac OS上安装PinPong库

安装了Python 3之后，您可以按照以下步骤安装PinPong库：

打开任何Finder窗口，按下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。

四、重要的PinPong库示例

重要的PinPong库示例对于初学者来说是必不可少的，包括基础、常用和扩展库示例。这些示例可以帮助学习者理解和学习如何利用这些库来快速开发与PinPong相关的应用程序或项目。

常用PinPong库示例：

常用PinPong库示例可以帮助您快速验证模块的使用方法。将代码复制粘贴到Python编辑器中，并据使用的板型修改板的初始化配置。基本库示例中的模块是通过Board库导入的。

示例：LED闪烁

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

除了如上的基础PinPong库示例可用，演示如何使用按钮控制Arduino UNO板上的内置LED，改变LED的亮度，并测试模拟引脚中断功能。

实用的PinPong库示例：

常见库示例中的模块是通过board库导入的。

示例：控制舵机电机

此之外，PinPong库中还有其他实用示例。这些示例涵盖了控制蜂鸣器进行声音生成，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。

扩展的PinPong库示例

扩展库示例中的模块是通过libs库导入的。您可以使用终端输入“pinpong”来查询支持的列表和使用方法。所有示例程序代码都可以在安装目录下的“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Arduino板连接到Windows或Linux计算机。从I2C TCS34725颜色传感器中获取颜色值。

其他扩展的PinPong库示例包括从I2C TCS34725颜色传感器、I2C超声波传感器（URM09）、I2C MLX90614红外温度传感器以及使用I2C读取卡片信息的NFC模块等读取值的示例。

使用PinPong库通过Python进行的Arduino项目

自动浇水系统

为了确保植物的健康生长，定期浇水是必要的。然而，我们经常会忘记给植物浇水，这可能导致植物枯萎。为了避免这样的问题，我们可以设计一个自动浇水系统。

自动浇水系统的第一步： 驱动继电器

硬件设置：

1、控制器：Arduino UNO，IO传感器扩展板V7.1/

2、模块：继电器模块/

3、连接：Type A到B的USB电缆

4、将继电器连接到数字引脚13

开始编码：

继电器通过切换数字引脚的高低状态来控制。我们可以参考基础库的官方文档中的“Digital Output”示例。运行这个程序会使继电器发出咔哒声，随着LED的闪烁而切换。

自动浇水系统的第二步：使用继电器控制水泵

为了实现浇水功能，我们需要使用一个水泵。然而，大多数水泵的工作电压为12V，而Arduino UNO的输出电压为5V，这对直接驱动水泵来说是不足够的。在这种情况下，我们需要使用继电器来控制水泵。

硬件设置

1、控制器：Arduino UNO，IO传感器扩展板V7.1/

2、模块：继电器模块，水泵，12V电源

3、连接：Type A到B的USB电缆

4、将继电器连接到数字引脚13

5、将水泵连接到继电器

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，它每天在15:30:10设置“Watering”。在实际使用中，您可以相应地添加继电器控制功能。

添加继电器以实现每日定时浇水功能。

关于更多pinpong库的介绍，您可以查看pinpong官方文档。

总结

PinPong库为Python开发者提供了一种便捷的方式来控制Arduino板。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。无论是初学者还是有经验的开发者，PinPong库都是一个有价值的工具，用于构建各种物联网和嵌入式系统项目。因此，如果你是一名Python程序员，希望探索Arduino世界，本教程为你提供了一个很好的起点。