使用Python控制Arduino——入门与实战
## 一、前言
Arduino是一款开源、易用的微控制器开发平台，广泛应用于创客、教育和快速原型开发。虽然Arduino官方推荐使用C/C++进行开发，但通过串口通信，Python同样可以方便地与Arduino进行数据交互，实现对硬件的控制和数据采集。本文将介绍如何在Windows系统下，使用Python控制Arduino开发板。
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## 二、准备工作
### 1. 硬件准备
- 一块Arduino开发板（如Uno、Nano、Mega等）
- USB数据线
- 电脑一台
### 2. 软件准备
- Arduino IDE（用于烧录程序）
- Python 3.x
- pyserial库（Python与串口通信的库）
#### 安装pyserial
在命令行输入：
```bash
pip install pyserial
```
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## 三、Arduino端代码
首先，需要在Arduino上烧录一个简单的串口通信程序。例如，控制板载LED（13号引脚）开关：
```cpp
void setup() {
pinMode(13, OUTPUT);
Serial.begin(9600); // 设置波特率
}
void loop() {
if (Serial.available() > 0) {
char data = Serial.read();
if (data == '1') {
digitalWrite(13, HIGH); // 点亮LED
} else if (data == '0') {
digitalWrite(13, LOW); // 熄灭LED
}
}
}
```
1. 打开Arduino IDE，将上述代码复制进去。
2. 选择正确的开发板型号和端口，上传代码到Arduino。
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## 四、Python端代码
Python通过串口向Arduino发送指令，实现对LED的控制。
```python
import serial
import time
# 替换为你的Arduino串口号（如'COM3'，可在设备管理器查看）
port = 'COM3'
baudrate = 9600
# 打开串口
ser = serial.Serial(port, baudrate, timeout=1)
time.sleep(2) # 等待Arduino重启
# 点亮LED
ser.write(b'1')
print("LED已点亮")
time.sleep(2)
# 熄灭LED
ser.write(b'0')
print("LED已熄灭")
ser.close()
```
> 注意：Windows下串口号通常为`COM3`、`COM4`等，Linux下为`/dev/ttyUSB0`或`/dev/ttyACM0`，请根据实际情况修改。
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## 五、进阶应用
1. **读取Arduino数据**
Arduino可以通过`Serial.print()`发送数据，Python端用`ser.readline()`接收，实现如温湿度采集、传感器数据读取等功能。
2. **图形化界面**
可结合`tkinter`、`PyQt`等库，开发简单的串口控制界面。
3. **多指令交互**
通过自定义协议，实现更复杂的双向通信，如控制多个引脚、读取多种传感器等。
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## 六、常见问题
- **串口占用**：确保没有其他程序（如Arduino IDE串口监视器）占用串口。
- **权限问题**：部分系统需管理员权限或串口驱动支持。
- **波特率不一致**：Python和Arduino端波特率需一致。
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## 七、参考资源
- [pyserial官方文档](https://pythonhosted.org/pyserial/)
- [Arduino中文社区](https://www.arduino.cn/)
- [Arduino与Python通信教程（B站）](https://www.bilibili.com/)
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## 八、总结
通过串口通信，Python可以轻松实现对Arduino的控制和数据采集。无论是简单的LED控制，还是复杂的智能硬件项目，Python都能为Arduino开发带来极大的便利和扩展性。希望本文能帮助你迈出用Python玩转Arduino的第一步！
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如需更详细的代码示例或遇到具体问题，欢迎留言交流。