韌體 | I2C通訊：樹莓派與Arduino---使用Python

admin

樹莓派環境作業系統：Raspbian
硬體：樹莓派3B


Arduino環境硬體：Mega 2560開發板



步驟使用Python中的I2C模組操作樹莓派當作Master(主機)與Arduino作為Slave(從機)進行通訊。


1.前期作業樹莓派必須開啟I2C裝置，若不清楚如何開啟與設置，可以參考前文<

Raspberry Pi | 樹莓派I2C設定

>。


2.注意事項樹莓派(3.3v)與Arduino(5v)的電位水平(邏輯准位)不一樣，不過經參考資料得知，當樹莓派作為Master，Arduino作為Slave是能夠直接通訊的，
可以工作的原因為Arduino開發板沒有上拉電阻，而樹莓派上有1.8K歐姆的上拉電阻，恰好能夠進行通訊，若是要在I2C總線上加入新的裝置，記得要拔下上拉電阻。


3.硬體設置

樹莓派與Arduino進行I2C線路連接，請見下表。

樹莓派腳位	Arduino Mega2560
SDA	SDA
SCL	SCL
GND	GND

4.樹莓派端Python程式

1.Python相關程式設定並執行

2.測試Python程式

Python程式是由參考資料中的程式碼加以修改而來，原先的程式碼適用於Python2.7，黑修斯將之改為Python3，詳細程式碼如下：

1. import smbus
   
2. 
   
3. import time
   
4. 
   
5. 
   
6. 
   
7. # 設定樹莓派I2C的總線
   
8. 
   
9. bus = smbus.SMBus(1)
   
10. 
    
11. 
    
12. 
    
13. # 設定Arduino 的I2C位置
    
14. 
    
15. address = 0x04
    
16. 
    
17. 
    
18. 
    
19. # 傳送訊息
    
20. 
    
21. def writeNumber(value):
    
22. 
    
23.     bus.write_byte(address, value)
    
24. 
    
25.     return -1
    
26. 
    
27. 
    
28. 
    
29. # 讀取訊息
    
30. 
    
31. def readNumber():
    
32. 
    
33.     number = bus.read_byte(address)
    
34. 
    
35.     return number
    
36. 
    
37. 
    
38. 
    
39. while True:
    
40. 
    
41.     # 指定var接受使用者輸入的指令
    
42. 
    
43.     var = int(input('Enter 1 – 9: '))
    
44. 
    
45.    
    
46. 
    
47.     #寫入使用的輸入的指令Var
    
48. 
    
49.     writeNumber(var)
    
50. 
    
51.     print ('RPI: Hi Arduino, I sent you ', var)
    
52. 
    
53.    
    
54. 
    
55.     # 等待1秒
    
56. 
    
57.     time.sleep(1)
    
58. 
    
59.    
    
60. 
    
61.     #接收Arduino回傳的訊息
    
62. 
    
63.     number = readNumber()
    
64. 
    
65.     print ('Arduino: Hey RPI, I received a digit ', number)

複製代碼

5.Arduino端C/C++程式 1.C/C++相關程式設定並執行
2.測試C/C++程式

Arduino 的程式碼，同樣是由參考資料中的程式碼加以修改而來，主要的程式碼作用為接收I2C訊號與回傳接收過的訊號，程式碼如下：

1. #include <Wire.h>
   
2. 
   
3. 
   
4. 
   
5. #define SLAVE_ADDRESS 0x04    // 設定Arduino開發板I2C的位址
   
6. 
   
7. int number = 0;
   
8. 
   
9. int state = 0;
   
10. 
    
11. 
    
12. 
    
13. void setup() {
    
14. 
    
15. pinMode(13, OUTPUT);  // 設定pin13為輸出模式
    
16. 
    
17. Serial.begin(9600);   // Serial通訊埠通訊設為9600速率
    
18. 
    
19. Wire.begin(SLAVE_ADDRESS);  // 初始化Arduino的I2C位址
    
20. 
    
21. 
    
22. 
    
23. Wire.onReceive(receiveData); //I2C訊號接收時，啟用函式
    
24. 
    
25. Wire.onRequest(sendData);  //主機要求讀取時，啟用函式
    
26. 
    
27. 
    
28. 
    
29. Serial.println("Ready!");
    
30. 
    
31. }
    
32. 
    
33. 
    
34. 
    
35. void loop() {
    
36. 
    
37. delay(100);
    
38. 
    
39. }
    
40. 
    
41. 
    
42. 
    
43. // callback for received data
    
44. 
    
45. void receiveData(int byteCount){
    
46. 
    
47. while(Wire.available()) {  //當I2C的buffer中有資料時進入迴圈
    
48. 
    
49.   number = Wire.read();   //指定nubmer 等於讀取的訊息
    
50. 
    
51.   Serial.print("data received: ");
    
52. 
    
53.   Serial.println(number);
    
54. 
    
55. 
    
56. 
    
57.   if (number == 1){  
    
58. 
    
59.     if (state == 0){
    
60. 
    
61.       digitalWrite(13, HIGH); // 致使 LED on
    
62. 
    
63.       state = 1;
    
64. 
    
65.     }else{
    
66. 
    
67.       digitalWrite(13, LOW); // 致使 LED off
    
68. 
    
69.       state = 0;
    
70. 
    
71.     }
    
72. 
    
73.   }
    
74. 
    
75.   }
    
76. 
    
77. }
    
78. 
    
79. 
    
80. 
    
81. // callback for sending data
    
82. 
    
83. void sendData(){
    
84. 
    
85. Wire.write(number);
    
86. 
    
87. }

複製代碼

6.整合性測試 1.透過樹莓派Master(主機)經由I2C通訊發送指令給Arduino開發板slave(從機)，並透過監測視窗觀看結果：
將樹莓派與Arduino開發板的程式都搞定後，便可以進行整合性測試，利用樹莓派的遠端桌面操作Python執行程式碼，而Arduino與電腦連接後開啟序列埠通訊視窗監測訊號，最終結果如下圖。

2.透過樹莓派Master(主機)發送指令控制Arduino開發板slave(從機)的LED開關：
這邊將樹莓派的5V電源供應給Arduinod開發板，直接透過樹莓派操作指令，輸入1可進行Arduinod開發板上的LED開關，如下圖。

當樹莓派輸入1，Arduino開發板的LED會亮起；再輸入一次1，Arduino開發板的LED會熄滅。