韌體 | I2C通訊：樹莓派與Arduino---使用Python

韌體 | I2C通訊：樹莓派與Arduino---使用Python

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：

	import smbus
	import time
	# 設定樹莓派I2C的總線
	bus = smbus.SMBus(1)
	# 設定Arduino 的I2C位置
	address = 0x04
	# 傳送訊息
	def writeNumber(value):
	bus.write_byte(address, value)
	return -1
	# 讀取訊息
	def readNumber():
	number = bus.read_byte(address)
	return number
	while True:
	# 指定var接受使用者輸入的指令
	var = int(input('Enter 1 – 9: '))
	#寫入使用的輸入的指令Var
	writeNumber(var)
	print ('RPI: Hi Arduino, I sent you ', var)
	# 等待1秒
	time.sleep(1)
	#接收Arduino回傳的訊息
	number = readNumber()
	print ('Arduino: Hey RPI, I received a digit ', number)

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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：

	#include <Wire.h>
	#define SLAVE_ADDRESS 0x04 // 設定Arduino開發板I2C的位址
	int number = 0;
	int state = 0;
	void setup() {
	pinMode(13, OUTPUT); // 設定pin13為輸出模式
	Serial.begin(9600); // Serial通訊埠通訊設為9600速率
	Wire.begin(SLAVE_ADDRESS); // 初始化Arduino的I2C位址
	Wire.onReceive(receiveData); //I2C訊號接收時，啟用函式
	Wire.onRequest(sendData); //主機要求讀取時，啟用函式
	Serial.println("Ready!");
	}
	void loop() {
	delay(100);
	}
	// callback for received data
	void receiveData(int byteCount){
	while(Wire.available()) { //當I2C的buffer中有資料時進入迴圈
	number = Wire.read(); //指定nubmer 等於讀取的訊息
	Serial.print("data received: ");
	Serial.println(number);
	if (number == 1){
	if (state == 0){
	digitalWrite(13, HIGH); // 致使 LED on
	state = 1;
	}else{
	digitalWrite(13, LOW); // 致使 LED off
	state = 0;
	}
	}
	}
	}
	// callback for sending data
	void sendData(){
	Wire.write(number);
	}

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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。

參考資料

RASPBERRY PI AND ARDUINO CONNECTED USING I2C


本篇程式放置的GitHub連結

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