Светильник, управляемый по USB

В этом эксперименте мы отправляем устройству команды, как ему светить.

Список деталей для эксперимента

  • 1 плата Arduino Uno

  • 1 беспаечная макетная плата

  • 1 светодиод

  • 1 резистор номиналом 220 Ом

  • 2 провода «папа-папа»

Принципиальная схема

Принципиальная схема

Схема на макетке

Схема на макетке

Скетч

// p190_serial_brightness.ino
#define LED_PIN 9
// для работы с текстом существуют объекты-строки (англ. string)
String message;

void setup()
{
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
  // передаваемые с компьютера данные поставляются байт за
  // байтом, в виде отдельных символов (англ. character). Нам
  // нужно последовательно их обрабатывать пока (англ. while)
  // в порту доступны (англ. available) новые данные
  while (Serial.available()) {
    // считываем (англ. read) пришедший символ в переменную
    char incomingChar = Serial.read();
    // не стоит путать целые числа и символы. Они соотносятся
    // друг с другом по таблице, называемой кодировкой. Например
    // '0' — это 48, '9' — 57, 'A' — 65, 'B' — 66 и т.п. Символы
    // в программе записываются в одинарных кавычках
    if (incomingChar >= '0' && incomingChar <= '9') {
      // если пришёл символ-цифра, добавляем его к сообщению
      message += incomingChar;
    } else if (incomingChar == '\n') {
      // если пришёл символ новой строки, т.е. enter, переводим
      // накопленное сообщение в целое число (англ. to integer).
      // Так последовательность символов '1', '2', '3' станет
      // числом 123. Результат выводим на светодиод
      analogWrite(LED_PIN, message.toInt());
      // обнуляем накопленное сообщение, чтобы начать всё заново
      message = "";
    }
  }
  // посылайте сообщения-числа с компьютера через Serial Monitor
}

Пояснения к коду

  • В этой программе мы создаем объект класса String. Это встроенный класс, предназначенный для работы со строками, т.е. с текстом.

  • Не путайте его с типом данных string, который является просто массивом символов. String же позволяет использовать ряд методов для удобной работы со строками.

  • Мы знакомимся с новым видом циклов: цикл с условием while. В отличие от цикла со счетчиком for, цикл while(expression) выполняется до тех пор, пока логическое выражение expression истинно.

  • Метод available() объекта Serial возвращает количество байт, полученных через последовательный порт.

  • В данном эксперименте цикл while работает до тех пор, пока available() возвращает ненулевое значение, любое из которых приводится к true.

  • Переменные типа char могут хранить один символ.

  • В этом примере символ мы получаем методом Serial.read(), который возвращает первый байт, пришедший на последовательный порт, или -1, если ничего не пришло.

  • Обратите внимание, что в if мы сравниваем не пришедший символ с 0 и 9, но их коды. Если пришел какой-то символ, который не является цифрой, мы не будем его добавлять к нашей строке message.

  • Объекты типа String позволяют производить конкатенацию, т.е. объединение строк. Это можно сделать так: message = message + incomingChar, но можно записать в сокращенной форме: message += incomingChar.

  • В этой программе мы дополняем if конструкцией else if. Это еще один условный оператор, который проверяется только в случае ложности выражения, данного первому оператору. Несколько else if могут следовать друг за другом, при этом каждое следующее условие будет проверяться только в случае невыполнения всех предыдущих. Если в конце разместить else, он выполнится только если ни одно из условий не выполнено.

  • Напомним, что последовательностью \n кодируется символ переноса строки. Если он был передан устройству, мы передаем полученные ранее символы как параметр для analogWrite(), которая включает светодиод.

  • Мы используем один из методов String, toInt(), который заставляет считать строку не набором цифр, но числом. Он возвращает значение типа long, при этом, если строка начинается с символа, не являющегося цифрой, будет возвращен 0. Если после цифр, идущих в начале строки, будут символы не-цифры, на них конверсия остановится.

  • Обратите внимание на выпадающее меню внизу монитора порта: чтобы наше устройство получало символ перевода строки, там должно быть выбрано «Новая строка (NL)»

  • Пустая строка обозначается так: "". Опустошив ее, мы готовы собирать новую последовательность символов.

Вопросы для проверки себя

  1. Какие объекты позволяют легко манипулировать текстовыми данными?

  2. Что возвращают методы Serial.available() и Serial.read()?

  3. Чем отличаются конструкции for и while?

  4. Каким образом можно организовать более сложное ветвление, чем if … else?

  5. Как можно объединить текстовые строки?

  6. Как можно привести текстовую строку, содержащую цифры, к числовому типу?

Задания для самостоятельного решения

  1. Проверьте, попадает ли переданное число в диапазон значений, которые нужно передавать в analogWrite(). Передайте на компьютер сообщение об ошибке, если нет.

  2. Переделайте программу так, чтобы устройство распознавало текстовые команды, например, «on» и «off», и соответственно включало и выключало светодиод.

  3. Вам может пригодиться один из методов String: toLowerCase(yourString) или toUpperCase(yourString), которые возвращают переданную строку yourString, приведенную к нижнему или верхнему регистру соответственно.