C#與Arduino通過串口通信來控制LED燈的狀態

一、引言

      最近擺弄了一段時間的Arduino，發現Arduino做一些電子類項目、監控、機器人、電子玩具比較容易，並且Arduino與.NET程序集成也不難。接下來介紹一個簡單的小程序，C#做的一個Windows Form程序，通過.NET串口編程與Arduino通信，來控制LED燈的狀態，以此演示C#與Arduino串口通信的方法。

二、功能演示

    這個小程序功能極其簡單，運行Windows Form程序，點擊“開燈”單選框則點亮與Arduino相連的LED燈，點擊“關燈”單選框則熄滅LED燈，圖下2圖所示：

  

三、實現機制

1. C#程序向Arduino使用的串口COM4（可通過操作系統的控制面板查看Arduino使用的串口號）輸出命令字符：1—表示點亮，0—表示熄滅；
2. Arduino讀取串口接收到的命令字符，如果讀到的字符為1則向LED所在針腳pin 13輸出高電平點亮LED燈，如果讀到的字符為0則輸出低電平熄滅LED燈。 

四、開發環境

1. Arduino 1.0.5 IDE
2. Visual studio 2010

五、所需元件

1. Arduino UNO板1塊（必需）
2. Arduino UNO板與電腦相連的USB線1根（必需）
3. LED燈1個（可選）
4. 面包板1塊（可選）
5. 10K電阻1個（可選）
6. 跳線2根（可選）

注：Arduino UNO板在pin 13自帶了1個LED燈，可以用此燈代替單獨的LED燈，所以面包板、LED燈等為可選元件。

六、元件連接

    元件連接很簡單：LED燈的正極與Arduino的數字針腳pin 13相連，電阻與LED串聯，然后接回Arduino的GND，最后用USB線把Arduino板與電腦相連，如上圖所示。

七、C#實現代碼

    創建一個Windows Form，拖放2個單選框，編寫Windows Form后台代碼，利用.NET的SerialPort類進行串口操作： 

public partial class Form1 : Form
    {
        SerialPort port;

        public Form1()
        {
            InitializeComponent();

            this.FormClosed += new FormClosedEventHandler(Form1_FormClosed);

            if (port == null)
            {
                //COM4為Arduino使用的串口號，需根據實際情況調整
                port = new SerialPort("COM4", 9600);
                port.Open();
            }
        }

        void Form1_FormClosed(object sender, FormClosedEventArgs e)
        {
            if (port != null && port.IsOpen)
            {
                port.Close();
            }
        }        

        //點亮
        private void rbOpen_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)
        {
            if (this.rbOpen.Checked)
            {
                PortWrite("1");
            }
        }

        //熄滅
        private void rbClose_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)
        {
            if (this.rbClose.Checked)
            {
                PortWrite("0");
            }
        }

        //向串口輸出命令字符
        private void PortWrite(string message)
        {
            if (port != null && port.IsOpen)
            {
                port.Write(message);
                //port.WriteLine(message);
            }
        }
    }

 八、Arduino Sketch代碼

    讀取串口接收到的字符，並根據字符向pin 13輸出高電平或低電平，對LED燈進行點亮或熄滅控制：

const int LedPin = 13;
int ledState = 0;

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

void loop()
{ 
    char receiveVal;   
   
    if(Serial.available() > 0)
    {        
        receiveVal = Serial.read();
        
       if(receiveVal == '1')    
          ledState = 1;   
       else
          ledState = 0;     
    }   
      
    digitalWrite(LedPin, ledState); 
      
    delay(50);    
} 

 九、總結

    本文通過一個簡單的例子，演示了C#與Arduino通過串口通信來控制LED燈狀態的機制，總共幾十行代碼就搞定，體現了Arduino開發簡單的宗旨。當然本例子只實現了C#程序向Arduino發數據的單向通信，真實的系統還可根據需要實現Arduino向C#發送數據的雙向通信。

    Arduino與.NET兩者集成可以發揮兩個平台的長處：Arduino擅長控制硬件設備與各類傳感器；而.NET則擁有強大的數據處理能力、通信功能、以及美觀的程序界面。當然，通過USB線實現Arduino與PC之間的串口通信，由於需要與PC連線且USB線的長度往往有限，所以這些因素制約了其應用。但是，Arduino與PC之間還有其他的通信方式，比如以太網線、Wifi、藍牙等，極大的提高了Arduino的應用范圍。

    寫文章真的比較耗時間，所以一直就不怎么喜歡寫文章。今天就寫到這，后面有時間的話會陸陸續續寫一些關於Arduino應用與開發等各個方面的文章。

十、參考資料

1. Arduino官網
2. Arduino Cookbook
3. Arduino in Action
4. Beginning Arduino
5. Arduino Internals
6. Arduino Workshop: A Hands-On Introduction with 65 Projects
7. Exploring Arduino: Tools and Techniques for Engineering Wizardry
8. Pro Arduino
9. Arduino Robotics
10. Building Wireless Sensor Networks: with ZigBee, XBee, Arduino, and Processing
11. Arduino and Kinect Projects: Design, Build, Blow Their Minds
12. Arduino Wearables