Talk with Arduino using C# and Firmata

C# 也可以用 Firmata 協定跟 Arduino 通訊，方法是用 Firmata.NET 這個套件。

要讓微控制器 (Microcontroller) 跟電腦建立對話，通常使用者會花很多時間在處理通訊方面的問題。用 Firmata.NET 寫 C# 程式，最大的好處就是使用者不必煩惱通訊的繁瑣細節，而且程式風格跟寫 Arduino 的程式幾乎是一致的。

由於涉及 Arduino 與電腦兩端的程式，所以問題分成兩個部份:

1. Arduino 端: 這部份很簡單，因為 Arduino IDE 已內建 Firmata，所以只要上傳 StandardFirmata 程式到 Arduino 板子上就可以了。使用者完全不需要寫 Arduino 的程式。
2. PC 端: 這部份便是使用 Firmat.NET 與 C# 撰寫程式。

上傳 StandardFirmata 到 Arduino

打開 Arduino IDE，點選 File > Examples > Firmata > StandardFirmata 並將程式上傳到 Arduino 板子上:

▲ Arduino IDE

注意一件事，StandardFirmata 這支 Arduino 程式所用的序列通訊速率是 57600 bps，所以當你在寫 PC 端的程式在開啟 Serial port 時，記得也要把通訊速率設成 57600 bps，這樣 Arduino 跟 PC 的程式兩邊才能溝通。

Firmata.NET 使用方法

請點底下的網址下載 Firmata.NET:

http://goo.gl/A2Fz7 

Firmata.NET 只有一個檔案，叫作 arduino.cs。安裝方法很簡單，只要把 arduino.cs 放到你的 C# 專案裏就好。

Firmata.NET 的使用方法如下:

1) 在建立 C# 專案，把 arduino.cs 放到 C# 專案資料夾裏。

2) 在程式裏引用 Firmata.NET 這個 namespace:

3) 假若你的 Arduino 接在 COM5，而且所用的通訊速率是 57600，那麼就這樣建立 Arduino 的通訊:

4) 接著就可以透過 arduino 物件呼叫 pinMode, digitalWrite, digitalRead, analogRead, analogWrite 這些 methods，就好像在寫 Arduino 的程式一樣:

Blink

這個範例會讓 Arduino 的 LED 燈不斷閃爍，每隔一秒切換一次燈號。可參考「Arduino 筆記 – Lab1 Blinking a LED」一文。

程式畫面為:

在選好 Serial Port 按下 Open 鈕後，程式就會用 Firmata.NET 建立與 Arduino 之間的連線，然後每隔一秒切換一次 Arduino 的 LED 燈號。

Open 鈕的程式碼如下:

btnOpen_Click 利用底下這兩行開啟與 Arduino 之間的連線:

portName 是使用者所選的 Serial Port，而第三個參數 true 是自動開啟 Serial Port，第四個參數則是 timeout 時間。Firmata.NET 預設的 timeout 時間是 8 秒鐘，如果使用預設值，程式執行的時候會先等 8 秒鐘才會開始跟 Arduino 通訊，這樣有點慢，所以我把時間設為 500 ms。

程式接著把 pin 13 設成 OUTPUT，然後啟用 Timer。Timer 預設 1 秒鐘會跑一次，Timer 的處程函式如下，程式邏輯很簡單，它會根據 pinState 的狀態決定該打開或關閉 LED:

AnalogRead

這個範例示範如何用 analogRead() 讀取 analog pin。程式畫面如下:

程式執行的時候，會不斷讀取 analog pin 0 的讀值，然後把讀到的數值 (範圍為 0-1023) 顯示在畫面下方的狀態列上。

AnalogRead 程式大致上跟 Blink 差不多，主要的不同在 Timer 的處理函式:

Timer 的 Interval 為 100，所以這段程式每 100 ms 會跑一次，它會用 arduino.analogRead(sensorPin) 讀取 sensorPin 腳位的讀值，然後再將讀值顯示在狀態列上。

Fade

這個範例利用 PWM (Pulse Width Modulation, 脈衝寬度調變) 控制 LED 燈光亮度。

Timer 的 Interval 為 50，所以底下這段程式每 50 ms 會跑一次，它會用 arduino.analogWrite(ledPin, brightness) 設定 pin 9 上的 LED 燈光亮度。相關資訊可參考「Arduino 筆記 – Lab3 控制 LED 燈光亮度」一文。

Fade 的 btnOpen_Click 程式碼如下:

要特別注意，因為我們要用 PWM 控制 pin 9，所以必須用 pinMode(ledPin, Arduino.PWM) 把 pin 9 設定 PWM，這樣才能正確使用 PWM 控制。

Arduino 只有特定的腳位才能做 PWM 控制，以 UNO 為例，可用的 PWM 腳位有 6 支: 3, 5, 6, 9, 10, 11。

下載範例程式

這篇文章的範例程式可以在底下的網址取得：

http://goo.gl/3OMLI

參考資料

• Firmata.NET
• 使用 Firmata 協定連接 Processing 與 Arduino
• 用 NETLab Toolkit 把 Processing 與 Arduino 連接起來
• Android-Firmata 與 Amarino 簡介
• C# Serial Port Communication #1
• C# Serial Port Communication #2
• C# Serial Port Communication #3
• Arduino 筆記 – Lab1 Blinking a LED
• Arduino 筆記 – Lab3 控制 LED 燈光亮度