ARDUINO VIDEO WORKSHOP

想學 Arduino 的人有福了，Stefan Hermann 今年給大家一個非常特別的耶誕禮物: 一個完整的 Arduino Video Workshop!

▲ Fritzing Starter Kit

總共有 14 集影片，濃縮了 Ardiono 的基礎知識，完全免費送給你! Stefan Hermann 祝福大家耶誕快樂:

We wish you all a Merry Christmas :)

1.	Learning Arduino Episode 001 – Electronic Basics 這集將說明電子基礎，例如電壓 (Voltage)、電流 (Current)、功率 (Power) 以及串聯電路 (Series Circuit) 和並聯電路 (Parallel Circuit)
2.	Learning Arduino Episode 002 – Arduino introduction 這集介紹 Arduino 這塊板子
3.	Learning Arduino Episode 003 – Digital Out with Blink 這集介紹什麼是數位訊號 (Digital Signal)，教你如何上傳程式到 Arduino 板子上，並且介紹 Arduino 的軟體開發環境
4.	Learning Arduino Episode 004 – Digital Out with SOS 這集介紹 loop 和 arrays 的使用方法
5.	Learning Arduino Episode 005 – Breadboard Prototyping 麵包板 (Breadboard) 是一個可以讓你在短時間做出雛型的方便的工具，這集將介紹麵包板的使用方法
6.	Learning Arduino Episode 006 – Digital In with a button 這集介紹 Digital Input 並解釋什麼是下拉電阻 (drop down resistor)
7.	Learning Arduino Episode 007 – Amplification with a transistor 有時候你會需要電晶體 (Transistor) 來放大訊號，這集介紹電晶體的主要概念
8.	Learning Arduino Episode 008 – Analog Out with Fading 這集說明 digital 和 analog signals 的差別，介紹 PWM (Pulse-Width Modulation)，並利用 PWM 控制 LED 達到漸暗漸亮的效果
9.	Learning Arduino Episode 009 – Analog In with Servo and Knob 這集介紹可變電阻 (potentiometer) 和伺服馬達 (Servo motor) 的使用方法
10.	Learning Arduino Episode 010 – Analog In with Servo and LDR 這集介紹光感電阻 (Light Dependent Resistor, LDR) 並使用 LDR 控制 Servo
11.	Learning Arduino Episode 011 – Serial communication 這集介紹怎麼把 Arduino 的資料送到電腦
12.	Learning Arduino Episode 012 – FIRMATA 這集介紹如何用 Firmata Library 連接 Arduino 和 Processing
13.	Learning Arduino Episode 013 – PCB layout with Fritzing 這集介紹怎麼把你的電路製作成 PCB 電路板
14.	Learning Arduino Episode 014 – using modules 這集介紹 Arduino 的擴充模組。註: Arduino 的模組又稱 Shield

如果你想自學 Arduino 卻不得其門而入，現在只要買個 Arduino 入門套件，然後拿 ARDUINO VIDEO WORKSHOP 這系列教學影片搭配著看，一邊看影片，一邊做練習，相信很快就可以把 Arduino 給學會。

如果你習慣看文字說明，也可以參考「Arduino 入門教學」。

真是非常感謝 Stefan Hermann 的善舉! 為了表示對他的感謝，在此放他的玉照一張:

有了 ARDIONO VIDEO WORKSHOP 這系列教學影片，以後教 Arduino 可以翹著二郎腿輕鬆上課了。:)

參考資料

• ARDUINO VIDEO WORKSHOP

EasyTransfer over I2C bus

這篇適合進階的 Arduino 使用者。

先前我們介紹過 EasyTransfer Library - 一個可以讓兩台 Arduino 透過 Serial port 通訊的 Library:

▲ 注意線路接法，TX 要接 RX，而 RX 要接 TX。

最近 EasyTransfer Library 版本更新了，現在EasyTrasnfer 不僅可以用在 Serial port 介面，也可以用在 I2C bus 上了。

▲ I2C 的連接方法，SDA, SCL, GND, 5V 分別接在一起，並在 SDA 和 SCL 上加個 4.7K 歐姆的提升電阻

如何讓 IRRemote 相容於 Arduino 1.0 ?

有很多人反應 IRRemote Library 在 Arduino 1.0 上不能跑，這是因為 Arduino 1.0 core library 把 header file 檔名改掉了，解決方法是把 IRRemoteInt.h 這行：

改成這樣子：

改完之後，不管是 Arduino 1.0 或 Arduino-0023 甚至更早期的版本應該都可以 work。

mArduino - 多台 Arduino 透過 I2C 通訊

在寫前一篇的時候，我突然想到「I2C bus 上最多可以有 128 個設備，Arduino 也可以透過 I2C 串在一起，而一台 Arduino 只有 14 個 digital pins 和 6 個 analog pins」，既然如此，「何不利用多台 Arduino 來擴充 I/O 呢？」。

於是我寫了一個 mArduino Library，可以讓 Master 很方便的控制 Slave 的 I/O pins 達到用多台 Arduino 擴充 I/O 的目的。

下載 mArduino Library

請點底下的網址下載 mArduino:

https://github.com/coopermaa/mArduino

mArduino 提供了 Blink, Fade 和 AnalogReadSerial 等三個 Master 範例和 General_slave 一個 Slave 範例。

多台 Arduino 間的通訊 - 透過 I2C #4

在前面幾篇 (#1, #2 和 #3) 中，我們已經學會 Arduino 的 I2C 通訊 - 也就是 Wire Library 的基本用法，知道怎麼讓 Master 送資料給 Slave，而且也知道怎麼讓 Slave 送資料給 Master。

不管是讓 Master 送資料給 Slave，或者是讓 Slave 送資料給 Master，這些基本上都是單向的傳輸。其實當我們在使用 I2C 通訊的時候，實際情況下並不會這麼單純，因為很多 I2C 的電子設備通常都會用到雙向傳輸。

例如底下 DS1307 這個 Real Time Clock 就是一個很好的例子:

▲ DS1307 Real Time Clock

DS1307 時鐘用的正是 I2C 介面， 我們既可以用 Arduino 讀取 DS1307 的時間資訊:

多台 Arduino 間的通訊 - 透過 I2C #3

在前面兩篇 (#1 和 #2) 中，我們已經學會如何讓 Master 送資料給 Slave，其實也可以反其道而行，Slave 也可以送資料給 Master，接下來我們就來學習怎麼做。

接線

老樣子，這兩台 Arduino 一台是 Master，一台是 Slave，其中 Slave 所用的 address 為 1。

程式

要叫 Slave 送資料給 Master 會涉及兩個動作:

1. Master 必須用 Wire.requestFrom() 發出 request 給 slave
2. Slave 在收到 request 後就把資料傳給 Master

多台 Arduino 間的通訊 - 透過 I2C #2

我們在前一篇已經學會使用 I2C 建立 Arduino 間的通訊，接著再來做個簡單練習: 把 Blink 範例做個改良，讓兩台 Arduino 的 LED 可以交替閃爍。

接線

接線方法跟前一篇一樣，只不過這次在兩台 Arduino 的 pin 13 都加了一顆 LED。

老樣子，這兩台 Arduino 一台是 Master，一台是 Slave，其中 Slave 所用的 address 為 1。

多台 Arduino 間的通訊 - 透過 I2C #1

今天我們要介紹怎麼讓多台 Arduino 互相通訊。我們所用的通訊協定是 I2C Protocol，I2C 只需要兩支腳位就可以讓設備建立通訊，這兩支腳位一個叫作 SDA (Serial DAta line)，另一個叫作 SCL (Serial CLock Line)。在大部份的 Arduino 板子上，SDA 是在 analog pin 4，而 SCL 是在 analog pin 5。

接線

參考底下的接線圖連接你的 Arduino:

接線方法很簡單，你只要把每一台 Arduino 的 SDA (analog pin 4), SCL (analog pin 5), GND 和 5V 分別連接在一起就可以了。另外，最好在 SDA 和 SCL 上加個接到 5V 的 4.7K 歐姆提升電阻以確保預設電壓為高電位。

I2C 是 Master-Slave 的架構，Master 可以向 Slave 發出需求要資料或傳送資料。I2C bus 上最多可以有 128 個設備。在 I2C bus 上可以有多個 Master 和多個 Slave，不過為了避免複雜，通常我們只會用一個 Master。每個 Slave 都會有一個識別的號碼，叫作 Slave address，Master 要跟 Slave 通訊的時候，就利用 Slave address 指定要跟哪個 Slave 建立對話。

底下將示範怎麼讓兩台 Arduino 透過 I2C 建立通訊。這兩台 Arduino 一台是 Master，一台是 Slave，其中 Slave 所用的 address 為 1。

Arduino 1.0 的 serialEvent 介紹

我們在「Arduino 筆記 – Serial Library 介紹」這篇學到 Arduino 序列通訊 (Serial Communication) 的方法，知道怎麼用 Arduino 讀寫 serial port 的資料。新發佈的 Arduino 1.0 在序列通訊這部份加了一個新功能: serialEvent() 函式，這次我們將介紹 serialEvent()。

serialEvent() 是 Arduino 1.0 才有的新函式，用軟體術語來說 serialEvent() 是一個 callback，它會在 serial port 有資料的時候就自動被呼叫。所以你可以寫一個 serialEvent() 專門來接收 serial port 上的資料，此後只要 serial port 上一有資料，Arduino 便會自動呼叫你的 serialEvent() 函式。

底下將以實例說明 serialEvent() 函式的用法:

用 serialEvent() 讀資料

在「Arduino 筆記 – Serial Library 介紹」一文中有個讀取 serial port 的例子 (read.pde):

我們可以用 serialEvent() 來改寫這支程式:

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。

C# Serial Port Communication #3

看完上一篇學會用 SerialPort.Write() 寫資料到 serial port 的方法後，接著我們來學習用 SerialPort.Read() method 讀取 serial port 的資料。SerialPort 有很多種 Read methods，例如 Read(), ReadByte(), ReadChar(), ReadExisting(), ReadLine(), ReadTo() 等，使用者可以根據需要挑選適合的來使用。

底下將以幾個例子示範如何讀取 SerialPort。

Arduino Sketch

我們在「Lab8 使用光敏電阻控制 LED 的開關」看過 Serial Port 的程式範例 (Photocell.pde)，如下，這支程式非常的簡單，它的功能是讀取光敏電阻並將讀值輸出到 Serial Port:

我們可以用 Arduino IDE 內建的 Serial Monitor 來跟 Arduino 通訊。在把上列程式編譯並上傳到 Arduino 板子上後，打開 Serial Monitor，然後你就會看到 Serial Port 不斷地收到從 Arduino 傳送過來的光敏電阻讀值:

▲ Serial Monitor 所用的 baud rate 必須與程式 Serial.begin(xxxx) 相同

請將這支 Arduino 程式上傳到 Arduino 板子上。接著我們來看如何用 C# 讀取 Arduino 丟出來的資料。

C# Serial Port Communication #2

我們在前一篇已經學會如何列出電腦上所有的 serial ports，接下來我們將學習 serial port 的使用方法，也就是怎麼開啟以及讀寫 serial port。

Open, Read, Write, Close

在開啟 serial port 之前，必須先設定 serial port。例如，假如你要用 COM5, 通訊設定使用 9600 的速率 (baud), 沒有 parity bit, 每個位元組為 8 個 data bits 加上 1 個 stop bit，那麼就要這樣設定 serial port:

設定好 serial port 後，接著就可以呼叫 SerialPort 物件的 Open() method 打開 serial port。為了預防意外，例如 「serial port 不存在」或是「serial port 已經被其它程式開啟了」等這些狀況，通常我們會把程式碼寫在 try … catch 區塊裏:

打開 serial port 之後，之後便可以用 ReadXXX, WriteXXX 之類的 methods 來讀寫 serial port，這部份後面將以實例介紹。最後，當你不需要使用 serial port 的時候，最好呼叫 Close() method 關閉 serial port 以免佔著資源:

C# Serial Port Communication #1

如果你有在玩電子或內嵌系統 (Embedded System)，你會常常碰到需要讓電子設備跟電腦對話的情況，最簡單的通訊方式是使用 serial port。

這篇教學將告訴你怎麼用 C# 撰寫可以透過 serial port 跟電子設備通訊的程式。

System.IO.Ports namespace

在 C#，所有跟 serial port 通訊有關的類別都定義在 System.IO.Ports 這個 namespace，所以第一件事是引用 System.IO.Ports 這個 namespace:

列出所有的 Serial Ports

要怎麼知道你電腦上面有哪些 serial ports 可用呢？方法是用 SerialPort 的 GetPortNames() 這個 static method。所以，在跑完底下這行程式碼後：

所有 serial ports 的名稱都會被放到 serialPorts 這個字串陣列裏。

我們可以跑個簡單的迴圈把它印到 Console：

下圖是 ListPorts-Console 範例程式的執行結果：

▲ 下載範例程式：ListPorts-Console

假如是 GUI 介面的程式，可以像底下這樣用個簡單的迴圈把所有 serial ports 填到 ComboBox 裏：

上列最後兩行會選擇第一個可用的 serial port，假如電腦上有 serial port 的話。

把所有 serial ports 填到 ComboBox 裏有個更簡單的方法：

這種寫法只要一行程式就搞定，連迴圈都不用寫。

下圖是 ListPorts-GUI 範例程式的執行結果：

▲ 下載範例程式：ListPorts-GUI

參考資料

• SerialPort Class
• Serial Port Communication in C#
• Communication with Serial Port in C#

Serial2Keystroke

先前我們提到 Arduino Uno Keyboard 可以讓 Arduino 透過 USB 介面送出按鍵敲擊動作 (keystroke) 給電腦，不過 Arduino Uno Keyboard 目前僅限 Uno 或 Mega 2560 的板子才能使用。假如我們用的是 Duemilanove 或是其它只能走 Serial 通訊的 Arduino 板子，這樣也可以辦得到嗎？答案是可以的。方法是這樣：

基本上這個解法分成兩個部份：

1) 要有一支 Arduino sketch，這支程式負責送字元到 serial port

2) 我們還要一支 Serial-to-Keystroke 的 PC 端工具，這支程式會讀取來自 serial port 上的資料並且負責把資料轉換成 keystrokes

聽起來有點玄嗎？事實上是很簡單的。

下載本文範例及工具

這篇提到的範例跟工具我全部打包好了，你可以點底下的連結下載：

http://goo.gl/itpNS

Hello World

底下是一支很簡單的 Arduino sketch (senda.ino)，它會每隔 1 秒鐘送出一個 "Hello World" 字串到 serial port:

請打開 Arduino IDE 把上面這支程式上傳到 Arduino 板子上。