In diesem Artikel ist beschrieben, wie ihr

• Arduino-Programme mittels einfacher Kommandos vom PC aus 'fernsteuern' könnt.
• Zahlen vom PC an den Arduino übermitteln könnt.

Beide Mögglichkeiten können problemlos mit dem Senden von Daten vom Arduino zum PC kombiniert werden.

Dazu verwenden wir die Serielle Schnittstelle des Arduinos, die ihr bereits aus dem 'Serial Monitor' kennt. Ihr könnt also einfach den Serial-Monitor nutzen, um manuell Daten an den Arduino zu schicken - z.B. um zu testen, ob er auf Kommandos so reagiert wie ihr es erwartet. Wirklich spannend wird es aber, wenn ihr ein eigenes Programm (z.B. ein Processing-Sketch) schreibt, welches die Serielle Schnittstelle verwendet, um dem Arduino vollautomatisch Befehle zu übermitteln.

In allen Fällen muss der Arduino mit einem Kabel mit dem PC verbunden sein - denn über dieses Kabel werden die Daten in Form von Elektrischen Impulsen übertragen…

Die einfachste Art und Weise, einen Befehl vom PC an den Arduino zu übermitteln, ist, ihm einzelne Zeichen über die Serielle Schnittstelle zu schicken, die ein Programm auf dem Arduino auswertet.

Dabei kann z.B. der Buchstabe f für „fahre los“ und der Buchstabe s für „stop“ stehen.

Das Arduino Programm muss zum Empfang der Befehle nur:

• Überprüfen, ob neue Daten angekommen sind (mit Serial.available())
• Das erste Zeichen aus den angekommenen Daten lesen (mit Serial.read())
• Das erhaltene Zeichen untersuchen, um zu erkennen, ob es ein bekannter Befehl ist. (im Bedingungsteil (Runde Klammern) von if oder switch case)
• Eine Funktion aufrufen, die das erledigt, was dem Befehl entspricht (im Befehlsblock (geschweifte Klammern) von if oder switch case)

Das Beispiel libraries/Serial/SimpleWrite in Processing enthält sowohl den Processing, als auch den Arduino Code, um mit der Maus eine LED auf dem Arduino ein- und ausschalten zu können. Hier ein kleiner Ausschnitt mit den wichtigsten Teilen auf Arduinoseite:

...
if (Serial.available()) { // Wenn Daten empfangen wurden und zum Lesen bereitstehen
  int val = Serial.read(); // lese das erste Zeichen in der Warteschlange und speichere es in der Variable 'val' zwischen
  if (val == 'H') { // Wenn das Zeichen den Wert 'H' hat...
    digitalWrite(ledPin, HIGH); // schalte eine LED an
  } 
  else {
    digitalWrite(ledPin, LOW); // wenn es irgendein anderes Zeichen ist, schalte die LED aus.
  }
}
...

Sollen mehr als zwei unterschiedliche Befehle erkann werden können, so geht das am einfachsten mit dem switch/case. Die Sendeseite funktioniert ganz genau so wie in libraries/Serial/SimpleWrite, nur dass eben mehrere unterschiedliche Zeichen gesendet werden können.

Für die Arduino/ Empfängerseite gibt es ein gutes Beispielprogramm ''control/switchCase2'' aus dem Arduino IDE, aus dem ich hier (mit deutschen Kommentaren) zitiere:

  if (Serial.available() > 0) { // Wenn Daten angekommen sind...
    int inByte = Serial.read(); // ...dann lies das erste Byte und speichere es in der Variable inByte
    switch (inByte) {           // und nimm den Wert, der übertragen wurde, genauer unter die Lupe.
    case 'a':                   // wenn dieser das Zeichen 'a' ist...
      digitalWrite(2, HIGH);    // ... dann schalte den pin 2 auf 5V  
      break;                    // Ohne 'break' würde das Programm auch den nächsten Teil ausführen, obwohl kein 'b' kam. (beliebter Fehler)
    case 'b':                   // alle anderen Buchstaben funktionieren genauso wie 'a', nur passiert eben als Reaktion etwas anderes.
      digitalWrite(3, HIGH);
      break;
    case 'c':    
      digitalWrite(4, HIGH);
      break;
    case 'd':    
      digitalWrite(5, HIGH);
      break;
    case 'e':    
      digitalWrite(6, HIGH);
      break;
    default:               //wenn das Zeichen keinem der oben überprüften entspricht, passiert das Folgende:
      // Schalte die Spannung an allen Pins aus.
      for (int thisPin = 2; thisPin < 7; thisPin++) {
        digitalWrite(thisPin, LOW);
      }
    } 

In vielen Fällen wollen wir nicht nur ein Kommando übertragen („fahre geradeaus“), sondern auch dazugehörige Zahlenwerte („wie lange?“ , „wie schnell?“, „wie weit?“).

Das geht ganz einfach mit den beiden Befehlen Serial.parseInt() (für Ganzzahlen) oder Serial.parseFloat() (Für Kommazahlen). Beide Befehle lesen solange Daten aus der seriellen Schnittstelle, bis entweder längere Zeit nichts mehr gekommen ist („timeout“) oder das nächste Zeichen nicht mehr Teil einer Zahl sein kann (also irgendetwas ausser 0…9, '+', '-' oder '.' ist).

Achtung: Als Dezimaltrennzeichen wird (wie eigentlich immer beim Programmieren) der Punkt (anstelle des Kommas) verwendet.

Zum Steuern eines Roboters könnten wir z.B. die Kommandos 'l' für „links“ und 'r' für „rechts“ verwenden, die jeweils von einer Zahl gefolgt sind, die angibt, wieviel Gas der entsprechende Motor geben soll. Ein kompletter Befehl, der so in den Serial-Monitor eingegeben oder von Processing verschickt werden kann wäre also z.B. 'l100' oder 'r-20'.

Der Arduino Code dafür könnte z.B. so aussehen:

  if (Serial.available() > 0) { // Wenn Daten da sind...
    int inByte = Serial.read(); // ...dann lies das erste Byte und speichere es in der Variable inByte
    switch (inByte) {           // und nimm den Wert, der übertragen wurde, genauer unter die Lupe.
    case 'r':                   // wenn dieser das Zeichen 'r' für 'rechts' ist...
      {
      int inValue=Serial.parseInt();             // dann lies erstmal eine Zahl ein (wenn irgendetwas anders kam, ist das Ergebnis 0 )
      digitalWrite(directionPinRight,inValue>0); // stelle den Motor auf 'vorwärts', wenn der wert größer 0 ist, sonst auf rückwärts
      analogWrite(throttlePinRight, inValue);    // ... gib genau so viel Gas, wie gewünscht.
      break;                    // höre hier auf.
      }
    case 'l':                   // ..links genauso:
      {
      int inValue=Serial.parseInt();             // dann lies erstmal eine Zahl ein (wenn irgendetwas anders kam, ist das Ergebnis 0 )
      digitalWrite(directionPinLeft,inValue>0);  // stelle den Motor auf 'vorwärts', wenn der wert größer 0 ist, sonst auf rückwärts
      analogWrite(throttlePinLeft, inValue);     // ... gib genau so viel Gas, wie gewünscht.
      break;                    // höre hier auf.
      }
     case default: // bei uns unbekannten Kommandos machen wir einfach garnichts...
      break; 
   }

Hier der passende Processing Code dazu:

/**
 * SendSomeInt
 * 
 * Send numbers to a Serial Port
 * This example is in the public domain.
 */
import processing.serial.*;   //verwende die 'Serial' Library
 
Serial myPort;   // Deklariere ein Object vom Typ 'Serial', mit dem Namen 'myPort'
 
void setup() {
  // Wir lassen uns von der Serial-Klasse zunächst eine Liste der Namen der am PC vorhandenen Ports geben( 'Serial.list()')
  // Dann nehmen wir und den letzten (Serial.list().length-1) Namen aus der Liste heraus (String portName=Serial.list()[Serial.list().length-1])
  // Und verbinden uns mit diesem Port mit der Baudrate 115200 (new Serial(this, portName, 115200)).
 
  String portName = Serial.list()[Serial.list().length-1]; // finde den Namen des letzten Serialports heraus
  myPort = new Serial(this, portName, 115200); // Erzeuge ein Serial Objekt und stelle Eine Verbindung mit 115200 Baus her
  size(300, 300); // mache das Fenster etwas größer
}
 
void draw() {
  int forwardSpeed= (int)map(mouseY,height, 0 , -127, 127); //rechne die y-Position des Mauszeigers in einen Schubwert zwischen -127 und 127 um.
  // das (int) sorgt für die Umwandlung der Kommazahl in einen Ganzzahligen (integer) Wert.
  int turnSpeed= (int) map(mouseX, 0, height, -127, 127);   //rechne die x-Position des Mauszeigers in ein Drehgeschwindigkeit zwischen -127 und 127 um.
  int leftSpeed=forwardSpeed+turnSpeed;  //Zum Vorwärtsfahren drehen sich beide Motoren in die gleiche Richung, zum Drehen in Unterschiedliche
  int rightSpeed=forwardSpeed-turnSpeed;
  myPort.write('l'+str(leftSpeed)+"\n");  //Sende erst 'l', dann die mit str() in eine Zeichenkette umgewandelte Zahl, dann einen Zeilenabschluss ("\n")
  myPort.write('r'+str(rightSpeed)+"\n"); //Sende erst 'r', dann die mit str() in eine Zeichenkette umgewandelte Zahl, dann einen Zeilenabschluss ("\n")
  println("vor :"+forwardSpeed+"\tdreh: "+turnSpeed+"\t--> links:"+leftSpeed+ "\trechts: "+rightSpeed);
}