Мостик к Arduino и Python

🔌 Arduino = ножки, которыми управляет программа

Всё, что мы делали руками (замыкать цепь кнопкой, подавать ток на базу транзистора), умеет делать плата. У Arduino есть ножки (пины), и каждую программа может:

• включить или выключить (подать 5 В или 0 В) — это «цифровой выход», как выключатель;
• прочитать, есть ли на ней напряжение (кнопка нажата?) — это «цифровой вход», датчик;
• измерить напряжение числом 0–1023 — «аналоговый вход» (например, яркость, поворот ручки).

Ножка — это «слабый палец» из урока 4: сама она тянет только светодиод, а мотор включает через транзистор или H-мост. Всё как мы разобрали — только выключателем теперь рулит код.

🌊 ШИМ — как сделать «полугаз»

Ножка умеет только 5 В или 0 В — «включено» или «выключено». А как сделать светодиод наполовину ярким или мотор помедленнее? Хитрость: очень быстро включать и выключать ножку — сотни раз в секунду. Если она включена половину времени — в среднем получается «полмощности». Это и есть ШИМ (широтно-импульсная модуляция, по-английски PWM).

🐍 Как Python будет управлять ножками: Telemetrix

Сама Arduino понимает только свой язык. Но есть готовая прошивка Telemetrix4Arduino: заливаешь её в плату один раз — и дальше плата просто слушается компьютера (как именно залить — покажем по шагам ниже, в практике). Со стороны Python есть библиотека telemetrix, которая командует ножками по USB:

from telemetrix import telemetrix
board = telemetrix.Telemetrix()         # подключились к плате

board.set_pin_mode_digital_output(13)
board.digital_write(13, 1)        # зажгли светодиод на ножке 13
board.digital_write(13, 0)        # погасили

🌬️ Практика: рулим вентилятором из окна pygame (Arduino UNO)

Соберём всё вместе. Возьмём схему из урока 5 (L293D + вентилятор + кнопки + лампочка) и подключим к ней плату Arduino UNO R3. Теперь «пальцем» на H-мосте будет не рука, а код, а командовать вентилятором будем из окна pygame — как в играх, которые ты уже писал.

«Ум» по-прежнему живёт в Python на ноутбуке — как в курсах MeArm и машинки. UNO просто слушается (на ней прошивка Telemetrix). Новое — это окошко pygame с управлением стрелками, знакомое тебе по играм. Вся программа — в одном файле на ноутбуке.

Arduino UNO R3 — стандартная плата курса (на ней же будут MeArm и машинка). Она работает на 5 В, поэтому никаких преобразований уровней не нужно. Пара важных моментов:

Шаг 1. Подключаем провода. Питание для L293D и мотора берём через модуль питания (Power Supply, например MB102): вставляешь в него 9 В батарейку (или адаптер), а он выдаёт ровные 5 В на макетку. UNO при этом питается от USB. Новое по сравнению с уроком 5 — на IN1, IN2, EN, светодиод и кнопки теперь идут ножки Arduino UNO (а не твои руки); кнопки переподключаем чуть иначе — между ножкой и GND (подтяжка уже внутри UNO). Самое важное: «−» модуля и GND UNO должны быть соединены — без общей земли ничего не заработает:

Полная таблица — что куда воткнуть:

Главное правило питания: UNO — от USB; L293D и мотор — от модуля MB102 (его кормит 9 В батарейка): выход 5 В идёт и на VCC1, и на VCC2. Все «минусы» (GND) соединены вместе. Кнопки — просто между ножкой и GND (у UNO внутренняя подтяжка, нажата = 0). Распиновку L293D (где какой пин) смотри в уроке 5.

Шаг 2. Заливаем в Arduino прошивку Telemetrix. С этим мы встречаемся впервые, поэтому медленно. Чтобы плата слушалась Python, в неё надо один раз положить готовую программу — прошивку. Прошивка живёт внутри платы; мы её не пишем сами, а берём готовую Telemetrix4Arduino (ту самую, из раздела выше). Заливают прошивку бесплатной программой Arduino IDE — это делается один раз, потом можно про неё забыть.

1. Установи Arduino IDE (с сайта arduino.cc) и запусти.
2. Поставь библиотеку прошивки: Инструменты → Управлять библиотеками, найди «Telemetrix4Arduino» (автор Alan Yorinks) и нажми «Установить».
3. Подключи Arduino UNO к ноутбуку кабелем USB.
4. Выбери плату и порт: Инструменты → Плата → Arduino UNO и Инструменты → Порт → твой порт (например, /dev/ttyACM0).
5. Открой готовый пример (писать ничего не надо!): Файл → Примеры → Telemetrix4Arduino → Telemetrix4Arduino.
6. Нажми кнопку Загрузить (стрелка «→» сверху слева) и дождись надписи «Done uploading». Всё — прошивка внутри платы.

Осталась обычная подготовка ноутбука: поставь библиотеку pip install telemetrix (pygame у тебя уже есть с курса игр). UNO оставь подключённой по USB — по нему же Python будет ей командовать.

Шаг 3. Первая команда из кода. Проверим, что вентилятор слушается Python:

from telemetrix import telemetrix
board = telemetrix.Telemetrix()        # UNO с прошивкой Telemetrix, по USB

IN1, IN2, EN = 7, 8, 5        # пины UNO D7, D8, D5 → входы L293D
board.set_pin_mode_digital_output(IN1)
board.set_pin_mode_digital_output(IN2)
board.set_pin_mode_analog_output(EN)    # EN — это ШИМ (скорость)

board.digital_write(IN1, 1)            # одно направление...
board.digital_write(IN2, 0)
board.analog_write(EN, 220)            # ...скорость 220/255 → вентилятор закрутился!

Построчно: Telemetrix() — подключились к плате. set_pin_mode_… — говорим, что IN1/IN2 будут «выходами-выключателями», а EN — «полугазом» (ШИМ; в коде это analog). Дальше digital_write ставит направление (1,0 — вперёд), а analog_write(EN, 220) задаёт скорость. Это та же таблица IN1/IN2 из урока 5 — только нажимает уже код.

Шаг 4. Делаем команды «вперёд / назад / стоп» и зажигаем свою лампочку на каждое направление:

LED_FWD, LED_BACK = 13, 12     # пины D13, D12 — лампочки вперёд/назад
board.set_pin_mode_digital_output(LED_FWD)
board.set_pin_mode_digital_output(LED_BACK)

def forward():
    board.digital_write(IN1, 1); board.digital_write(IN2, 0)
    board.analog_write(EN, 220)
    board.digital_write(LED_FWD, 1); board.digital_write(LED_BACK, 0)   # горит «вперёд»

def back():
    board.digital_write(IN1, 0); board.digital_write(IN2, 1)
    board.analog_write(EN, 220)
    board.digital_write(LED_FWD, 0); board.digital_write(LED_BACK, 1)   # горит «назад»

def stop():
    board.analog_write(EN, 0)
    board.digital_write(LED_FWD, 0); board.digital_write(LED_BACK, 0)

Шаг 5. Делаем пульт в окне pygame. Откроем окно (как в играх) и будем рулить вентилятором стрелками: ↑ вперёд, ↓ назад, пробел — стоп:

import pygame

pygame.init()
screen = pygame.display.set_mode((460, 220))
pygame.display.set_caption("Пульт вентилятора")
big = pygame.font.SysFont(None, 44)
small = pygame.font.SysFont(None, 26)
clock = pygame.time.Clock()

state = "стоп"            # что показываем на экране
running = True
while running:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            running = False
        if event.type == pygame.KEYDOWN:
            if event.key == pygame.K_UP:
                forward();  state = "вперёд"
            if event.key == pygame.K_DOWN:
                back();     state = "назад"
            if event.key == pygame.K_SPACE:
                stop();     state = "стоп"

    screen.fill((20, 24, 35))
    screen.blit(big.render("Вентилятор: " + state, True, (235, 235, 235)), (30, 80))
    screen.blit(small.render("стрелки = направление, пробел = стоп", True, (150, 160, 180)), (30, 140))
    pygame.display.flip()
    clock.tick(30)

stop()
pygame.quit()

Это знакомый игровой цикл: ловим события (нажатия стрелок), на каждое — вызываем нашу команду forward / back / stop, и рисуем на экране текущее состояние. Запусти файл — откроется окошко, жми стрелки, и вентилятор слушается. 🎉

(По желанию) читаем и физические кнопки из урока 5 — тогда вентилятором можно рулить и руками. У нас две кнопки: D2 → «вперёд» и D4 → «назад». Telemetrix сам зовёт нашу функцию при нажатии и отпускании (у UNO встроенная подтяжка: нажато = 0, отпущено = 1) — прямо в ней и командуем мотором:

def on_button(data):               # telemetrix зовёт это при нажатии/отпускании
    if data[2] == 0 and data[1] == 2:   # D2 нажата (подтяжка: нажато = 0)
        forward()
    if data[2] == 0 and data[1] == 4:   # D4 нажата
        back()
    if data[2] == 1:                    # любую кнопку отпустили
        stop()

board.set_pin_mode_digital_input_pullup(2, on_button)   # кнопка «вперёд» (D2)
board.set_pin_mode_digital_input_pullup(4, on_button)   # кнопка «назад» (D4)

🚀 Что дальше

Фундамент готов. Теперь то же железо оживёт под управлением программы: