C#与Arduino通过串口通信来控制LED灯的状态

一、引言

      最近摆弄了一段时间的Arduino，发现Arduino做一些电子类项目、监控、机器人、电子玩具比较容易，并且Arduino与.NET程序集成也不难。接下来介绍一个简单的小程序，C#做的一个Windows Form程序，通过.NET串口编程与Arduino通信，来控制LED灯的状态，以此演示C#与Arduino串口通信的方法。

二、功能演示

    这个小程序功能极其简单，运行Windows Form程序，点击“开灯”单选框则点亮与Arduino相连的LED灯，点击“关灯”单选框则熄灭LED灯，图下2图所示：

  

三、实现机制

1. C#程序向Arduino使用的串口COM4（可通过操作系统的控制面板查看Arduino使用的串口号）输出命令字符：1—表示点亮，0—表示熄灭；
2. Arduino读取串口接收到的命令字符，如果读到的字符为1则向LED所在针脚pin 13输出高电平点亮LED灯，如果读到的字符为0则输出低电平熄灭LED灯。 

四、开发环境

1. Arduino 1.0.5 IDE
2. Visual studio 2010

五、所需元件

1. Arduino UNO板1块（必需）
2. Arduino UNO板与电脑相连的USB线1根（必需）
3. LED灯1个（可选）
4. 面包板1块（可选）
5. 10K电阻1个（可选）
6. 跳线2根（可选）

注：Arduino UNO板在pin 13自带了1个LED灯，可以用此灯代替单独的LED灯，所以面包板、LED灯等为可选元件。

六、元件连接

    元件连接很简单：LED灯的正极与Arduino的数字针脚pin 13相连，电阻与LED串联，然后接回Arduino的GND，最后用USB线把Arduino板与电脑相连，如上图所示。

七、C#实现代码

    创建一个Windows Form，拖放2个单选框，编写Windows Form后台代码，利用.NET的SerialPort类进行串口操作： 

public partial class Form1 : Form
    {
        SerialPort port;

        public Form1()
        {
            InitializeComponent();

            this.FormClosed += new FormClosedEventHandler(Form1_FormClosed);

            if (port == null)
            {
                //COM4为Arduino使用的串口号，需根据实际情况调整
                port = new SerialPort("COM4", 9600);
                port.Open();
            }
        }

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

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

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

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

 八、Arduino Sketch代码

    读取串口接收到的字符，并根据字符向pin 13输出高电平或低电平，对LED灯进行点亮或熄灭控制：

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、总结

    本文通过一个简单的例子，演示了C#与Arduino通过串口通信来控制LED灯状态的机制，总共几十行代码就搞定，体现了Arduino开发简单的宗旨。当然本例子只实现了C#程序向Arduino发数据的单向通信，真实的系统还可根据需要实现Arduino向C#发送数据的双向通信。

    Arduino与.NET两者集成可以发挥两个平台的长处：Arduino擅长控制硬件设备与各类传感器；而.NET则拥有强大的数据处理能力、通信功能、以及美观的程序界面。当然，通过USB线实现Arduino与PC之间的串口通信，由于需要与PC连线且USB线的长度往往有限，所以这些因素制约了其应用。但是，Arduino与PC之间还有其他的通信方式，比如以太网线、Wifi、蓝牙等，极大的提高了Arduino的应用范围。

    写文章真的比较耗时间，所以一直就不怎么喜欢写文章。今天就写到这，后面有时间的话会陆陆续续写一些关于Arduino应用与开发等各个方面的文章。

十、参考资料

1. Arduino官网
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