Следующая новость
Предыдущая новость

Python для микроконтроллеров. Учимся программировать одноплатные компьютеры на языке высокого уровня

25.01.2018 13:15
Python для микроконтроллеров. Учимся программировать одноплатные компьютеры на языке высокого уровня

Содержание статьи

  • С чего все началось?
  • А чем эта плата лучше?
  • И что, только официальная плата?
  • Подготовка к работе
  • Прошивка контроллера
  • Взаимодействие с платой
  • Начинаем разработку
  • Hello world
  • Радужный мир
  • Монитор. Рисование, письмо и каллиграфия
  • Настраиваем Wi-Fi и управляем через сайт
  • Управление моторами
  • Интернет вещей
  • Заключение

Шутники говорят, что после трудового дня за компьютером типичный программист едет домой, садится за ПК и таким образом отдыхает. А ведь истина на самом деле куда ужаснее этой шутки: многие из нас, приходя с работы, посвящают оставшееся до сна время… программированию микроконтроллеров. ???? Обывателям не понять, но Arduino, Teensy или ESP — действительно очень неплохое хобби. Их единственный недостаток — необходимость программировать на достаточно низком уровне, если не на Assembler, то на Arduino C или Lua. Но теперь в списке ЯП для микроконтроллеров появился Python. Точнее, MicroPython. В этой статье я постараюсь максимально продемонстрировать его возможности.

С чего все началось?

Все началось с кампании на Kickstarter. Дэмьен Джордж (Damien George), разработчик из Англии, спроектировал микроконтроллерную плату, предназначенную специально для Python. И кампания «выстрелила». Изначально была заявлена сумма в 15 тысяч фунтов стерлингов, но в результате было собрано в шесть с половиной раз больше — 97 803 фунта стерлингов.

А чем эта плата лучше?

Автор проекта приводил целый ряд преимуществ своей платформы в сравнении с Raspberry Pi и Arduino:

  • Мощность — MP мощнее в сравнении с микроконтроллером Arduino, здесь используются 32-разрядные ARM-процессоры типа STM32F405 (168 МГц Cortex-M4, 1 Мбайт флеш-памяти, 192 Кбайт ОЗУ).

  • Простота в использовании — язык MicroPython основан на Python, но несколько упрощен, для того чтобы команды по управлению датчиками и моторами можно было писать буквально в несколько строк.

  • Отсутствие компилятора — чтобы запустить программу на платформе MicroPython, нет необходимости устанавливать на компьютер дополнительное ПО. Плата определяется ПК как обычный USB-накопитель — стоит закинуть на него текстовый файл с кодом и перезагрузить, программа тут же начнет исполняться. Для удобства все-таки можно установить на ПК эмулятор терминала, который дает возможность вписывать элементы кода с компьютера непосредственно на платформу. Если использовать его, тебе даже не придется перезагружать плату для проверки программы, каждая строка будет тут же исполняться микроконтроллером.

  • Низкая стоимость — в сравнении с Raspberry Pi платформа PyBoard несколько дешевле и, как следствие, доступнее.

  • Открытая платформа — так же как и Arduino, PyBoard — открытая платформа, все схемы будут находиться в открытом доступе, что подразумевает возможность спроектировать и создать подобную плату самому в зависимости от потребностей.

И что, только официальная плата?

Нет. При всех своих достоинствах PyBoard (так называется плата от разработчика MicroPython) — довольно дорогое удовольствие. Но благодаря открытой платформе на многих популярных платах уже можно запустить MicroPython, собранный специально для нее.
В данный момент существуют версии:

  • для BBC micro:bit — британская разработка, позиционируется как официальное учебное пособие для уроков информатики;
  • Circuit Playground Express — разработка известной компании Adafruit. Это плата, включающая в себя светодиоды, датчики, пины и кнопки. По умолчанию программируется с помощью Microsoft MakeCode for Adafruit. Это блочный (похожий на Scratch) редактор «кода»;
  • ESP8266/ESP32 — одна из самых популярных плат для IoT-разработки. Ее можно было программировать на Arduino C и Lua. А сегодня мы попробуем установить на нее MicroPython.
Изображение платы ESP8266

Подготовка к работе

Перед тем как писать программы, необходимо настроить плату, установить на нее прошивку, а также установить на компьютер необходимые программы.

Python для микроконтроллеров. Учимся программировать одноплатные компьютеры на языке высокого уровня

INFO

Все примеры проверялись и тестировались на следующем оборудовании:

  • плата NodeMCU ESP8266-12E;
  • драйвер моторов L293D;
  • I2C-дисплей 0,96″ 128 × 64;
  • Adafruit NeoPixel Ring 16.

Прошивка контроллера

Для прошивки платы нам понадобится Python. Точнее, даже не он сам, а утилита esptool, распространяемая с помощью pip. Если у тебя установлен Python (неважно, какой версии), открой терминал (командную строку) и набери:

pip install esptool 

После установки esptool надо сделать две вещи. Первое — скачать с официального сайта версию прошивки для ESP8266. И второе — определить адрес платы при подключении к компьютеру. Самый простой способ — подключиться к компьютеру, открыть Arduino IDE и посмотреть адрес в списке портов.

Для облегчения восприятия адрес платы в примере будет /dev/ttyUSB0, а файл прошивки переименован в esp8266.bin и лежит на рабочем столе.

Открываем терминал (командную строку) и переходим на рабочий стол:

cd Desktop 

Форматируем плату:

esptool.py --port /dev/ttyUSB0 erase_flash  

Если при форматировании возникли ошибки, значит, нужно включить режим прошивки вручную. Зажимаем на плате кнопки reset и flash. Затем отпускаем reset и, не отпуская flash, пытаемся отформатироваться еще раз.

И загружаем прошивку на плату:

esptool.py --port /dev/ttyUSB0 --baud 460800 write_flash --flash_size=detect 0 esp8266.bin 

Взаимодействие с платой

Все взаимодействие с платой может происходить несколькими способами:

  • через Serial-порт;
  • через web-интерпретатор.

При подключении через Serial-порт пользователь в своем терминале (в своей командной строке) видит практически обычный интерпретатор Python.

Python для микроконтроллеров. Учимся программировать одноплатные компьютеры на языке высокого уровня

Подключение через SerialPort

Для подключения по Serial есть разные программы. Для Windows можно использовать PuTTY или TeraTerm. Для Linux — picocom или minicom. В качестве кросс-платформенного решения можно использовать монитор порта Arduino IDE. Главное — правильно определить порт и указать скорость передачи данных 115200.

picocom /dev/ttyUSB0 -b115200 

Кроме этого, уже создано и выложено на GitHub несколько программ, облегчающих разработку, например EsPy. Кроме Serial-порта, он включает в себя редактор Python-файлов с подсветкой синтаксиса, а также файловый менеджер, позволяющий скачивать и загружать файлы на ESP.

Python для микроконтроллеров. Учимся программировать одноплатные компьютеры на языке высокого уровня

EsPy IDE

Но все перечисленные способы хороши лишь тогда, когда у нас есть возможность напрямую подключиться к устройству с помощью кабеля. Но плата может быть интегрирована в какое-либо устройство, и разбирать его только для того, чтобы обновить программу, как-то неоптимально. Наверное, именно для таких случаев и был создан WebREPL. Это способ взаимодействия с платой через браузер с любого устройства, находящегося в той же локальной сети, если у платы нет статического IP, и с любого компьютера, если такой IP присутствует. Давай настроим WebREPL. Для этого необходимо, подключившись к плате, набрать

import webrepl_setup 

Появится сообщение о статусе автозапуска WebREPL и вопрос, включить или выключить его автозапуск.

WebREPL daemon auto-start status: enabled  Would you like to (E)nable or (D)isable it running on boot? (Empty line to quit) > 

После ввода q появляется сообщение о выставлении пароля доступа:

To enable WebREPL, you must set password for it New password (4-9 chars):    

Вводим его, а затем подтверждаем. Теперь после перезагрузки мы сможем подключиться к плате по Wi-Fi.

Так как мы не настроили подключение платы к Wi-Fi-сети, она работает в качестве точки доступа. Имя Wi-Fi-сeти — MicroPython-******, где звездочками я заменил часть MAC-адреса. Подключаемся к ней (пароль — micropythoN).

Открываем WebREPL и нажимаем на Connect. После ввода пароля мы попадаем в тот же интерфейс, что и при прямом подключении. Кроме этого, в WebREPL есть интерфейс для загрузки файлов на плату и скачивания файлов на компьютер.

Python для микроконтроллеров. Учимся программировать одноплатные компьютеры на языке высокого уровня

WebRERL

Python для микроконтроллеров. Учимся программировать одноплатные компьютеры на языке высокого уровня

INFO

Среди файлов, загруженных на плату, есть стандартные:

  • boot.py — скрипт, который загружается первым при включении платы. Обычно в него вставляют функции для инициализации модулей, подключения к Wi-Fi и запуска WebREPL;
  • main.py — основной скрипт, который запускается сразу после выполнения boot.py, в него записывается основная программа.

Начинаем разработку

Hello world

Принято, что первой написанной на новом языке программирования должна быть программа, выводящая Hello world. Не будем отходить от традиции и выведем это сообщение с помощью азбуки Морзе.

import machine import time  pin = machine.Pin(2,machine.Pin.OUT)  def dot_show():     pin.off()     time.sleep(1)     pin.on()  def dash_show():     pin.off()     time.sleep(2)     pin.on()  Hello_world = '**** * *-** *-** ---    *-- --- *-* *-** -**'  for i in Hello_world:     if i=="*":         dot_show()     elif i=='-':         dash_show     else:         time.sleep(3)     time.sleep(0.5) 

Итак, что же происходит? Сначала подключаются библиотеки: стандартная Python-библиотека time и специализированная machine. Эта библиотека отвечает за взаимодействие с GPIO. Стандартный встроенный светодиод располагается на втором пине. Подключаем его и указываем, что он работает на выход. Если бы у нас был подключен какой-нибудь датчик, то мы бы указали режим работы IN.

Следующие две функции отвечают за включение и выключение светодиода на определенный интервал времени. Наверное, интересно, почему я сначала выключаю светодиод, а потом включаю? Мне тоже очень интересно, почему сигнал для данного светодиода инвертирован… Оставим это на совести китайских сборщиков. На самом деле команда pin.off() включает светодиод, а pin.on() — отключает.

Ну а дальше все просто: заносим в переменную Hello_world нашу строчку, записанную кодом Морзе, и, пробегаясь по ней, вызываем ту или иную функцию.

Продолжение статьи доступно только подписчикам

Cтатьи из последних выпусков журнала можно покупать отдельно только через два месяца после публикации. Чтобы читать эту статью, необходимо купить подписку.

Подпишись на журнал «Хакер» по выгодной цене!

Подписка позволит тебе в течение указанного срока читать ВСЕ платные материалы сайта, включая эту статью. Мы принимаем оплату банковскими картами, электронными деньгами и переводами со счетов мобильных операторов. Подробнее о подписке

1 год

5790 р.

Экономия 1400 рублей!

1 месяц

720 р.

25-30 статей в месяц

Уже подписан?

Источник

Последние новости