micro:bit和電腦的串列通訊程式加上MQTT

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電腦執行的Python程式：

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import serial import random import paho.mqtt.client as mqtt import time # MQTT 設定 BROKER = "broker.mqttgo.io" PORT = 1883 TOPIC_PUBLISH = "temperature" TOPIC_SUBSCRIBE = "messages" MQTT_CLIENT_ID = "microbit_client" USERNAME = "" # 如果需要帳號，填入使用者名稱 PASSWORD = "" # 如果需要密碼，填入密碼 message = "" def on_connect(client, userdata, flags, rc): print(f"MQTT 連線狀態: {rc}") if rc == 0: print("成功連線到 MQTT Broker") client.subscribe(TOPIC_SUBSCRIBE) else: print("無法連線到 MQTT Broker") def on_message(client, userdata, msg): global message print(f"接收到來自 {msg.topic} 的訊息: {msg.payload.decode('utf-8')}") # 處理收到的訊息 payload = msg.payload.decode('utf-8') if payload in ["heart", "OK", "Error"]: message = payload print(f"處理訂閱訊息: {payload}") else: print("收到未知訊息") def main(): # 配置串列埠參數 global message port = 'COM4' # 替換為您的串列埠名稱 baudrate = 115200 # 串列埠速率 # 初始化 MQTT 客戶端 client = mqtt.Client(mqtt.CallbackAPIVersion.VERSION1, MQTT_CLIENT_ID) client.username_pw_set(USERNAME, PASSWORD) client.on_connect = on_connect client.on_message = on_message # 嘗試連線到 MQTT Broker try: client.connect(BROKER, PORT, 60) client.loop_start() # 開啟串列埠 ser = serial.Serial(port, baudrate, timeout=1) print(f"已開啟串列埠: {ser.port}, 波特率: {ser.baudrate}") buffer = "" # 初始化資料緩衝區 while True: # 處理串列埠的輸入 if ser.in_waiting > 0: data = ser.read(ser.in_waiting).decode('latin-1', errors='ignore').strip() buffer += data print(f"目前緩衝區資料: {buffer}") while '|' in buffer: line, buffer = buffer.split('|', 1) # 提取一行資料 line = line.strip() print(f"處理資料: {line}") if line.startswith("T="): try: # 發佈溫度值到 MQTT Broker temperature = int(line.split("=")[1]) print(f"當前溫度: {temperature} 度") client.publish(TOPIC_PUBLISH, temperature) except ValueError: print("無法解析溫度值") # 模擬隨機傳送訊息給 micro:bit #message = random.choice(["heart", "OK", "Error"]) ser.write((message + "\n").encode('utf-8')) print(f"已傳送: {message}") time.sleep(1) except serial.SerialException as e: print(f"串列埠錯誤: {e}") except KeyboardInterrupt: print("程序中止") finally: # 清理資源 if 'ser' in locals() and ser.is_open: ser.close() print("串列埠已關閉") client.loop_stop() client.disconnect() print("已斷開 MQTT 連線") if __name__ == "__main__": main()

執行結果：

目前緩衝區資料: T=2|

處理資料: T=2

當前溫度: 2 度

已傳送: OK

已傳送: OK

目前緩衝區資料: T=21|

處理資料: T=21

當前溫度: 21 度

已傳送: OK

目前緩衝區資料: T=21

已傳送: OK

目前緩衝區資料: T=21T=21|

處理資料: T=21T=21

無法解析溫度值

已傳送: OK

目前緩衝區資料: T=21|

處理資料: T=21

當前溫度: 21 度

已傳送: OK

連上MQTTGO的執行結果如最上圖

micro:bit和電腦的串列通訊程式

功能：把micro:bit的溫度值經由串列埠傳給電腦，電腦端隨機產生字串傳給micro:bit，改變micro:bit的圖案。

micro:bit 積木程式：

micro:bit端的Python程式：

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MyString = "" serial.redirect(SerialPin.USB_TX, SerialPin.USB_RX, BaudRate.BAUD_RATE115200) def on_forever(): global MyString MyString = convert_to_text(input.temperature()) serial.write_string("T=" + MyString + "|") MyString = convert_to_text(input.light_level()) if MyString == "heart": basic.show_icon(IconNames.HEART) elif MyString == "OK": basic.show_icon(IconNames.YES) elif MyString == "Error": basic.show_icon(IconNames.NO) basic.pause(500) basic.forever(on_forever)

電腦端：

先裝serial套件

pip install pyserial

注意，要觀察當micro:bit連線插到電腦USB埠時，會用那一個通訊埠來和電腦溝通。

Python程式：

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import serial import random def main(): # 配置串列埠參數 port = 'COM4' # 替換為您的串列埠名稱（例如：'/dev/ttyUSB0' 或 'COM3'） baudrate = 115200 # 串列埠速率 messages = ["heart", "OK", "Error"] try: # 開啟串列埠 ser = serial.Serial(port, baudrate, timeout=1) print(f"已開啟串列埠: {ser.port}, 波特率: {ser.baudrate}") buffer = "" # 初始化資料緩衝區 while True: if ser.in_waiting > 0: # 嘗試用指定編碼解碼資料 data = ser.read(ser.in_waiting).decode('latin-1', errors='ignore').strip() buffer += data # 將新資料串接到緩衝區 print(f"目前緩衝區資料: {buffer.strip()}") # 嘗試處理緩衝區中的每一行資料 while '|' in buffer: line, buffer = buffer.split('|', 1) # 提取第一行，更新緩衝區 line = line.strip() # 去除行首尾空白 print(f"處理資料: {line}") # 檢查是否為溫度資料 if line.startswith("T="): try: # 提取溫度值 temperature = int(line.split("=")[1]) print(f"當前溫度: {temperature} 度") except ValueError: print("無法解析溫度值") # 偵測退出指令 if line.lower() == "exit": print("收到 'exit'，結束程序") return message = random.choice(messages) ser.write((message + "\n").encode('utf-8')) print(f"已傳送: {message}") except serial.SerialException as e: print(f"串列埠錯誤: {e}") finally: # 關閉串列埠 if 'ser' in locals() and ser.is_open: ser.close() print("串列埠已關閉") if __name__ == "__main__": main()

執行結果：

目前緩衝區資料: T=21|

處理資料: T=21

當前溫度: 21 度

已傳送: Error

目前緩衝區資料: T=21|

處理資料: T=21

當前溫度: 21 度

已傳送: OK

目前緩衝區資料: T=21|

處理資料: T=21

當前溫度: 21 度

已傳送: heart

[8051] 注意檢查副程式和主程式對暫存器的設定，以TMOD為例

參考教材：單晶片微處理機實習，黃嘉輝，台科大出版

本篇文章主要是將串列傳輸收到的資料顯示在LCD上，參考第六章實習四、實習五、以及實習十四的範例。

注意!我們在寫程式時，常常會把兩支已寫好的範例組合起來，但因為忽略可能有些暫存器在不同範例中有重複使用到，造成執行結果不如預期，以下面程碼為例，在24行和66行都有設定TMOD，造成不小心修改到計時器的模式，而造成傳輸速率已經不是原來的設定值。

程式碼：

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#include <regx51.h> unsigned char SendBuf[]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; // 0-9七段顯示器資料區 unsigned char code table[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; unsigned char buf; // 使用函數的設定區 extern void LCD_Init(void); extern void LCD_Out(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *text); extern void LCD_Out_Cp(unsigned char *text); extern void LCD_Chr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char c); extern void LCD_Chr_Cp(unsigned char c); extern void LCD_Cmd(unsigned char cmd); extern void LCD_GotoXY(unsigned char x, unsigned char y); // 使用命令的設定區 extern unsigned char LCD_CURSOR_ON; extern unsigned char LCD_CURSOR_OFF; void init_UART(unsigned int baudrate) { SCON=0x52; TMOD=0x20; TH1=256-((11059200/384)/baudrate); TL1=TH1; TR1=1; } void Delay_ms(unsigned int count) //延遲count*1ms副程式 { TL0=(8192-1000)%32; TH0=(8192-1000)/32; TR0=1; while(count) { while(TF0==0); TL0=(8192-1000)%32; TH0=(8192-1000)/32; TF0=0; count--; } TR0=0; } void UART_int(void) interrupt 4 //串列中斷函式 { if(RI==1) //是不為接收中斷? { RI=0; //完成後清除RI buf=SBUF; //將接到的資料給buf LCD_Chr(1,1, buf+0x30); //將接收到的資料送往顯示 } else TI=0; //如果是傳送中斷，則清除TI，下次才方再傳送 } void main(void) { unsigned int i; init_UART(9600); //設定串列傳輸模式-9600bps ES=1; //開啟串列中斷 EA=1; //開啟總中斷 TMOD=0x00; // 設定 T0 為 mode0 LCD_Init(); // LCD 初始化 LCD_Cmd(LCD_CURSOR_ON); // 將游標打開 LCD_Chr(1,7,'8'); // LCD 在(1,7)位置顯示8 LCD_Chr_Cp('0'); // LCD 在(1,8)位置顯示0 LCD_Out_Cp("51"); // LCD 在(1,9)位置顯示51 Delay_ms(2000); LCD_Cmd(LCD_CURSOR_OFF); // 將游標關閉 LCD_Out(2,3,"LCD Display"); // LCD 在(2,3)位置顯示LCD Display Delay_ms(2000); while(1) { for(i=0;i<10;i++) { SBUF=SendBuf[i]; //傳送0-9 Delay_ms(2000); } } }

執行結果：

程式執行結果，有許多亂碼產生，我們將程式中第66行的程式註解後，動作就正常。