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Arduino不完全入坑指南

3李灏颖约 11 分钟

  • 声明

  • 一、前言

    • Arduino能做什么？

    • Arduino是什么？

    • Arduino和树莓派有什么区别呢？

    • 本文内容是什么？

  • 二、正文

    • I 选择一个开发板

    • II 准备开发环境

    • III 第一个程序，点灯

    • IV 第二个程序，屏幕显示

    • V 做一个控制后台

  • 三、结束语

声明

作为出现在数据部wiki的内容，本文可能算是"不务正业"。

本文旨在记录和分享Arduino开发板快速入门经验，也希望借此机会看是否有同样感兴趣的小伙伴，能一同做些有意思的东西出来。

一、前言

Arduino能做什么？

如果你对近些年一直讨论的物联网话题感兴趣，或是少时对拓麻歌子、掌上游戏机等设备念念不忘，想要发挥自己的创造力、多年的开发经验自行DIY，加上网络连接、设备联动、应用交互等等功能的话，那么Arduino就是个门槛尚可、成本较低的选择（相较树莓派和单片机）。

Arduino是什么？

Arduino是单片机二次开发的产物。以做项目来说，普通单片机只是散件，硬件的设计和软件设计都得你自己来。而Arduino是半成品，只需把相应的模块组合在一起，再写一写程序就能行了。拿做电脑来比喻的话，你拿单片机做项目就像用电子元件先做出来显示器、主板、内存条、显卡、硬盘等，再把它们组装成一台电脑。用Arduino做项目就像直接把别人做好的主板、硬盘、显卡组装成电脑。

以上引自网络上的简介。总之，Arduino能够让你连通、操作硬件，又很大程度上避免了硬件开发工作，只需关心软件部分。

Arduino和树莓派有什么区别呢？

  • Arduino：上手门槛略高一点。开发语言主要为C++，也能通过其他开发环境使用MicroPython、Python，现在很多青少年编程教育、图形化编程软件也都支持了。Arduino开发板体积很小，但依据具体型号会有所差异，成本一般在几十元人民币左右。

  • 树莓派：是一个小型电脑，学习门槛很低，等同于在电脑上开发，也有很多外设直插使用的接口，但相对的价格也会高一些。树莓派体积也很小，但比Arduino略大，近些年的新品价格约在30多美元左右。

PS：题外话时间，树莓派既然能搭载操作系统，自然可以刷很多其他系统上去，你可以把树莓派直接刷成家用游戏机、多媒体中心、智能家居网关等，也很有意思。一些示例，仅供参考：

智能家居网关：https://webthings.io/gateway/

家庭多媒体中心：https://www.moodeaudio.org/

家用游戏机：https://retropie.org.uk/

本文内容是什么？

本文会从一些简单操作开始把基础操作如库加载、示例代码加载、引脚阅读和接线等操作介绍一遍，以便举一反三。内容包括：

  • 搭建开发环境

  • 点亮板载LED灯

  • 连接和操作屏幕

  • 阿里云IoT平台接入

二、正文

I 选择一个开发板

关于开发板的选择，其实有很多种，我这边选择的是搭载ESP32芯片的开发板——FireBeetle 2 ESP32-E IoT(开发板wiki https://wiki.dfrobot.com.cn/_SKU_DFR0654_FireBeetle_Board_ESP32_E)。

如果你选择了其他型号的开发板也完全没有关系，只要按照型号加载对应的驱动和库、映射对应引脚就行，原理上都是一样的。

ESP32是什么，和Arduino有什么关系？

Arduino指的是一个生态，包括了开发板、IDE、社区、驱动库、应用案例等等，目前已经支持了很多的主控芯片

例如mega328p，mega2560，部分stm32系列，esp8266，esp32等等，任何搭载了这些控制芯片的开发板都可以被贴上Arduino开发板的标签。

该开发板引脚定义如图所示，后面会用上

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II 准备开发环境

  1. 下载IDE

    地址：https://www.arduino.cc/en/software

    由于是外网地址，可能会比较慢，也可以在网上搜索Arduino的IDE进行下载安装

  2. IDE中下载开发板对应库

    步骤一：首先到IDE配置中设置开发板的配置信息，在“附加开发板管理网址”栏中，点开并输入如下两个地址：

    http://download.dfrobot.top/FireBeetle/package_DFRobot_index.json

    http://download.dfrobot.top/FireBeetle/package_esp32_index.json

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步骤二：下载开发板对应驱动和基础库

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安装完成后，可以在工具->开发板一栏中找到开发板对应选项并选中

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III 第一个程序，点灯

这一段旨在介绍代码结构以及代码运行流程。

这份wiki里介绍了Arduino下一些基础的程序接口和函数：https://wiki.arduino.cn/

我们可以先了解到，Arduino的程序主要分为两部分，setup和loop，对于引脚的操作，也分为pinMode、digitalWrite和digitalRead三种。

// 示例代码
// 在板子启动或者复位重启后， setup部分的程序只会运行一次void setup(){  // 内置定义了LED灯的引脚，这里将其定义为引脚输出  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);}
// setup部分程序运行完后，loop部分的程序会不断重复运行void loop(){  // 高电平点亮LED灯  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);  // 维持3秒  delay(3000);  // 低电平关灯  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);  // 维持1秒  delay(1000);}

我们也可以从自带的代码实例中找到类似的案例进行运行测试，下载的三方库提供的示例也都会在这里列出来，可以参考。

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无论是用自带案例还是上面的代码，我们准备好后，将开发板通过USB接线插上电脑，然后检查看驱动和端口是否正常

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可以看到端口已经显示出来，那么我们选中它，然后直接编译上传即可。界面左上方有两个按钮，编译检查可以在本地发现代码问题，编译上传则是编译后直接上传写入开发板了，理论上肯定是先检查后再上传更合适，这里偷个懒。

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如果顺利的话，应该可以看到灯光闪烁了，我这里用的不是自带示例而是提供的代码，所以可以看到图片左上角绿灯常量3秒熄灭1秒。

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至此，恭喜你已经成为了一名点灯工程师。

IV 第二个程序，屏幕显示

这一段旨在介绍三方库加载、引脚识别和连接。

这个环节，我们需要使用到屏幕模块，会进行接线、引脚定义、加载和使用三方库等操作。

首先关于屏幕的选择，需要参考开发板型号，以示例这款 FireBeetle 2 ESP32-E IoT 为例，wiki上有介绍一些模块（GDI接线TFT屏幕 https://wiki.dfrobot.com.cn/_SKU_DFR0654_FireBeetle_Board_ESP32_E#target_12），这里选择了240x320 TFT LCD屏幕  （https://wiki.dfrobot.com.cn/_SKU_DFR0664_2.0_240x320_LCD）。与开发板同理，型号只要是开发板支持的都可以按需选择，使用时加载对应库和函数即可，无需一定使用相同型号。

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我们在该屏幕的wiki中可以看到需要使用的库文件，我们先去下载：DFRobot_GDL库V1.0.1（https://github.com/DFRobot/DFRobot_GDL/releases/tag/V1.0.1），得到的ZIP包通过IDE工具加载进去，加载完成后可以看到库中多出了DFRobot_GDL的库。该库的使用手册参见：DFRobot_GDL中文WIKI（https://github.com/DFRobot/DFRobot_GDL/wiki/%E4%B8%AD%E6%96%87-WIKI）

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接下来我们先准备代码，代码目的是在屏幕上显示两行文字，一行显示启动后至今的毫秒数，另一行打印hello world。

// 加载刚才下载的库#include <DFRobot_GDL.h>
// 依据引脚定义设置宏#define TFT_CS   14 // 片选#define TFT_DC   25 // 数据#define TFT_RST 26 // 复位
// 依据屏幕类型,使用库内预定义好的类DFRobot_ST7789_240x320_HW_SPI screen(/*dc=*/TFT_DC,/*cs=*/TFT_CS,/*rst=*/TFT_RST);
// 启动时加载的函数void setup() {  // 设置波特率 取值可以参考串口监视器下的列表  Serial.begin(115200);  // 初始化屏幕  screen.begin();  // 设置字体字号为4 字号范围1-4  screen.setTextSize(2);  // 设置文本颜色  screen.setTextColor(COLOR_RGB565_WHITE);  // 设置文本自动换行模式,true文本自动换行，false不自动换行  screen.setTextWrap(true);}
// 这个是程序加载完成后执行的部分，只要机器开着机就会无限循环void loop() {  // 重置屏幕颜色  screen.fillScreen(COLOR_RGB565_BLACK);  // 设置光标位置  screen.setCursor(/*x=*/10,/*y=*/120);  // 显示运行毫秒数  screen.print((String)millis());  // 设置光标位置  screen.setCursor(/*x=*/10,/*y=*/220);  // 显示文字  screen.print("Hellow World!");
 // 休息1秒  delay(1000);}

代码中除了加载库、使用库函数的问题外，有一个最重要的引脚定义问题需要注意，可以参考开发板关于GDI接口的说明。

我们使用屏幕的时候，主要使用红圈中的这些引脚，这些引脚其实是基于SPI接口的扩充。

其中BLK引脚按需关注即可，VCC、GND、MISO、MOSI、SCLK都是SPI接口用到的，需要我们另外自行定义的引脚是CS片选信号引脚、RES复位引脚和DC数据/指令三个引脚。

可以看到wiki中定义该三个引脚对饮编号为：CS-14/D6、DC-25/D2、RES-26/D3，这里标识该引脚有两种使用方式，一为IO引脚（即前面的纯数字，在某些开发板上会显示IO14、IO25、IO26），二为开发板默认定义的功能引脚编号（D2、D3、D6表示数字信号口2、3和6），从上面开发板的引脚图可知其实都是一一对应的同一个引脚。我们这里使用IO引脚编号，因此代码中的宏定义为

#define TFT_CS 14 // 片选

#define TFT_DC 25 // 数据

#define TFT_RST 26 // 复位

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接下来我们准备连接开发板和屏幕，下面展示了两种连接方式：GDI接口连接、SPI接口连接。

GDI是图形设备接口(Graphics Device Interface)，可以用GDI接线直接。GDI接线囊括的引脚已经包含了所有该屏幕模块需要连接的引脚。

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SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)，从上面的引脚介绍可知，我们除了连接SPI接口，还需要额外连接几个引脚，如图所示：

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编译上传后，可以看到屏幕上成功显示我们想要的文字

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V 做一个控制后台

这一段旨在分享一些现有的工具和网络应用思路。

这个环节我们将用到阿里云免费开放的IoT物联网平台，用它进行设备的连接管理、属性变更和控制。

首先，我们去阿里云上申请免费的公共实例来使用[阿里云物联网平台]（https://www.aliyun.com/product/iot/iot_instc_public_cn?spm=a2c56.193971.J_3996423280.8.666025c8QcfT5k&acm=lb-zebra-603469-8447329.1003.4.8003107&scm=1003.4.lb-zebra-603469-8447329.OTHER_15899166206424_8003107），这一步骤简单点点就OK，不多赘述。进入公共实例后，我们创建自己的产品和设备。

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创建产品时，品类有多种选择，不同品类的属性会有不同，我这里暂时选择了语音助手品类，可以看到有三个属性，这里的Volume属性我们后面用来做测试。

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创建设备后，会为设备分配名称、secret等参数，后面需要用上。这里创建之初，可以看到设备总数是1，激活和在线设备为0。

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创建完成后，我们先准备代码，进行设备连接。我们这次会用到自带的WiFi库、AliyunIoTSDK三方库

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代码中的各项配置可以改成自己的

// 加载刚才下载的库#include <DFRobot_GDL.h>
// 依据引脚定义设置宏#define TFT_CS   14 // 片选#define TFT_DC   25 // 数据#define TFT_RST 26 // 复位
// 依据屏幕类型,使用库内预定义好的类DFRobot_ST7789_240x320_HW_SPI screen(/*dc=*/TFT_DC,/*cs=*/TFT_CS,/*rst=*/TFT_RST);
// wifi#include <WiFi.h>static WiFiClient espClient;const char* ssid     = "你的wifi名称";const char* password = "你的wifi密码";
// 引入阿里云 IoT SDK#include <AliyunIoTSDK.h>
// 设置产品和设备的信息，从阿里云设备信息里查看#define PRODUCT_KEY "你的设备KEY"#define DEVICE_NAME "你的设备名称"#define DEVICE_SECRET "你的设备SECRET"#define REGION_ID "cn-shanghai" // 申请的公共实例所在地域
// 启动时加载的函数void setup() {  // 设置波特率 取值可以参考串口监视器下的列表  Serial.begin(115200);  // 初始化屏幕  screen.begin();  // 重置屏幕颜色  screen.fillScreen(COLOR_RGB565_BLACK);  // 设置字体字号为4 字号范围1-4  screen.setTextSize(2);  // 设置文本颜色  screen.setTextColor(COLOR_RGB565_WHITE);  // 设置文本自动换行模式,true文本自动换行，false不自动换行  screen.setTextWrap(true);
  // 连接wifi  WiFi.begin(ssid, password);  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {    say("Wifi Connecting..."); }  say("Wifi Connected!");
  // 初始化 iot，需传入 wifi 的 client，和设备产品信息  AliyunIoTSDK::begin(espClient, PRODUCT_KEY, DEVICE_NAME, DEVICE_SECRET, REGION_ID);  // 绑定一个设备的Volume属性回调，当远程修改此属性，会触发 powerCallback  AliyunIoTSDK::bindData("Volume", action);  say("Iot Platform Connected!");}
// 这个是程序加载完成后执行的部分，只要机器开着机就会无限循环void loop() {  // 监听阿里云IoT平台消息  AliyunIoTSDK::loop();}
// 在屏幕上输出文字void say(String s) {  // 重置屏幕颜色  screen.fillScreen(COLOR_RGB565_BLACK);  // 设置光标位置  screen.setCursor(/*x=*/10,/*y=*/220);  // 显示文字  screen.print(s); // 显示1秒  delay(1000);}
// 回调函数void action(JsonVariant p) {  // 接收Volume属性改变后的值  int actionId = p["Volume"];  say("received action " + (String)actionId);}

我们前面已经接好线了，所以这里直接编译运行即可

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可以看到设备已经激活

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接下来我们准备配置阿里云的IoT应用后台

进入[IoT应用开发后台]，新建Web应用，可以使用现成的模板，也可以从零创建。这里为了演示就重新创建一个

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然后我们在页面上拖拉拽出来一个组件，对其进行行为设置，点击配置设备时会弹窗让我们去关联产品和设备

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我们去关联上前面设置好的产品和设备

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然后我们去设置一下设备绑定的配置项

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保存后即可使用了

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阿里云的这一套IoT平台免去了我们很多自行开发的枯燥和繁琐工作，至于这个后台能使用到什么程度，就看自由发挥了。

三、结束语

做这一切的开端其实是因为一条资讯：拓麻歌子推出阿尼亚联动机。

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当时第一反应就是很想入手啊（谁能拒绝一只可爱的阿尼亚呢），可是12月才在日本发售……思考了一阵后，点阵图+简单按键互动……要不自己DIY一下试试？

就这样，我开始了挖坑埋自己的操作。

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最后，如果你看到了这里，那么你大概率也是对DIY设备感兴趣的开发者，希望这篇文章能给到你一些助力或启发，帮助你做出一些有意思的创意。

另外，路过的话麻烦顺便把我从坑里拎出来，谢谢。

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