关于python和matlab，python和Arduino通信总结

最近一段时间主要都是在忙于课题收尾阶段，涉及到很多平台验证问题，在这中间必不可少的环节就是解决不同软件硬件之间的通讯问题了。我的课题主要是围绕python来做的，目前涉及到的就是python和matlab，以及python和Arduino之间的问题了。本文主要是为了记录自己在过程中遇到的一些问题，以及解决方法。

1.软件安装问题。

（1）用于安装实时软件的电脑装的是XP系统，只支持python2.7及以下的版本。如果安装python3以上的版本，均无法安装使用。

（2）XP系统只支持Anaconda2，不支持以上的版本，如果安装新的版本，就会报错：fail to create menu一类的ERROR，当时试了很多遍呀，心态血炸，还好最终调过来了呀TT

（3）关于python在cmd窗口进行安装库

现在很多库都是在pip18.1的版本下才能安装的，但是系统自带的又是怕pip8.1.1版本的，所以很多库如果不更新pip的话是无法进行安装使用的。又一个问题来了，如果你用的是anaconda，就会知道anaconda的导航里面是有很多的库直接就能安装的，但是有一个坑就是很多库的版本都相对比较老了。你在这个导航里面是找不到pip的最新版本的。这时候的解决方案就是通过命令窗口对pip进行更新（前提是电脑要联网），

打开cmd串口，输入以下指令，就可以把pip直接升级到最新版本。
更新：python -m pip install --upgrade pip

查看当前函数库版本，cmd窗口输入以下指令：

pip list 
如果更新到制定版本，cmd窗口输入以下指令：

pip install --upgrade <库的名字>==指定版本

如果更新到最新版本，cmd窗口输入以下指令：

pip install --upgrade +<库的名字>

卸载库，cmd窗口输入以下指令：

pip uninstall + <库的名字>

2.安装好了环境才能开始操作呀，接下来就是matlab和python之间的通信。matlab和python之间并没有可以进行直接通讯的接口，所以只有通过别的途径找到一个桥梁来让他们之间建立起通讯。恰好TPC通讯协议就可以满足两者之间通讯的需求。其中也遇到过几个问题：

（1）怎么才能建立连接？

必须要有相同的IP地址和端口号，IP地址怎么获得，可以通过命令窗口获得，但是我是直接通过以下来获取的：


import socket

IP= socket.gethostbyname(socket.gethostname())

端口号我是任意取得，可以正常运行。

（2）建立起TCP通讯，就会有Client端和Sever端，不要把这个搞混淆了。其中Client端是客户端，是发送请求或者说是发送指令的，客户端是接收指令的。

客户端和服务端之间有一个操作顺序的问题，如果是先打开客户端的话，是无法找到连接的。因为服务端才是你数据要去的地方，也可以说是通讯的启动方是Sever端，信息的发起点是Client。

（3）端口被占用的问题

当你运行一次通讯程序后，必须要停掉程序，或者是将Port口关闭，否则在开始新的程序的时候是一定会被占用的。

（4）python和matlab双方的发送和接收的函数

python:


import numpyas np

import socket

IP= socket.gethostbyname(socket.gethostname())# 服务器端可以写"localhost"，可以为空字符串""，可以为本机IP地址

print(IP)

port= 80 # 端口号

Tpc_sever= socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

Tpc_sever.bind((IP, port))#绑定Ip和端口

Tpc_sever.listen(1)

print('listen at port :', port)

conn, addr= Tpc_sever.accept()

print('connected by', addr)

while True:

  data_string= str((conn.recv(100000000)))#接收数据

  data_split= data_string.strip(' ').split(' ')#将一整段的字符串进行分割

  data_filter_None= list(filter(None,data_split))#将空的字符串删去

  data_dig= list(map(lambda x: float(x),data_filter_None))#将字符转换为浮点型

  Info= np.array(data_dig).reshape([1,-1])

# Info = int(data)

  print('recieved message:', Info)

#  data = data.decode

  # data = (conn.recv(1024)).decode() # 解码

  # np.save('data.npy', data)

# Info = data

# if not Info:

#  break

  #下面的语句是用来返回值的，我们这里不需要返回值所以直接注释掉

  # send = input('return:')

  # conn.sendall(send.encode())  # 再编码发送

conn.close()

Tpc_sever.close()

matlab:


data = [oxyHb,deoxyHb,totalHb,switch_signal];
% 构造客户端tcpip对象
tcpipClient = tcpip('192.168.0.153',80,'NetworkRole','Client');%设置对象属性,A端的IP为192.168.123.30
set(tcpipClient,'OutputBufferSize',1000000000000); %设置缓存长度   经过验证一个double类型的数据数据栈据 8个缓存位，这个是设置发送的数据缓存 %并且这个设置的长度必须大于你要发送的数据的长度
set(tcpipClient,'InputBufferSize',1024); %设置缓存长度    这个是设置接收的数据缓存
set(tcpipClient,'Timeout',10); %设置连接时间为1分钟 %打开连接对象
fopen(tcpipClient);
ii=1; 

% a = num2str(signal);
% fwrite(tcpipClient,a);
while(1)
%     while(1)
%         nBytes = get(tcpipClient,'BytesAvailable'); %这里得到的数据是接收到的所有缓存个数，比如说有N 个字符 的数据，那么这个大小就是 N
%         if nBytes > 0
%             break;
%         end
%     end
    Data_Com = num2str(data(ii,:));
    fwrite(tcpipClient,Data_Com);
    nBytes_1(i)=nBytes;
    disp(i) % 接收命令
    receivedInstruction = fread(tcpipClient,nBytes,'int8');
    disp(strcat('received instruction is: ',char(receivedInstruction'))); % 反馈数据
    fwrite(tcpipClient,signal(i),'double'); 
    numSent = get(tcpipClient,'valuesSent');
    disp(strcat('Bytes of instruction is :',num2str(numSent)));
    ii=ii+1;
    pause(0.13)
end % 关闭和删除连接对象
fclose(tcpipClient);
delete(tcpipClient);

3.关于python和Arduino通讯
这个方法看了晚上帖子介绍的方法其实都比较多，但是呀，没办法呀，python2.7真的已经是被抛弃了呀，好多库函数已经都不能用了。所以只能委曲求全，用最原始的串口通讯的方法。
首先，要安装pyserial函数库。直接上代码了我就

import serial
import time
def To_arduino(key_command):
    arduino = serial.Serial('COM5', baudrate=9600,timeout=1)
    print(arduino.portstr)  # check which port was really used
    if (arduino.isOpen()):
        print("打开成功")
    else:
        print("打开失败")
    try:
        
        arduino.write(str(key_command))    #写入命令，因为另一端接收数据的格式是字符串，所以要转换成字符串进行数据传输，虽然Arduino端有直接接收数字的函数，但是我几经测试，还是没成功，暂时放弃了
        rev_data = arduino.readline() #接收Arduino返回数据
        if rev_data == b'':
            continue
        else:
            print(rev_data)
        time.sleep(1)
    except KeyboardInterrupt:
        arduino.close()            #不关掉串口的话，即使你的程序终止，你的串口还是被占用的

if __name__ == '__main__':
    To_arduino(1)

Arduino端：

int Rev;
int Pin_Mark;
int Timekeep;
void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Timekeep = 10;
  pinMode(13,OUTPUT);
  pinMode(2,OUTPUT);
  pinMode(3,OUTPUT);
  pinMode(4,OUTPUT);
  pinMode(5,OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
//  while(Serial.read()>= 0){};
  Serial.setTimeout(1000); //串口超时 1000 毫秒
}

void loop() 
{
  // put your main code here, to run repeatedly:
  
  if (Serial.available()> 0)
  {
   Rev = Serial.read();      #读取串口中数据
   Pin_Mark = int(Rev)+2;    #将字符转化为int型数据
   Serial.write(Pin_Mark);
   digitalWrite(Pin_Mark,HIGH);   #将Pin_Mark引脚置为高电平
   delay(Timekeep);    
   digitalWrite(Pin_Mark,LOW);#将Pin_Mark引脚置为低电平
   }
 }

这里必须要吐槽一下了，可能是很久没有跟硬件打交道了，对这种没有print的结果输出的调试起来感觉很麻烦呀，我压根就不知道你穿过来的是什么信号。想过用串口助手，Arduino也确实是有串口监测器，但是问题来了呀，你如果是打开串口检测器，那你这个端口就是在被占用的状态呀，你是不能在从python数据发送端利用端口进行数据传输了呀，所以说，调试起来果然还是有点麻烦，所以我又把发到Arduino的数据发送给了python进行数据打印。0.0
还有自己的一个误区，以为是必须要Arduino开发板的程序要在发送端的数据发送之前就要打开，而且也要和python的数据发送端同时运行，其实这是极端错误的。因为Arduino开发板只要你把程序烧写进去之后，只要连接端口就会立刻运行，并不需要去再进行额外的操作。只要你数据发送过来，就ok了。

啊啊啊啊啊，目前只能回忆起来这么多了，先写到这里0.0

回来补充一个很重要的关于和Arduino通信的一点就是Arduino的编程中，串口输入与输出都是针对ASCII码值的。比如你想得到一个97的数值，你需要输入字符‘a’，具才能在Serial.read()一段得到97这个数值。具体ASCII码需要查看以下链接：http://ascii.911cha.com/
关于Serial.write函数，理论上Serial.write('a') 与Serial.write(97) 应该相同，然而事实并非如此。实际测试中，发现Serial.write(97) 与Serial.write('97') 相同，可知Serial.write()函数中有代码专门对这种情况进行了处理，将数字隐式地转化成了字符串，使用户不用关心ASCII码，并尽量贴近于其他语言。然而缺点就是与Serial.read()的不统一。为什么不把Serial.read()也封装的通用一点呢？TT研究了好几个小时才研究出来。0.0

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