Python 3 控制 Arduino UNO - 串口通信点亮内置 LED 入门教程

元器件清单

项目简介

网上大量 Python 控制 Arduino 教程基于 Python 2，语法与 Python 3 不兼容（如 `print` 语句、串口写入字节格式）。本项目专为 Python 3.7+ 编写，演示最基础的“Hello World”：通过串口发送指令控制 Arduino 内置 LED (D13) 亮灭，建立跨语言通信基础。

环境准备

1. 安装 Python 3.7+（勾选 Add to PATH）
2. 安装串口库：pip install pyserial
3. 安装 Arduino IDE

Arduino 端代码

int cmd = 0;

void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);  // D13 内置 LED
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    cmd = Serial.read();  // 读取单字节指令
  }
  if (cmd == '1') {
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);  // 点亮
  } else if (cmd == '0') {
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);   // 熄灭
  }
}

关键点：`Serial.read()` 返回 ASCII 码值，'1'=49, '0'=48。直接与字符常量比较最直观。

Python 3 端代码

import serial
import time

# 修改 COM 端口号 (Windows: COMx, Linux/Mac: /dev/ttyUSBx 或 /dev/ttyACMx)
arduino = serial.Serial(port='COM1', baudrate=9600, timeout=1)
time.sleep(2)  # 等待 Arduino 复位稳定

print("输入 1 点亮 LED，输入 0 熄灭 LED，Ctrl+C 退出")

try:
    while True:
        user_input = input().strip()
        if user_input == '1':
            arduino.write(b'1')  # Python 3 必须发送 bytes 类型
            print("LED 已点亮")
        elif user_input == '0':
            arduino.write(b'0')
            print("LED 已熄灭")
        else:
            print("无效输入，请输入 1 或 0")
except KeyboardInterrupt:
    print("\n程序已退出")
    arduino.close()

Python 3 关键差异：

• `input()` 替代 `raw_input()`
• `serial.write()` 必须传入 bytes 对象 (如 b'1')，不能直接传字符串
• `print` 是函数，需加括号

运行步骤

1. 先上传 Arduino 代码
2. 打开串口监视器确认波特率 9600，然后关闭监视器（释放端口）
3. 运行 Python 脚本：python3 led_control.py
4. 在终端输入 1/0 控制 LED

常见问题

• Permission denied (Linux/Mac)：`sudo usermod -a -G dialout $USER` 后重登录
• 端口被占用：关闭 Arduino IDE 串口监视器/绘图器
• 乱码/无响应：核对波特率、端口号、接线

扩展方向

• 发送多字节指令控制多路 PWM/舵机/电机
• Arduino 回传传感器数据，Python 绘图/记录/分析 (Matplotlib/Pandas)
• 结合 Tkinter/PyQt 做 GUI 控制面板
• 用 Flask/FastAPI 暴露 HTTP API，实现 Web/手机远程控制

原理图

仅需 Arduino UNO + USB 线，无额外电路。