Raspberry Pi 和 Raspberry Pico 之间的串行连接

Raspberry Pi 和 Raspberry Pico 之间的串行连接

本文作者：Sebastian  来源于medium.com

2021年初，我开始了我的机器人项目。 它的子项目之一是熟悉 Arduino 和 C 编程。 Arduino 在传感器和执行器库方面无可挑剔，在“连接并工作”体验方面无与伦比。 然而，在年中，我决定改用 Raspberry Pico 和 MicroPython 来实现我的机器人。 这种选择的动机是为机器人中间件、SBD 和微控制器使用一种且仅一种编程语言，以及利用 RealSense D435 相机提供的强大的 Python 库进行图像识别。

为此，我需要重新学习运行 MicroPython 的 Raspberry Pico 和运行 Python 的 Raspberry Pi 之间的串行连接的要点。 本文介绍了建立成功连接的基础知识。

这篇文章最初出现在我的博客 admantium.com

硬件连接选项

要从 Pi 连接到 Pico，有三个选项：

• 直接 USB 转 USB
• 直接 Tx/Rx 引脚
• USB-TTL 到 Rx/Rx

由于 Raspberry Pico 还比较年轻，MicroPython 堆栈的技术成熟度会影响这些连接中的哪些可以使用。

当您使用选项 A 或 C 时，您可以跳转到示例。 如果要使用选项 B，则需要按照下一节中描述的步骤启用 Tx/Rx 引脚。

如何在 Raspberry Pi 上启用 Tx/Rx 引脚

在这篇 很棒的文章 ，您需要执行以下操作：

• 通过 Raspi-Config 初始化串口

$> sudo raspi-config  => 3. Interface Option
  => P6. Serial Port
    =>  Would you like a login shell to be accessible over serial?
        Answer with 'No'
    =>  Would you like the serial port hardware to be enabled?
        Answer with 'Yes'

• 禁用 /dev/ttyS0服务

$> sudo systemctl stop serial-getty@ttyS0.service
$> sudo systemctl disable serial-getty@ttyS0.service

• 从引导中删除控制台

$> sudo nano /boot/cmdline.txt
    => Remove or comment out a line that says 'console=serial0,115200'

有趣的是，树莓派仍会通过 Tx/Rx 引脚发送系统消息——这可能是您一直在寻找的特定用例。 这是我关闭 Pi 时的示例输出。

>> [  OK  ] Stopped LSB: automatic crash report generation.
>> [  OK  ] Stopped User Manager for UID 1000.
>> [  OK  ] Stopped Login Service.
>> RPI 4 Model B (0xc03111)

将数据从 Pi 发送到 Pico

在所有示例中，从 Raspberry Pi 向 Pico 发送数据都是相同的代码，只是稍作修改：Pico 连接的端口。

使用这个样板代码：

# sender.py
import time
import serial
ser = serial.Serial(
  port='/dev/ttyS0', # Change this according to connection methods, e.g. /dev/ttyUSB0
  baudrate = 115200,
  parity=serial.PARITY_NONE,
  stopbits=serial.STOPBITS_ONE,
  bytesize=serial.EIGHTBITS,
  timeout=1
)

msg = ""
i = 0

while True:
    i+=1
    print("Counter {} - Hello from Raspberry Pi".format(i))
    ser.write('hello'.encode('utf-8'))
    time.sleep(2)

解释：

• 第 3 行：导入 serial启用串行连接的库
• 第 4 行：创建一个与默认 Pico UART 配置完全相同的串行对象（波特率 115200，字节大小 8 位等）。 这 port部分需要根据连接方式定制 - 详情见下文
• 第 19 行：要发送数据，您首先 encode字符串数据，然后 write它到串行对象

现在让我们检查接收方。

接收数据：USB 转 USB 连接

在撰写本文时，在 Pico 上运行的最新版本的 MicroPython 是 MicroPython v1.16 on 2021-06-18. 此版本没有用于通过 USB 进行串行通信的内置库。

然而，在这个 Pico 论坛线程 中，用户提供了一个纯 MicroPython 实现，它在第二个 Pico CPU 内核上生成一个线程，该线程主动侦听通过 USB 传入的字节。 我在我早期的机器人原型中尝试了这个代码，并且可以使用它通过 Pico 上的 USB 接收命令我的机器人移动的消息。

这是我的工作示例：

# receiver.py / USB => USB
import sys
sys.path.append('/radu')

import os
from bot import Bot
from rusb import USB

from _thread import start_new_thread
from time  import sleep_ms

radu = Bot('Radu MK1')
usb = USB()

input_msg = None
bufferSTDINthread = start_new_thread(usb.bufferSTDIN, ())

while True:
  input_msg = usb.getLineBuffer()
  if input_msg and 'ros_msg' in input_msg:
    obj = eval(input_msg)
    radu.notify(obj)  

sleep_ms(10)

接收数据：Tx/Rx 引脚连接

Tx/Rx 引脚之间的直接连接意味着：

• 接地：Pi PIN 6 到 Pico Pin 3
• 将 Tx 连接到 Rx：Pi PIN 8 (GPIO 14) 到 Pico Pin 1 (GPIO 0)
• 将 Tx 连接到 Rx：Pi PIN 10 (GPIO 15) 到 Pico Pin 2 (GPIO 1)

如上所述，您还需要配置您的 Raspberry Pi 以启用这些引脚。 完成后，使用以下代码：

# receiver.py / Tx/Rx => Tx/Rx
import os
import machine
from time import sleep

uart = machine.UART(0, 115200)
print(uart)

b = None
msg = ""

while True:
    sleep(1)
    if uart.any():
        b = uart.readline()
        print(type(b))
        print(b)
        try:
            msg = b.decode('utf-8')
            print(type(msg))
            print(">> " + msg)
        except:
            pass

在这个程序中：

• 第 6 行：创建一个 uart实例通过访问 Pico 的内部 machine.UART实例。 这与配置发件人代码的值相同。 请注意， MicroPython 文档 还允许您创建不同配置的 UART 实例，例如使用较慢的波特率。
• 第 14 行：条件 uart.any()当 UART 连接上至少有一个字符可用时，返回一个正整数。
• 第 13 行：要读取数据，请使用 read(i)在哪里 i是字符数，或 readline()读取所有字符，直到到达换行符。 使用单个字符更高效、更快，如果您需要交换复杂的信息，使用完整的行更可靠。
• 第 18 行：A try - except块开始于...
• 第 20 行：……接收到的消息被解码然后打印。 如果有任何错误，程序将继续运行而不引发错误。

接收数据：USB-TTL 到 Tx/Rx 引脚连接

首先，你需要一个 USB-TTL 适配器，它至少有两种不同的芯片组：FT232RL 和 CH340g。

资料来源： Amazon.de 、 Amazon.de 。

将适配器插入 Picos USB 端口，然后使用 dmesg查看此设备的配置方式。

326612.390873] usb 1-2: new full-speed USB device number 54 using xhci_hcd
[326612.543888] usb 1-2: New USB device found, idVendor=1a86, idProduct=7523, bcdDevice= 2.64
[326612.543893] usb 1-2: New USB device strings: Mfr=0, Product=2, SerialNumber=0
[326612.543895] usb 1-2: Product: USB Serial
[326612.546221] ch341 1-2:1.0: ch341-uart converter detected
[326612.549000] usb 1-2: ch341-uart converter now attached to ttyUSB0

最后一行说 ttyUSB0，所以发送者代码需要更改如下：

# sender.py / USB-TTL => Tx/Rx
# ...
ser = serial.Serial(
  port='/dev/USB0'
  # ...
)

接收数据的代码与直接 Tx/Rx 连接中的代码相同。

示例输出

现在让我们看看我们的代码在起作用。

执行 sender.py在 Raspberry Pi 上输出以下信息：

>>>
Counter 1 - Hello from Pi4
Counter 2 - Hello from Pi4
Counter 3 - Hello from Pi4
Counter 4 - Hello from Pi4

并运行 receiver.py在 Raspberry Pico 上显示：

%Run -c $EDITOR_CONTENT
(sysname='rp2', nodename='rp2', release='1.16.0', version='v1.16 on 2021-06-18 (GNU 10.2.0 MinSizeRel)', machine='Raspberry Pi Pico with RP2040')
UART(0, baudrate=115200, bits=8, parity=None, stop=1, tx=0, rx=1, txbuf=256, rxbuf=256, timeout=0, timeout_char=1, invert=None)
<class 'bytes'>
b'hello\n'
<class 'str'>
>> hello

结论

本文介绍了使用 (Micro)Python 将 Raspberry Pi 与 Raspberry Pico 连接的三个选项。 第一个选项是 USB 转 USB，需要外部 MicroPython 库来接收数据。 第二种选择是直接从两台机器连接 Rx/Tx。 在对 Pi 进行一些配置后，它可以稳定运行。 第三种选择是使用 USB-FTL 转 Tx/Rx。 无需配置，开箱即用。

考虑到源代码，在 Pi 上是 pyserial库：打开一个与 Pico 具有相同配置（波特率、停止位）的串行连接对象，并发送编码数据 serial.write(). 在 Pico 上，它的建筑 machine.UART访问内置 UART 或可配置的对象。 利用 uart.readline()接收字节，然后 decode()数据。