Java与Arduino

简介

Arduino是一款基于开源硬件（软件）的单板微控制器，适用于各种创意工程和项目。而Java是一种跨平台的面向对象编程语言，具有高效、安全、稳定等优点。将Java与Arduino进行结合，可以实现更多有趣的应用，比如智能家居、智能车、远程控制等等。

Java与Arduino通信

Java与Arduino之间通信，需要借助串口（serial port）。Arduino内置一些串口，比如Serial、Serial1、Serial2、Serial3等等。在Java中，可以通过串口通信库RXTX来实现与Arduino的通信。

以下是Java代码实现与Arduino进行通信的基本步骤：

import gnu.io.SerialPort;
import gnu.io.SerialPortEvent;
import gnu.io.SerialPortEventListener;
import gnu.io.CommPortIdentifier;
import gnu.io.NoSuchPortException;
import gnu.io.PortInUseException;
import gnu.io.UnsupportedCommOperationException;

import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.IOException;
import java.util.Enumeration;

public class SerialCommunication {
    private static SerialPort serialPort;

    public static void main(String[] args) {
        Enumeration portList = CommPortIdentifier.getPortIdentifiers();

        while (portList.hasMoreElements()) {
            CommPortIdentifier portId = (CommPortIdentifier) portList.nextElement();
            if (portId.getPortType() == CommPortIdentifier.PORT_SERIAL) {
                if (portId.getName().equals("/dev/ttyACM0")) { //根据Arduino的连接端口来选择对应的端口名称
                    try {
                        serialPort = (SerialPort) portId.open("SerialCommunication", 2000);
                        serialPort.setSerialPortParams(9600, SerialPort.DATABITS_8, SerialPort.STOPBITS_1, SerialPort.PARITY_NONE);

                        InputStream inputStream = serialPort.getInputStream();
                        OutputStream outputStream = serialPort.getOutputStream();

                        serialPort.addEventListener(new SerialPortEventListener() {
                            @Override
                            public void serialEvent(SerialPortEvent serialPortEvent) {
                                if (serialPortEvent.getEventType() == SerialPortEvent.DATA_AVAILABLE) {
                                    try {
                                        int data = inputStream.read(); //读取Arduino传来的数据
                                        //处理接收到的数据
                                    } catch (IOException e) {
                                        e.printStackTrace();
                                    }
                                }
                            }
                        });
                        serialPort.notifyOnDataAvailable(true);

                        //向Arduino发送数据的示例
                        byte[] sendData = "Hello, Arduino!".getBytes();
                        outputStream.write(sendData); //向串口输出流写入数据
                    } catch (PortInUseException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } catch (UnsupportedCommOperationException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } finally {
                        if (serialPort != null) {
                            serialPort.close();
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
}

Arduino与Java通信

Arduino与Java之间通信，同样需要借助串口（serial port）。Arduino IDE内置了Serial库，其中包含了Serial.begin()、Serial.print()、Serial.read()等函数，可以帮助Arduino实现串口通信。而在Java中，同样可以通过RXTX串口库来实现与Arduino的通信。

以下是Arduino代码实现与Java进行通信的基本步骤：

void setup() {
  Serial.begin(9600); //初始化串口通信
}

void loop() {
  while (Serial.available()) {
    int data = Serial.read(); //读取Java传来的数据
    //处理接收到的数据
  }

  //向Java发送数据的示例
  String sendData = "Hello, Java!";
  Serial.println(sendData); //向串口输出流写入数据
}

为Java编写Arduino程序

Arduino程序是使用C/C++语言编写的，然而Java程序员往往熟悉的是Java语言。幸运的是，有一些库可以帮助Java程序员编写Arduino程序，比如Firmata和MikroElektronika工具包，它们都支持通过Java控制Arduino的各种传感器和执行器。

以下是使用Firmata库来为Arduino编写Java程序的基本步骤：

1. 引用Firmata库

在Arduino IDE中，选择“工具”->“管理库”，搜索“Firmata”，选择最新版本进行安装。

2. 上传Firmata程序

在Arduino IDE中，选择“文件”->“示例”->“Firmata”->“StandardFirmata”，将该程序上传到Arduino板子中。

3. 编写Java程序

在Java中，可以使用Firmata4J库来与上传了Firmata程序的Arduino进行通信。

以下是通过Java程序控制Arduino点亮LED的示例代码：

import java.util.concurrent.ExecutionException;

import io.silverspoon.firmata.Firmata;
import io.silverspoon.firmata.MidiMessageFactory;
import io.silverspoon.firmata.ProtocolVersion;
import io.silverspoon.firmata.StepperMotor;
import io.silverspoon.firmata.Wire;

public class FirmataTest {
    private static Firmata firmata;
    private static MidiMessageFactory midiMessageFactory;

    public static void main(String[] args) {
        firmata = new Firmata("/dev/ttyACM0", 115200); //根据Arduino的连接端口来选择对应的端口名称
        firmata.start();
        try {
            firmata.ensureInitializationIsDone(); //等待初始化完成才能进行控制
        } catch (ExecutionException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        midiMessageFactory = firmata.getMidiMessageFactory();

        //点亮LED
        firmata.sendDigital(13, true);

        firmata.stop();
    }
}

参考链接

• Arduino官网
• Java官网
• RXTX串口库
• Firmata4J库