用 Python 搭配 Firmata 控制 Arduino 腳位：適合快速做簡單 I/O

如果需求只是從 Python 控制 Arduino 的數位輸出，或讀一些簡單的腳位狀態，Firmata 真的很省事。先把 Arduino 內建的 StandardFirmata 燒進去，再用 Python 端的 pyFirmata2 連線，很多原本要自己處理的 Serial 細節都可以先省掉。

這套做法的邊界也要先講清楚。請參考：Arduino 的內建範例文件 與 pyFirmata2 專案頁。Firmata 適合腳位開關、LED、按鈕、磁簧這類簡單 I/O；如果你要接的是 RFID、客製通訊協定，或得在 Arduino 端做比較多即時邏輯，最後通常還是要回到自己寫 Arduino 韌體。本文走的，就是它最適合的那一條路。

什麼時候適合用 Firmata

我這次碰到的需求，是讓樹莓派接上一塊 Arduino UNO，從 Python 端去控制與偵測電路狀態。真正麻煩的地方不在腳位本身，而在「作業系統怎麼和 Arduino 穩定通訊」這件事。

如果我們自己從零開始設計序列埠協定，當然也不是不行，但光是封包格式、同步、例外處理就很容易把時間花掉。Firmata 的價值就在這裡：它先把 Arduino 與電腦之間的通訊協定包好了，讓我們把心力放在應用邏輯，而不是反覆除錯 Serial。

先把 StandardFirmata 燒進 Arduino

pyFirmata2 端假設 Arduino 已經跑著 Firmata 韌體，所以第一步先不是寫 Python，我們要先打開 Arduino IDE，載入內建的 StandardFirmata 範例。

請從 Arduino IDE 上方選單進入：

1File > Examples > Firmata > StandardFirmata

打開之後，不需要先改內容，直接把這份程式燒進 Arduino 就可以了。做到這一步，Arduino 端的準備其實就差不多完成。

安裝 pyFirmata2

接下來回到 Python 端。本文以樹莓派為例，只要你手上有能安裝 pip 套件的 Python 3 環境即可，平台不限於樹莓派。

安裝指令很簡單：

1pip install pyFirmata2

pyFirmata2 的好處是把基本的 pin control、讀值和 callback 都整理得很順，對 Python 端來說，比自己直接啃原始序列埠舒服很多。

找出 Arduino 的序列埠名稱

雖然 pyFirmata2 支援自動偵測序列埠，但在 Linux 或樹莓派上，我還是建議先確認實際裝置名稱，後面排錯會省很多時間。

在還沒接 Arduino 之前，先在終端機執行：

1ls /dev/tty*

這時會列出一大串序列埠裝置。

接著把 Arduino 用 USB 接上樹莓派，再跑一次同樣的指令。通常會多出像 /dev/ttyACM0 這樣的新裝置；那個新出現的名稱，就是你後面要拿來連線的埠。

如果你的環境換成 Windows，就會看到像 COM3、COM4 這類名稱；macOS 常見的則會是 /dev/cu.usbmodem...。原理一樣，找出新出現的那一個就可以。

用 Python 控制 Arduino 腳位

這裡我用一個最單純、也最能驗證流程的例子：讓兩顆 LED 交替閃爍。電路接法如下：

• 兩顆 LED 的正極分別接到 Arduino 的 12、13 腳位
• 每顆 LED 串接一顆 1kΩ 電阻
• 負極回到 GND

這種電路很單純，但剛好能把 Firmata 的基本輸出流程看清楚。

程式也不複雜。把下面內容存成 main.py，再把 PORT 改成你剛才查到的序列埠名稱即可：

 1import time
 2
 3import pyfirmata2
 4
 5PORT = "/dev/ttyACM0"
 6board = pyfirmata2.Arduino(PORT)
 7
 8while True:
 9    board.digital[12].write(0)
10    board.digital[13].write(1)
11    time.sleep(1)
12
13    board.digital[12].write(1)
14    board.digital[13].write(0)
15    time.sleep(1)

這段程式的重點其實只有兩個：

1. pyfirmata2.Arduino(PORT) 會建立 Python 與 Arduino 之間的連線。
2. board.digital[x].write() 讓我們直接用 Python 控制指定腳位的高低電位。

如果你想偷懶，也可以改成 pyfirmata2.Arduino(pyfirmata2.Arduino.AUTODETECT) 讓它自動找埠。不過在有多塊板子、或偶爾會接不同 USB 裝置的環境下，我自己還是偏好把埠名寫清楚。

執行程式並確認結果

把檔案存好後，直接在終端機執行：

1python main.py

如果你是用 VS Code，也可以從右上角的執行按鈕直接跑。只要前面 StandardFirmata 已經燒好、序列埠名稱也填對，兩顆 LED 就會開始交替閃爍。

實際效果如下：

做到這一步，其實就已經證明整條通路打通了。後面不管你要把這件事接到 Web API、資料庫、樹莓派上的背景服務，或做成更完整的互動裝置，基本骨架都一樣。

Firmata 不適合處理什麼

這點我想單獨拉出來講，因為很多人一看到「Python 可以直接控 Arduino」就會想一路往上疊功能。Firmata 很方便，但它不是萬用方案。

當需求開始碰到下面這些情境時，就要先停一下：

• 感測器本身有複雜通訊協定，例如 RFID、某些 IMU、特殊序列裝置
• Arduino 端需要自己做大量即時判斷
• 資料交換量很大，或對時序要求特別敏感
• 你已經明確知道要在 Arduino 端寫一套自己的邏輯

遇到這些需求時，讓 Arduino 自己負責裝置邏輯，Python 只收發整理好的資料，通常會比較穩。

總結

Firmata 最適合的場景，是快速把 Python 和 Arduino 接起來，先把簡單 I/O 做穩。如果我們的需求是控制 LED、讀按鈕、接磁簧開關，或把腳位狀態整合進既有的 Python 系統，這條路很省時間。

但只要需求一複雜，尤其是碰到特殊模組或即時控制，Firmata 的邊界就會很快浮出來。本文最後的判斷很簡單：它不是萬能，但在對的範圍內，確實很好用。

作者

Ted Liou

現職 Unity C# 工程師，主要分享 Unity、C# 與 Vibe Coding 相關技術教學。

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