Pomiar przyspieszenia - część 2 (029; 10.02.2012; arduino)

      Rozwijam temat przedstawianego wcześniej pomiaru przyspieszenia z użyciem taniego czujnika i Arduino. 23 stycznia 2011 przetestowałem możliwość odbierania sygnałów pomiarowych z użyciem języka programowania Python. Na początek filmik prezentujący działanie opisanego układu:

Simple vibration measurements from MyInventions on Vimeo.

Akcelerometr

W opisywanym projekcie zastosowałem akcelerometr LIS3L06AL, który szczegółowo opisałem w tym artykule.

void setup() {
  Serial.begin(115200);
}
void loop() {
  //delay(1); // 1kHz
  delayMicroseconds(500); //2kHz
  Serial.print(analogRead(1)/4, BYTE);
}

Pragnę podkreślić, że pomiary te mają charakter poglądowy i są bardziej zabawą niż rzeczywistymi pomiarami. Osoby zainteresowane pomiarami inżynierskimi zachęcam do nauczenia się programowania mikrokontrolerów w języku C (używanie funkcji delay tak jak tu w przykładzie jest prawdę mówiąc ogromnym błędem, robię tu tak tylko dla uproszczenia, w rzeczywistości powinno się użyć timera sprzętowego, co wymaga od czytelnika dużo większej wiedzy - na temat rejestrów procesora, preskalerów itd). Również budowa układu pomiarowego ma niezwykle istotny wpływ na jakość otrzymanych wyników.

Zapis do pliku

Aby odbierać sygnały z portu szeregowego COM przesłane od Arduino po kablu USB użyłem oprogramowania języka Python wraz z biblioteką do obsługi komunikacji szeregowej. W moim przypadku były to:
- Python w wersji 3.2 (pobierz),
- bibliteka pySerial w wersji 2.5 dla Pythona 3.2 (pobierz).

Poniżej przykładowy prosty kod, który należy zapisać do pliku tekstowego i skrypt ten uruchomić w Pythonie (z konsoli lub skryptem shell/bat). Kod spowoduje przekierowanie danych z portu szeregowego bezpośrednio do pliku tekstowego w ilości tysiąca próbek. Taki sposób zapisu można wykorzystać, aby później dane importować do arkusza kalkulacyjnego.

textFile = open('C:\\data.txt', "w")

import serial
arduino = serial.Serial()
arduino.port = 'COM4'
arduino.baudrate = 115200
arduino.timeout = 2 #sec
print(arduino)
arduino.open()

	byte = arduino.read(1)
	if len(byte) != 0:
		int = ord(byte)
		#print (int)
		s = str(int)+'\n'
		textFile.write(s)

arduino.close()
textFile.close()

Wizualizacja

Aby narysować najprostszy wykres pobranych sygnałów zaproponowałem tu użycie biblioteki pygame (w wersji 1.9.1 dla pythona 3.2; pobierz). Co prawda jest stworzona do dużo bardziej skomplikowanych rzeczy, ale tu pozwoliła prosto stworzyć okno rysunkowe i szybko nanosić nań wykresy. A oto przykładowy kod:

import pygame
import sys
pygame.init()
width = 1000
height = 180
window = pygame.display.set_mode((width, height)) 

import serial
arduino = serial.Serial()
arduino.port = 'COM4'
arduino.baudrate = 115200
arduino.timeout = 2 #sec
print(arduino)
arduino.open()
px = 0
py = 0
x = 0
y = 0

while True:
	byte = arduino.read(1)
	if len(byte) != 0:
		y = ord(byte)
		x += 1
		pygame.draw.line(window, (255, 255, 255), (px, py), (x, y))
		pygame.display.flip() #odświeżenie obrazu
		px = x
		py = y
		if x >= width: #czyszczenie okna
			px = 0
			x = 0
			window.fill((0, 0, 0))

	for event in pygame.event.get(): 
		if event.type == pygame.QUIT: # zamknięcie okna
			sys.exit(0) 
		elif event.type == pygame.KEYDOWN and event.key == pygame.K_ESCAPE: # ESC
			sys.exit(0) 
		#else: 
			#print(event)

W razie niejasności powyższego kodu, odsyłam do obszernej dokumentacji i różnych poradników w internecie. Zaproponowana tu prędkość przesyłu i wyświetlania 2tys. próbek na sekundę była prawie maksymalną, przy jakiej uzyskałem działanie układu bez rosnącego opóźnienia między ruchem czujnika a przebiegiem wykresu (w końcu doszło by do przepełnienia bufora i utraty danych). Dla uzyskania wyższych częstotliwości pomiaru można zmniejszyć wielkość obszaru rysunkowego oraz ograniczyć odświeżanie obrazu.