Практическое программирование Arduino/CraftDuino — Аналоговый ввод – осциллограф


0. Начало
1. Цифровой ввод — кнопка
2. Аналоговый вывод — Fading
3. Аналоговый ввод – потенциометр

Насколько мы помним, у Arduino есть такая замечательная функция — analogRead(), которая считывает значение с указанного аналогового порта.
А это значит мы можем получить простенький осциллограф 🙂

4. Аналоговый ввод – осциллограф

Для этого будем считывать данные с аналогового порта Arduino/Freeduino и записывать их в последовательный (COM) порт. А уже из последовательно порта их будет принимать наша программа и строить график сигнала 🙂

Итак, скетч для Arduino/Freeduino будет совсем простой:

//
// Oscilloscope
//

#define ANALOGA_IN 0

void setup() 
{
  Serial.begin(38400); // указываем скорость работы с COM-портом
}

void loop() 
{
  int val;
  val = analogRead(ANALOGA_IN); // считываем данные 
  Serial.println( val);         // записываем данные в порт
}

Подключившись к порту мы увидим что-то вроде:

403
401
384
361
346
341
341
358
376
386

Осталось только написать программу для превращения данных из последовательного порта в красивый график 🙂

На основе программы построения графиков функций
Graph.pyw (http://purepython.narod.ru/tkinter.html)
я набросал программу для отображения данных из COM-порта.

Graph-serial.py

Для работы потребуется Python и библиотека:
pySerial – собственно сама библиотека для работы с COM-портом (для её работы под Windows требуется pyWin32)

собственно работа с COM-портом из данной библиотеки крайне проста:

#
# для работы с COM-портом нужна библиотека
# pySerial, кроме того, под винду понадобится еще pyWin32
#
import serial
SERIAL_PORT = 'COM1'
SERIAL_SPEED = 38400

ser = serial.Serial(SERIAL_PORT, SERIAL_SPEED)

while 1:
            #s = ser.read()            # считывается один байт
            s = ser.readline().strip() # считывается строка и убираются символы “\r\n”
            print s                    # печатаем на экран

Весь остальной код нужен для работы с графикой Tkinter и отображения линий графика с помощью

create_line(x1,y1,x2,y2,….,xn,yn)

Однако, у меня пока не получилось заставить работать программу в системе real-time –
поэтому бесконечный цикл заменил на конечный

for i in range(0,200):

В итоге, получается, что при нажатии на кнопку «Serial» скрипт считывает 200 значений с COM-порта и строит по ним график:

Другие примеры осциллографов на ардуине:

для проекта Carduino

И самый интересный
шестиканальный Arduinoscope на processing 🙂
http://code.google.com/p/arduinoscope/wiki/Usage

Processing является простым скриптовым языком для создания визуализаций с помощью платформы Java Virtual Mashine.
Processing использовался для создания некоторых реклам Nike, клипов Radiohead & R.E.M., инсталляций в музеях, а также входит в учебные курсы некоторых вузов США.
http://processing.org
http://processing.org/download/processing-1.0.5.zip — версия IDE для Windows

Код скетча для Arduino:

//
// Oscilloscope
// http://accrochages.drone.ws/en/node/90
//

#define ANALOGA_IN 0
#define ANALOGB_IN 1
#define ANALOGC_IN 2
#define ANALOGD_IN 3
#define ANALOGE_IN 4
#define ANALOGF_IN 5

int counter = 0;

void setup() 
{
  Serial.begin(38400);
}

void loop() 
{
  int val[5];

  val[0] = analogRead(ANALOGA_IN);
  val[1] = analogRead(ANALOGB_IN);
  val[2] = analogRead(ANALOGC_IN);
  val[3] = analogRead(ANALOGD_IN);
  val[4] = analogRead(ANALOGE_IN);
  val[5] = analogRead(ANALOGF_IN);


  Serial.print( "A" );
  Serial.print( val[0] );

  Serial.print( "B" );
  Serial.print( val[1] );
  Serial.print( "C" );
  Serial.print( val[2] );
  Serial.print( "D" );
  Serial.print( val[3] );
  Serial.print( "E" );
  Serial.print( val[4] );
  Serial.print( "F" );
  Serial.print( val[5] );
}

Как видно, сигнал считывается со всех шести аналоговых входов Arduino и сопровождаясь буквенными обозначениями передаётся в последовательный порт.

Подключившись к порту увидим следующее:

A129B131C132D133E134F131A129B131C133D133E134F131A132B134C136D137E138F133

Скетч для Processing-а (как видите IDE – почти такая же :):

Здесь так же используется функция setup(), а вот вместо loop() используется функция draw()

Сам скетч отличается от авторского только явным указанием последовательного порта:

port = new Serial(this,"COM1", 38400); // Serial.list()[0]
import processing.serial.*;

Serial port; // Create object from Serial class
int valA;
int valB;
int valC;
int valD;
int valE;
int valF;
// this should have been some kind of 2-diminsional array, I guess, but it works.
int[] valuesA;
int[] valuesB;
int[] valuesC;
int[] valuesD;
int[] valuesE;
int[] valuesF;

PFont fontA;
PFont fontB;

void setup()
{

// make sure you have these fonts made for Processing. Use Tools...Create Font.
// "fontA" is a 48 pt font of some sort. It's what we use to show the "now" value.
  fontA = loadFont("CourierNewPSMT-48.vlw");

// "fontB" is a 14 pt font of some sort. It's what we use to show the min and max values.
  fontB = loadFont("CourierNewPSMT-14.vlw");

// I wouldn't change the size if I were you. There are some functions that don't use
// the actual sizes to figure out where to put things. Sorry about that.
  size(550, 600);

// Open the port that the board is connected to and use the same speed
// anything faster than 38.4k seems faster than the ADC on the Arduino can keep up with.
// So, if you want it to be smooth, keep it at or below 38400. 28800 doesn't work at all,
// I do not know why. If you turn on smooth() you need to drop the rate to 19.2k or lower.
// You will probably have to adjust Serial.list()[1] to get your serial port.
  port = new Serial(this,"COM1", 38400); // Serial.list()[0]

// These are 6 arrays for the 6 analog input channels.
// I'm sure it could have just as well been a 2d array, but I'm not that familiar
// with Processing yet and this was the easy way out.
  valuesA = new int[width-150];
  valuesB = new int[width-150];
  valuesC = new int[width-150];
  valuesD = new int[width-150];
  valuesE = new int[width-150];
  valuesF = new int[width-150];
// the -150 gives us room on the side for our text values.

// this turns on anti-aliasing. max bps is about 19.2k.
// uncomment out the next line to turn it on. Personally, I think it's better left off.
//smooth();
}

int getY(int val) 
{
  // I added -40 to this line to keep the lines from overlapping, to
  // keep the values within their gray boxes.
  return (int)(val / 1023.0f * (height-40)) - 1;
}

void draw()
{
  String decoder = "";
  while (port.available() >= 3)
  {
    // read serial until we get to an "A".
    decoder = port.readStringUntil(65);
  }
// sanity check. make sure the string we got from the Arduino has all the values inside.
if ((decoder.indexOf("B")>=1) & (decoder.indexOf("C")>=1) &
(decoder.indexOf("D")>=1) & (decoder.indexOf("E")>=1) &
(decoder.indexOf("F")>=1))
{
  // decoder string doesn't contain an A at the beginning. it's at the end.
  valA=int(decoder.substring(0,decoder.indexOf("B")));
  //println("A" + str(valA));
  valB=int(decoder.substring(decoder.indexOf("B")+1,decoder.indexOf("C")));
  //println("B" + str(valB));
  valC=int(decoder.substring(decoder.indexOf("C")+1,decoder.indexOf("D")));
  //println("C" + str(valC));
  valD=int(decoder.substring(decoder.indexOf("D")+1,decoder.indexOf("E")));
  //println("D" + str(valD));
  valE=int(decoder.substring(decoder.indexOf("E")+1,decoder.indexOf("F")));
  //println("E" + str(valE));
  valF=int(decoder.substring(decoder.indexOf("F")+1,decoder.indexOf("A")));
  //println("F" + str(valF));
  }

  //shift the new values into the array, move everything else over by one
  for (int i=0; i

Запустив это приложение увидим красивую картинку 🙂

Собственно – остаётся:

- научиться определять уровень напряжения сигнала
уровень напряжения можно получить из простой формулы
5V/1024 значений = 0,004883 В/значение (4,883 мВ).

- и определять частоту сигнала 🙂

NB
Если посмотреть код скетча - увидим, что Arduino работает с COM-портом на скорости 38400 бод (бит/сек http://ru.wikipedia.org/wiki/Бод)
для передачи байта по протоколу RS-232 используется 10 бит (стартовый бит, 8 бит данных, бит чётности (не используется), стоповый бит)
38400/10 = 3840 байт/сек
т.к. на один отсчёт идёт 3 байта (4-5) получаем
3840/3 = 1280 (960-768) отсчётов в секунду

читать далее: 5. Генерация звука – пьезоизлучатель

По теме
Processing и Arduino
Arduino, термины, начало работы
КМБ для начинающих ардуинщиков
Состав стартера (точка входа для начинающих ардуинщиков)


9 комментариев на «“Практическое программирование Arduino/CraftDuino — Аналоговый ввод – осциллограф”»

  1. Установил Processing 1.2, загрузил программу, но появляются ошибки на эту строчку:
    port = new Serial(this,’COM1′, 38400); // Serial.list()[0]

    пишет: Badly formated character constant

    Что бы это значило?

    Прежде, чем двигаться дальше, хочу понять как это работает.

    • в коде скетча была опечатка (одинарные кавычки), а правильно двойные:

      port = new Serial(this,"COM1", 38400);
  2. Эту проблему решил (вместо одинарных кавычек нужно писать двойные). Проблема другого плана: загружаю скетч в Ардуино и запускаю программу на Питоне. Значение порта считывается. При этом Ардуино больше не может посылать в этот порт какие-либо значения, так как порт занят программой на Питоне.
    Может какая фишка есть на Питоне чтобы не занимать порт, а только слушать его?

  3. Ещё вопрос. Запустил программу на Процессинге 1.2. Значения для графика очень долго читаются. В чем причина? (В моём компе, характерной заторможенностью или чем-то ещё)

  4. Прикольно. Оказывается сигнал на порте № 0 (к примеру) влияет на все остальные 5 портов — согласно графикам, полученным программой.

    • наводки=\
      если оч мешает и нужно только как показометр(форму наблюдать а не точные измерения проводить) можно повесить резисторы по 1к на землю.
      Должно помочь=)

  5. называть это «осциллографом» как-то язык не поворачивается. У реальных осциллографов частота семплирования обычно порядка гигасемпл/сек. А это так, рисовалка.

Добавить комментарий

Arduino

Что такое Arduino?
Зачем мне Arduino?
Начало работы с Arduino
Для начинающих ардуинщиков
Радиодетали (точка входа для начинающих ардуинщиков)
Первые шаги с Arduino

Разделы

  1. Преимуществ нет, за исключением читабельности: тип bool обычно имеет размер 1 байт, как и uint8_t. Думаю, компилятор в обоих случаях…

  2. Добрый день! Я недавно начал изучать программирование под STM32 и ваши уроки просто бесценны! Хотел узнать зачем использовать переменную типа…

3D-печать AI Android Arduino Bluetooth CraftDuino DIY IDE iRobot Kinect OpenCV Open Source Python Raspberry Pi RoboCraft ROS swarm ИК автоматизация андроид балансировать бионика версия видео военный датчик дрон интерфейс камера кибервесна манипулятор машинное обучение наше нейронная сеть подводный пылесос работа распознавание робот робототехника светодиод сервомашинка собака телеприсутствие управление ходить шаг за шагом шаговый двигатель шилд юмор

OpenCV
Робототехника
Будущее за бионическими роботами?
Нейронная сеть - введение