《嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用》課件 3.3-使用串口實(shí)現(xiàn)模擬量信號采集實(shí)驗(yàn)

項(xiàng)目三利用串口實(shí)現(xiàn)邊緣硬件控制嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用使用串口實(shí)現(xiàn)模擬量信號采集實(shí)驗(yàn)任務(wù)三職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計(jì)劃03知識儲備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)檢查與評價(jià)06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)三使用串口實(shí)現(xiàn)模擬量信號采集實(shí)驗(yàn)了解光照度變送器工作原理；了解數(shù)字量和模擬量的區(qū)別；掌握使用串口控制光照度變送器的方法。能使用hex方法將HEX對象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為16進(jìn)制；能使用int方法將16進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為10進(jìn)制數(shù)據(jù)；能使用if方法判斷字符串?dāng)?shù)據(jù)是否為指定字符串；能使用串口控制光照度變送器采集光照度。職業(yè)能力目標(biāo)01知識目標(biāo)技能目標(biāo)職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計(jì)劃03知識儲備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)檢查與評價(jià)06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)三使用串口實(shí)現(xiàn)模擬量信號采集實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)將實(shí)現(xiàn)通過調(diào)用serial模塊控制光照度變送器采集光照度并打印。任務(wù)描述任務(wù)要求使用hex方法將HEX對象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為16進(jìn)制；使用int方法將16進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為10進(jìn)制數(shù)據(jù)；使用if方法判斷字符串?dāng)?shù)據(jù)是否為指定字符串；使用串口控制光照度變送器采集光照度。任務(wù)描述與要求02職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計(jì)劃03知識儲備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)檢查與評價(jià)06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)三使用串口實(shí)現(xiàn)模擬量信號采集實(shí)驗(yàn)任務(wù)分析實(shí)現(xiàn)串口控制光照度變送器可能會涉及到哪些步驟？根據(jù)自己的了解說說光照度變送器原理？任務(wù)分析與計(jì)劃03任務(wù)計(jì)劃表項(xiàng)目名稱利用串口實(shí)現(xiàn)邊緣硬件控制任務(wù)名稱使用串口實(shí)現(xiàn)模擬量信號采集實(shí)驗(yàn)計(jì)劃方式自主設(shè)計(jì)計(jì)劃要求請用5個(gè)計(jì)劃步驟來完整描述出如何完成本次任務(wù)序號任務(wù)計(jì)劃1

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通過上面的思考，你是否對本任務(wù)要完成的工作有所了解？讓我們一起來制訂完成本次任務(wù)的實(shí)施計(jì)劃吧！任務(wù)分析與計(jì)劃03職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計(jì)劃03知識儲備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)檢查與評價(jià)06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)三使用串口實(shí)現(xiàn)模擬量信號采集實(shí)驗(yàn)204知識儲備1433串口和其他接口光照度變送器數(shù)字量和模擬量Modbus通信協(xié)議光照度傳感器04光照度變送器是將光照度大小轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器，輸出數(shù)值計(jì)量單位為Lux。光照度變送器在多個(gè)行業(yè)中都有一定的應(yīng)用，如智能家居、農(nóng)業(yè)大棚、街道路燈以及自動化氣象站等，用于環(huán)境光照強(qiáng)度監(jiān)測。光照度傳感器04使用標(biāo)準(zhǔn)：光照度，可簡稱照度，其計(jì)量單位的名稱為“勒克斯”，簡稱“勒”，單位符號為“Lux”。1Lux為1個(gè)燭光在1米距離的光亮度。夜晚室內(nèi)燈光：100-200Lux晴天室內(nèi)燈光：1000-5000Lux北方室外正午：60000-120000Lux南方室外正午：80000-200000Lux夜里明亮月光下：0.3～0.03Lux夜里沒有月光下：0.003～0.0007Lux04光照度傳感器

光照度傳感器利用對弱光性有較高反應(yīng)的探測部件，在內(nèi)部繞線熱電堆，在表面涂上高吸收率的黑色涂層，熱接點(diǎn)在感應(yīng)面上，冷結(jié)點(diǎn)位于機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生溫差電勢；在線性范圍內(nèi)，輸出信號與太陽輻射度成正比，透過濾光片的可見光照射到進(jìn)口光敏二極管并轉(zhuǎn)換成電信號，電信號會進(jìn)入傳感器的處理器系統(tǒng)，從而輸出需要得到的二進(jìn)制信號。光照度傳感器工作原理光照度傳感器041、用于檢測室外天黑、天亮通過放在陽臺等位置檢測室外的天黑。光照度傳感器在智能家居中的應(yīng)用光照度傳感器041、用于檢測室外天黑、天亮可實(shí)現(xiàn)的智能場景舉例如下：天黑自動開關(guān)房間燈的系列智能場景；光照低于某個(gè)數(shù)值自動開啟天黑有人進(jìn)門自動開燈場景；光照高于某個(gè)數(shù)值自動關(guān)閉天黑有人進(jìn)門自動開燈場景；室外天黑且客廳進(jìn)入影院模式則自動關(guān)客廳窗簾；室外天黑且進(jìn)入睡眠模式則自動關(guān)臥室窗簾；室外天亮且進(jìn)入早上起床模式則自動播報(bào)今天天氣；大白天的時(shí)段室外光照值很低，說明要下大暴雨，手機(jī)短信提醒或者小愛音箱語音播報(bào)提醒注意關(guān)窗收衣物。光照度傳感器在智能家居中的應(yīng)用光照度傳感器042、用于檢測房間的明、暗

有些房間，就算是白天也比較暗，需要開燈的，光照傳感器可以完美實(shí)現(xiàn)白天也自動開燈。光照度傳感器在智能家居中的應(yīng)用光照度傳感器042、用于檢測房間的明、暗

可實(shí)現(xiàn)的智能場景舉例如下：室外亮度足夠而室內(nèi)亮度不夠，則小愛音箱詢問是否需要打開窗簾或者是開燈；天黑從外邊回到家，檢測到客廳亮度足夠（說明燈已經(jīng)開了，家里有人），則不再執(zhí)行天黑進(jìn)門自動開燈的智能。光照度傳感器在智能家居中的應(yīng)用204知識儲備1433231串口和其他接口光照度變送器數(shù)字量和模擬量Modbus通信協(xié)議串口和其他接口04串行端口（Serialport），或稱串列埠、序列埠、串口，主要用于串列式逐位元數(shù)據(jù)傳輸。常見的為一般電腦接口。串口串口和其他接口041載波檢測(CD)2接受數(shù)據(jù)(RXD)3發(fā)出數(shù)據(jù)(TXD)4數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好(DTR)5信號地線(SG)6數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好(DSR)7請求發(fā)送(RTS)8清除發(fā)送(CTS)9振鈴指示(RI)RS-232D型9針連接器串口和其他接口04工業(yè)電腦應(yīng)用的半雙工RS-485與全雙工RS-422。RS-232DB25針連接器(即RS-422)串口和其他接口04SATA的全稱是SerialAdvancedTechnologyAttachment。SATA總線使用嵌入式時(shí)鐘信號，具備了更強(qiáng)的糾錯能力，與以往相比其最大的區(qū)別在于能對傳輸指令（不僅僅是數(shù)據(jù)）進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯誤會自動矯正，這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。SATA接口串口和其他接口04UniversalSerialBus（通用串行總線)簡稱USB，是如今電腦上應(yīng)用較廣泛的接口規(guī)范。USB接口是電腦主板上的一種四針接口，其中中間兩個(gè)針傳輸數(shù)據(jù)，兩邊兩個(gè)針給外設(shè)供電。USB接口串口和其他接口204知識儲備光照度變送器1數(shù)字量和模擬量4Modbus通信協(xié)議333131131Modbus通信協(xié)議04Modbus是一種串行通信協(xié)議，是Modicon公司（現(xiàn)在的施耐德電氣SchneiderElectric）于1979年為使用可編程邏輯控制器（PLC）通信而發(fā)表。Modbus已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)（Defacto），并且現(xiàn)在是工業(yè)電子設(shè)備之間常用的連接方式。Modbus通信協(xié)議041)ModBus為Schneider開發(fā)的一種通信協(xié)議，目前已經(jīng)成為工業(yè)上的通訊標(biāo)準(zhǔn)；2)多工業(yè)設(shè)備,包括PLC,DCS,變頻器、智能儀表等都在應(yīng)用；3)Modbus支持多種電氣氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無線；4)Modbus協(xié)議完全免費(fèi);幀格式簡單、緊湊。特點(diǎn)204知識儲備1441311311131133串口和其他接口光照度變送器數(shù)字量和模擬量Modbus通信協(xié)議數(shù)字量和模擬量04在時(shí)間上和數(shù)量上都是離散的物理量稱為數(shù)字量。把表示數(shù)字量的信號叫數(shù)字信號。把工作在數(shù)字信號下的電子電路叫數(shù)字電路。數(shù)字量由多個(gè)開關(guān)量組成。如三個(gè)開關(guān)量可以組成表示八個(gè)狀態(tài)的數(shù)字量。數(shù)字量數(shù)字量和模擬量04在時(shí)間上或數(shù)值上都是連續(xù)的物理量稱為模擬量。把表示模擬量的信號叫模擬信號。把工作在模擬信號下的電子電路叫模擬電路。模擬量是連續(xù)的量，數(shù)字量是不連續(xù)的。反映的是電量測量數(shù)值（如電流、電壓）。模擬量數(shù)字量和模擬量04（1）性質(zhì)不同模擬量：在時(shí)間上或數(shù)值上都是連續(xù)的物理量稱為模擬量。數(shù)字量：在時(shí)間上和數(shù)量上都是離散的物理量稱為數(shù)字量。（2）值不同模擬量：模擬量的值是連續(xù)變化的量，不會出現(xiàn)跳躍。數(shù)字量：數(shù)字量只有0和1兩種值，要么從0變到1，要么從1變到0。（3）電子電路不同模擬量：把工作在模擬信號下的電子電路叫模擬電路。數(shù)字量：把工作在數(shù)字信號下的電子電路叫數(shù)字電路。區(qū)別職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計(jì)劃03知識儲備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)檢查與評價(jià)06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)三使用串口實(shí)現(xiàn)模擬量信號采集實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入依賴包05importserialimporttime進(jìn)行模擬量信號光照度采集實(shí)驗(yàn)前，需要導(dǎo)入必要的模塊，其中最關(guān)鍵的模塊為pyserial。pyserial模塊封裝了python對串口的訪問，為多平臺的使用提供了統(tǒng)一的接口。串口通信是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間，通過數(shù)據(jù)信號線、地線、控制線等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠(yuǎn)距離通信中可以節(jié)約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸?shù)?。串口是?jì)算機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通信協(xié)議。pyserial模塊特性：在支持的平臺上有統(tǒng)一的接口；能夠訪問串口設(shè)置；支持不同的字節(jié)大小、停止位、校驗(yàn)位和流控設(shè)置；可以忽略接收超時(shí)；擁有類似文件讀寫的API，用于讀寫指令，例如read和write，也支持readline等。在python中pyserial模塊即為serial，importserial就能導(dǎo)入。05任務(wù)實(shí)施打開光照度變送器2導(dǎo)入必要的包和模塊1獲取當(dāng)前光照值345獲取光照度有效值關(guān)閉串口打開人體傳感器05ser=serial.Serial("/dev/ttyS0",baudrate=9600,timeout=0.5)print(ser.isOpen())print()print(ser.baudrate)print(ser.timeout)ser.close()serial.Serial(name,baudrate,timeout,bytesize,writeTimeout,port)參數(shù)說明:name:設(shè)備串口；baudrate:串口波特率；timeout:讀超時(shí)時(shí)長；bytesize:字節(jié)大??；writeTimeout:寫超時(shí)；port:讀或者寫端口。05任務(wù)實(shí)施打開光照度變送器2導(dǎo)入必要的包和模塊1獲取當(dāng)前光照值345獲取光照度有效值關(guān)閉串口打開光照度變送器05ser=serial.Serial("/dev/ttyS0",baudrate=9600,timeout=0.5)serial.Serial(name,baudrate,timeout,bytesize,writeTimeout,port)參數(shù)說明:name:設(shè)備串口；baudrate:串口波特率；timeout:讀超時(shí)時(shí)長；bytesize:字節(jié)大小；writeTimeout:寫超時(shí)；port:讀或者寫端口。ser.flushInput()：丟棄接收緩存中的所有數(shù)據(jù)。串口第一次使用或者串口長時(shí)間沒用，再次使用時(shí)，讀寫串口之前，都需要進(jìn)行清空緩沖。ser.flushInput()05任務(wù)實(shí)施打開光照度變送器2導(dǎo)入必要的包和模塊1獲取當(dāng)前光照值3獲取光照度有效值4關(guān)閉串口5獲取當(dāng)前光照值05ser=serial.Serial('/dev/ttyS0',baudrate=9600,timeout=0.5)ser.flushInput()ser.flushOutput()command='0C0300000002C516’cmd=bytes.fromhex(command)ser.write(cmd)data=ser.read(9)data=str(data.hex())Adam4150數(shù)字模塊使用RS485接口，采用的通信協(xié)議是Modbus。而Modbus協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)使用的是HEX形式的字符。本實(shí)驗(yàn)獲取光照值指令所對應(yīng)的16進(jìn)制為0C0300000002C516。若要獲得傳感器DI值，就要將command轉(zhuǎn)換成HEX類型，再轉(zhuǎn)換成bytes類型。通過ser.read()函數(shù)獲取4150返回的數(shù)值保存到data中。在本實(shí)驗(yàn)中，返回的數(shù)值中有效位數(shù)為9位。串口設(shè)備的返回值也是bytes形式。為了方便人們讀懂，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。05任務(wù)實(shí)施打開光照度變送器2導(dǎo)入必要的包和模塊1獲取當(dāng)前光照值3獲取光照度有效值4關(guān)閉串口5獲取光照度有效值05ifdata[0:2]=='0c':beam_var=int('0x'+data[6:14],16)print('beam_var:'+str(beam_var))返回值以0C開頭的值表示所包含的信息就是傳感器有效信息。分割有效信息，獲取光照度有效值，將其轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制，即為光照度的值。故對data字符串進(jìn)行篩選，選出所需要的信息。光照度有效信息位data[6:14]。05任務(wù)實(shí)施打開光照度變送器2導(dǎo)入必要的包和模塊1獲取當(dāng)前光照值3獲取光照度有效值4關(guān)閉串口5關(guān)閉串口05ser.close()為了防止串口被一直占用，在使用結(jié)束后需要關(guān)閉串口。使用ser.close()使串口關(guān)閉。職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計(jì)劃03知識儲備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)檢查與評價(jià)06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)三使用串口實(shí)現(xiàn)模擬量信號采集實(shí)驗(yàn)任務(wù)檢查與評價(jià)06序號評價(jià)內(nèi)容評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值得分1知識運(yùn)用（20%）掌握相關(guān)理論知識，理解本次任務(wù)要求，制定詳細(xì)計(jì)劃，計(jì)劃條理清晰，邏輯正確（20分）20分

理解相關(guān)理論知識，能根據(jù)本次任務(wù)要求、制定合理計(jì)劃（15分）了解相關(guān)理論知識，有制定計(jì)劃（10分）無制定計(jì)劃（0分）2專業(yè)技能（40%）完成打開光照度變送器、獲取當(dāng)前光照值、獲取光照度有效值、關(guān)閉串口。（40分）40分

完成打開光照度變送器、獲取當(dāng)前光照值、獲取光照度有