树莓派技术入门应用树莓派 + MCC 118 实现数据采集.docx
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树莓派技术入门应用树莓派+MCC118实现数据采集
树莓派+MCC118实现数据采集
最近从树莓派实验室拿到一块MCC118DAQ扩展板的试用，这是我第一次接触专业的DAQ采集卡，怀着对数据采集的好奇开始摸索。
首先了解到这个板卡可以同时支持8路数据采集，但我这里暂时只需要用到其中1路来实现一个环境光线的采集。
我会使用一个安放在室外、具有模拟输出功能的光线传感器模块，采集其模拟电信号，并线性转换成一个光照的亮度指数。
在室内的一个鱼缸里，我安装了一个LED氛围灯，并尝试用采集到的室外光照亮度指数来设置这个LED氛围灯的亮度。
最终实现室内鱼缸的光照度和室外自然光照度实时同步，我的爱鱼也能实时感受到室外的天气变化了~
材料清单
树莓派（RaspberryPi）一块
MCC118DAQHAT 一块
光线传感器模块（带模拟输出）一个
RGBLED模块一个（共阴或共阳，本例使用共阴）
面包板一块
杜邦线若干
瑞士军刀扩展板一块（可选）
一、安装环境
树莓派建议安装官方的Raspbian系统，不需要特别的配置。
直接开始部署MCC118配套的SDK和范例试试数据采集卡的工作情况，步骤如下（这里直接参考了这篇教程）。
sudoapt-getupdate
sudoapt-getinstallgit
cd~
gitclone
cd~/daqhats
sudo./install.sh
pipinstalldashdash-rendererdash-html-componentsdash-core-components
二、接线
先看光线传感器模块。
为什么用带模拟输出（AO）的光线传感器呢？
是因为这款传感器如果只有数字输出（DO）的话，其输出的数据只能是高电平或低电平，只能反映光线是否达到某个设定的值，而无法反映出光线的强弱。
但树莓派本身并没有ADC，无法直接读取模拟电信号（信号的强弱和光线强弱相关）。
这时MCC118DAQ就派上用场了。
MCC118的排座设计将GPIO全部引出了，很方便外接其他传感器。
引脚连接表
光线传感器：
VCC—树莓派：
5V
光线传感器：
GND—MCC118：
GND
光线传感器：
AO—MCC118：
CH1
RGBLED模块：
GND—树莓派：
GND
RGBLED模块：
R—树莓派：
BCM17
RGBLED模块：
G—树莓派：
BCM27
RGBLED模块：
B—树莓派：
BCM22
三、测量采集和数值换算
启动Web波形图程序：
cd~/daqhats/examples/python/mcc118/web_server
./web_server.py
接下来就可以在浏览器中打开http:
//:
8080访问了。
将其中的替换成树莓派的IP地址或主机名。
要想停止Web服务，可以回到命令行界面按下Ctrl+C中止。
首先试试看这个传感器的AO输出的电压范围，用MCC118SDK中自带的web_server范例可以非常方便的检测到。
这是一个类似示波器的应用，启动之后在浏览器打开，选择通道1后启动数据采集，通过开关灯可以看到电压的实时变化。
通过完全遮住光线传感器的光敏电阻，看到AO输出电压最大升至5V；用手机自带闪光灯照射在光敏电阻上，看到AO输出电压最小降到0V。
看来0~5V就是这个传感器的模拟电信号输出范围（图表显示的电压伏特数是精确到小数点后6位的）。
为了简化后面的程序，我把0~5V的电压范围通过简单的公式换算到100~0的范围内，而树莓派的PWM支持的参数范围也是0~100，这样刚好可以用树莓派的PWM来设置LED的亮度。
#从通道1读取模拟电信号（电压）
value=hat.a_in_read（1,options）
#光照亮度指数换算
light_index=100-round（value*1000/50）
#根据光照亮度指数，通过PWM来设置LED的光照强度和颜色
#红色光
pwmR.ChangeDutyCycle（light_index）
#绿色光
pwmG.ChangeDutyCycle（light_index）
#蓝色光
pwmB.ChangeDutyCycle（100）
其效果是白天光线最强时鱼缸灯光达到最强的白色光，到晚间，灯光中的红色和绿色光源逐渐减弱至0，则呈现出夜晚的蓝色光氛围。
四、代码和运行
完整代码如下，这个代码是在MCC118范例single_value_read基础上修改而来的（范例做得清晰易懂很方便修改）。
#!
/usr/bin/envpython
#-*-coding:
utf-8-*-
from__future__importprint_function
fromtimeimportsleep
fromsysimportstdout
fromdaqhats_utilsimportselect_hat_device,enum_mask_to_string
fromdaqhatsimportmcc118,OptionFlags,HatIDs,HatError
#RGBLED
importRPi.GPIO
#Constants
CURSOR_BACK_2='\x1b[2D'
ERASE_TO_END_OF_LINE='\x1b[0K'
#RGBLED
R,G,B=17,27,22
RPi.GPIO.setmode（RPi.GPIO.BCM）
RPi.GPIO.setup（R,RPi.GPIO.OUT）
RPi.GPIO.setup（G,RPi.GPIO.OUT）
RPi.GPIO.setup（B,RPi.GPIO.OUT）
pwmR=RPi.GPIO.PWM（R,70）
pwmG=RPi.GPIO.PWM（G,70）
pwmB=RPi.GPIO.PWM（B,70）
pwmR.start（0）
pwmG.start（0）
pwmB.start（0）
defmain（）:
"""
Thisfunctionisexecutedautomaticallywhenthemoduleisrundirectly.
"""
options=OptionFlags.DEFAULT
low_chan=0
high_chan=3
mcc_118_num_channels=mcc118.info（）.NUM_AI_CHANNELS
sample_interval=0.5#Seconds
light_index=0
try:
#Getaninstanceoftheselectedhatdeviceobject.
address=select_hat_device（HatIDs.MCC_118）
hat=mcc118（address）
print（'\nMCC118singledatavaluereadexample'）
print（'Options:
',enum_mask_to_string（OptionFlags,options））
try:
input（"\nPress'Enter'tocontinue"）
except（NameError,SyntaxError）:
pass
print（'\nAcquiringdata...PressCtrl-Ctoabort'）
try:
whileTrue:
#Readasinglevaluefromeachselectedchannel.
value=hat.a_in_read（1,options）
light_index=100-round（value*1000/50）
led_display（light_index）
print（'\r{:
12.5}V'.format（value）,'\tIndex:
{:
5.4}'.format（light_index）,end=''）
stdout.flush（）
#Waitthespecifiedintervalbetweenreads.
sleep（sample_interval）
exceptKeyboardInterrupt:
#Clearthe'^C'fromthedisplay.
print（CURSOR_BACK_2,ERASE_TO_END_OF_LINE,'\n'）
except（HatError,ValueError）aserror:
print（'\n',error）
pwmR.stop（）
pwmG.stop（）
pwmB.stop（）
RPi.GPIO.cleanup（）
defled_display（index）:
#print（index）
pwmR.ChangeDutyCycle（index）
pwmG.ChangeDutyCycle（index）
pwmB.ChangeDutyCycle（100）
if__name__=='__main__':
#Thiswillonlyberunwhenthemoduleiscalleddirectly.
main（）
将程序代码文件light.py上传至树莓派，进入程序所在目录运行：
pythonlight.py
光照强度指数最大时效果如下。
光照强度指数最小时效果如下。
应用到鱼缸（效果图）。
五、延伸应用
做这个实验的过程中在想如果MCC118能自带一款显示屏用来显示采集到的实时数据就好了，后来发现手头有一款集成了数码管的瑞士军刀扩展板，刚好可以插在这个MCC118引出的排针上，如图：
瑞士军刀扩展板也有很方便的SDK，简单的整合了两部分代码，就实现了数码管动态显示光照强度指数，并能控制板载的8个LED实现1-8级亮度的小夜灯。
完整代码如下：
#!
/usr/bin/envpython
#-*-coding:
utf-8-*-
from__future__importprint_function
fromtimeimportsleep
fromsysimportstdout
fromdaqhats_utilsimportselect_hat_device,enum_mask_to_string
fromdaqhatsimportmcc118,OptionFlags,HatIDs,HatError
fromsakshatimportSAKSHAT
importtime
#RGBLED
importRPi.GPIO
#DeclaretheSAKSBoard
SAKS=SAKSHAT（）
#Constants
CURSOR_BACK_2='\x1b[2D'
ERASE_TO_END_OF_LINE='\x1b[0K'
#RGBLED
R,G,B=17,27,22
RPi.GPIO.setmode（RPi.GPIO.BCM）
RPi.GPIO.setup（R,RPi.GPIO.OUT）
RPi.GPIO.setup（G,RPi.GPIO.OUT）
RPi.GPIO.setup（B,RPi.GPIO.OUT）
pwmR=RPi.GPIO.PWM（R,70）
pwmG=RPi.GPIO.PWM（G,70）
pwmB=RPi.GPIO.PWM（B,70）
pwmR.start（0）
pwmG.start（0）
pwmB.start（0）
defmain（）:
"""
Thisfunctionisexecutedautomaticallywhenthemoduleisrundirectly.
"""
options=OptionFlags.DEFAULT
low_chan=0
high_chan=3
mcc_118_num_channels=mcc118.info（）.NUM_AI_CHANNELS
sample_interval=0.5#Seconds
light_index=0
try:
#Getaninstanceoftheselectedhatdeviceobject.
address=select_hat_device（HatIDs.MCC_118）
hat=mcc118（address）
print（'\nMCC118singledatavaluereadexample'）
print（'Options:
',enum_mask_to_string（OptionFlags,options））
try:
input（"\nPress'Enter'tocontinue"）
except（NameError,SyntaxError）:
pass
print（'\nAcquiringdata...PressCtrl-Ctoabort'）
SAKS.buzzer.off（）
try:
whileTrue:
#Readasinglevaluefromeachselectedchannel.
value=hat.a_in_read（1,options）
light_index=100-round（value*1000/50）
led_display（light_index）
print（'\r{:
12.5}V'.format（value）,'\tIndex:
{:
5.4}'.format（light_index）,end=''）
stdout.flush（）
#Waitthespecifiedintervalbetweenreads.
sleep（sample_interval）
exceptKeyboardInterrupt:
#Clearthe'^C'fromthedisplay.
print（CURSOR_BACK_2,ERASE_TO_END_OF_LINE,'\n'）
except（HatError,ValueError）aserror:
print（'\n',error）
pwmR.stop（）
pwmG.stop（）
pwmB.stop（）
RPi.GPIO.cleanup（）
defled_display（index）:
#print（index）
pwmR.ChangeDutyCycle（index）
pwmG.ChangeDutyCycle（index）
pwmB.ChangeDutyCycle（100）
SAKS.digital_display.show（（"##%d"%int（index）））
ifindex<50:
SAKS.ledrow.set_row（[True,True,True,True,True,True,True,True]）
else:
SAKS.ledrow.set_row（[False,False,False,False,False,False,False,False]）
if__name__=='__main__':
#Thiswillonlyberunwhenthemoduleiscalleddirectly.
main（）
六、小结
看起来在专业领域才会接触到的数据采集，实际上也可以应用在日常的DIY实验之中。
MCC118这块数据采集卡配以完善的程序库和范例，是树莓派平台上很容易上手的数据采集方案。
在它的帮助下，我的爱鱼也能实时感受到室外的天气变化了~
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