树莓派技术入门应用树莓派 + MCC 118 实现数据采集.docx

1、树莓派技术入门应用树莓派 + MCC 118 实现数据采集树莓派 + MCC 118 实现数据采集最近从树莓派实验室拿到一块 MCC 118 DAQ 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，

2、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（Raspberry Pi）一块MCC 118 DAQ HAT一块光线传感器模块（带模拟输出）一个RGB LED 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 MCC 118 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）。sudo apt-get updatesudo apt-get install gitcd git clone cd /daqhatssudo ./install

3、.shpip install dash dash-renderer dash-html-components dash-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 MCC 118 DAQ 就派上用场了。MCC 118 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

4、感器：GND MCC 118：GND光线传感器：AO MCC 118：CH1RGBLED模块：GND 树莓派：GNDRGBLED模块：R 树莓派：BCM 17RGBLED模块：G 树莓派：BCM 27RGBLED模块：B 树莓派：BCM 22三、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

5、感器的AO输出的电压范围，用 MCC 118 SDK 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05V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05V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

6、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

7、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 MCC 118 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/env python# -*- coding: utf-8 -*-from _future_ import print_functionfrom time import sleepfrom sys import stdoutfrom daqhats_utils import select_hat_device, enum_mask_to_stringfrom daqhats import mc

8、c118, OptionFlags, HatIDs, HatError# RGBLEDimport RPi.GPIO# ConstantsCURSOR_BACK_2 = x1b2DERASE_TO_END_OF_LINE = x1b0K# RGBLEDR,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 = R

9、Pi.GPIO.PWM(G, 70)pwmB = RPi.GPIO.PWM(B, 70) pwmR.start(0)pwmG.start(0)pwmB.start(0)def main(): This function is executed automatically when the module is run directly. options = OptionFlags.DEFAULT low_chan = 0 high_chan = 3 mcc_118_num_channels = mcc118.info().NUM_AI_CHANNELS sample_interval = 0.5

10、 # Seconds light_index = 0 try: # Get an instance of the selected hat device object. address = select_hat_device(HatIDs.MCC_118) hat = mcc118(address) print(nMCC 118 single data value read example) print( Options:, enum_mask_to_string(OptionFlags, options) try: input(nPress Enter to continue) except

11、 (NameError, SyntaxError): pass print(nAcquiring data . Press Ctrl-C to abort) try: while True: # Read a single value from each selected channel. 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(li

12、ght_index), end=) stdout.flush() # Wait the specified interval between reads. sleep(sample_interval) except KeyboardInterrupt: # Clear the C from the display. print(CURSOR_BACK_2, ERASE_TO_END_OF_LINE, n) except (HatError, ValueError) as error: print(n, error) pwmR.stop() pwmG.stop() pwmB.stop() RPi

13、.GPIO.cleanup()def led_display(index): #print(index) pwmR.ChangeDutyCycle(index) pwmG.ChangeDutyCycle(index) pwmB.ChangeDutyCycle(100)if _name_ = _main_: # This will only be run when the module is called directly. 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：python light.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

14、到鱼缸（效果图）。五、延伸应用做这个实验的过程中在想如果 MCC 118 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 MCC 118 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/env python# -*- coding: utf-8 -*-from _future_ import print_functionfrom time import sleepfrom sy

15、s import stdoutfrom daqhats_utils import select_hat_device, enum_mask_to_stringfrom daqhats import mcc118, OptionFlags, HatIDs, HatErrorfrom sakshat import SAKSHATimport time# RGBLEDimport RPi.GPIO#Declare the SAKS BoardSAKS = SAKSHAT()# ConstantsCURSOR_BACK_2 = x1b2DERASE_TO_END_OF_LINE = x1b0K# RG

16、BLEDR,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)def main(): This function is executed

17、automatically when the module is run directly. 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: # Get an instance of the selected hat device object. address = select_hat_device(HatIDs.MC

18、C_118) hat = mcc118(address) print(nMCC 118 single data value read example) print( Options:, enum_mask_to_string(OptionFlags, options) try: input(nPress Enter to continue) except (NameError, SyntaxError): pass print(nAcquiring data . Press Ctrl-C to abort) SAKS.buzzer.off() try: while True: # Read a

19、 single value from each selected channel. 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() # Wait the specified interval between reads. sleep(sample_interval) exc

20、ept KeyboardInterrupt: # Clear the C from the display. print(CURSOR_BACK_2, ERASE_TO_END_OF_LINE, n) except (HatError, ValueError) as error: print(n, error) pwmR.stop() pwmG.stop() pwmB.stop() RPi.GPIO.cleanup()def led_display(index): #print(index) pwmR.ChangeDutyCycle(index) pwmG.ChangeDutyCycle(in

21、dex) pwmB.ChangeDutyCycle(100) SAKS.digital_display.show(#%d % int(index) if index 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_: # This will only be run when the module is called directly. 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。MCC 118 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