树莓派 + MCC 118 实现数据采集

2019-4-10 05:52| 发布者: admin| 查看: 1437| 评论: 0

摘要: 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 ...

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，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 https://github.com/mccdaq/daqhats.gitcd ~/daqhatssudo ./install.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
光线传感器：GND — MCC 118：GND
光线传感器：AO — MCC 118：CH1
RGBLED模块：GND — 树莓派：GND
RGBLED模块：R — 树莓派：BCM 17
RGBLED模块：G — 树莓派：BCM 27
RGBLED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 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 mcc118, OptionFlags, HatIDs, HatError# RGBLEDimport RPi.GPIO# ConstantsCURSOR_BACK_2 = '\x1b[2D'ERASE_TO_END_OF_LINE = '\x1b[0K'# 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 = 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 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.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 (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(light_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.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。
完整代码点击文末阅读原文查看

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~

文中链接可点击文末阅读原文查看

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