《嵌入式人工智能技术应用》课件 3.1-使用串口实现风扇与气氛灯控制实验

项目三利用串口实现边缘硬件控制嵌入式人工智能技术应用项目引导案例串口是串行通信接口的简称，串行通信作为计算机通信方式之一，主要起到主机与外设以及主机之间的数据传输作用。随着计算机网络化和微机分级分布式应用系统的发展，通信的功能越来越重要，串行通信具有传输线少、传播速度快、信号完整性、成本低的特点，因此串行通信接口是计算机系统当中的常用接口。思考一下,大家见过哪些边缘硬件？项目引导案例使用串口实现风扇与气氛灯控制实验任务一职业能力目标01任务描述与要求02任务分析与计划03知识储备04任务实施05任务检查与评价06任务小结07任务拓展08任务一使用串口实现风扇与气氛灯控制实验了解串口工作原理；了解风扇工作原理；掌握使用串口控制风扇和氛围灯的方法。能使用Serial方法实例化串口对象；能使用flushInput/flushOutput方法清除串口输入/输出缓存；能使用fromhex方法将命令转换为HEX格式；能使用write方法写入命令；能使用read方法读取串口返回结果；能使用串口控制风扇上；能使用串口控制氛围灯。职业能力目标01知识目标技能目标职业能力目标01任务描述与要求02任务分析与计划03知识储备04任务实施05任务检查与评价06任务小结07任务拓展08任务一使用串口实现风扇与气氛灯控制实验

本实验将实现通过调用serial模块打开风扇并控制风速以及打开氛围灯。任务描述任务要求利用串口控制风扇的开/关；利用串口控制风扇速度；利用串口控制风扇的氛围灯。任务描述与要求02职业能力目标01任务描述与要求02任务分析与计划03知识储备04任务实施05任务检查与评价06任务小结07任务拓展08任务一使用串口实现风扇与气氛灯控制实验任务分析实现串口控制风扇可能会涉及到哪些步骤？根据自己的了解说说风扇转动原理？任务分析与计划03任务计划表项目名称利用串口实现边缘硬件控制任务名称使用串口实现风扇与气氛灯控制实验计划方式自主设计计划要求请用7个计划步骤来完整描述出如何完成本次任务序号任务计划1

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7通过上面的思考，你是否对本任务要完成的工作有所了解？让我们一起来制订完成本次任务的实施计划吧！任务分析与计划03职业能力目标01任务描述与要求02任务分析与计划03知识储备04任务实施05任务检查与评价06任务小结07任务拓展08任务一使用串口实现风扇与气氛灯控制实验串口通信协议204知识储备串口1pyserial库433ADAM-4150串口04串行接口简称串口，也称串行通信接口或串行通讯接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的扩展接口。串口04串行接口（SerialInterface）是指数据一位一位地顺序传送。其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用电话线作为传输线），从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。04串口同步串行接口（英文：SynchronousSerialInterface，SSI）是一种常用的工业用通信接口。异步串行是指UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter），通用异步接收/发送。串口的接口划分标准04串口串行接口按电气标准及协议来分包括RS-232-C、RS-422、RS485等。RS-232-C、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。串口的接口划分标准04串口（1）RS-232也称标准串口，最常用的一种串行通讯接口。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。传统的RS-232-C接口标准有22根线，采用标准25芯D型插头座（DB25），后来使用简化为9芯D型插座（DB9），现在应用中25芯插头座已很少采用。串口的接口划分标准04串口（2）RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。典型的RS-422是四线接口。实际上还有一根信号地线，共5根线。其DB9连接器引脚定义。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个主设备（Master），其余为从设备（Slave），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。串口的接口划分标准04串口（3）RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信，而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。串口的接口划分标准串口通信协议204知识储备串口1pyserial库433ADAM-4150串口通信协议04串口通信指串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比特字节（byte）的串行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。串口通信协议04串口通信协议是基于串口使得通信双方能够相互沟通信息的一种约定，其定义了双方遵循的协议数据帧格式和其传输方式。串口通信协议04如上图所示，串口时序由起始位、数据位、校验位、停止位组成。起始位：占用1Bit，低电平有效数据位：可以是5bit、6Bit、7Bit、8Bit，其中最常用是8Bit校验位：奇校验、偶校验、无校验，占用1bit，无校验位时不占用。偶校验（evenparity）：校验原则是，数据位和校验位中1的个数为偶数奇校验（oddparity）：校验原则是，数据位和校验位中1的个数为奇数无校验：即时序图中没有校验位停止位：占用1Bit、1.5Bit、2Bit，高电平有效串口通信时序串口通信协议204知识储备串口1pyserial库433ADAM-4150ADAM-415004ADAM-4100系列是通用传感器到计算机的便携式接口模块，专为恶劣环境下的可靠操作而设计。该系列产品具有内置的微处理器,坚固的工业级ABS塑料外壳,可以独立提供智能信号调理、模拟量I/O、数字量I/O和LED数据显示，此外地址模式采用了人性化设计，可以方便地读取模块地址。ADAM-4150047通道输入及8通道输出宽温运行高抗噪性：1kV浪涌保护电压输入，3KVEFT及8KVESD保护宽电源输入范围：+10~+48VDC易于监测状态的LED指示灯数字滤波器功能DI通道可以用1kHz计数器过流/短路保护DO通道支持脉冲输出功能串口通信协议204知识储备串口1pyserial库433ADAM-4150pyserial库04该模块封装了对串行端口的访问。它提供了在Windows，OSX，Linux，BSD（可能是任何POSIX兼容系统）和IronPython上运行的Python的后端。名为“串行”的模块会自动选择适当的后端。pyserial库04在Windows的cmd命令中输入‘pipinstallpyserial’，即可安装pyserial。或者在conda运行:‘condainstall-cconda-forgepyserial’适用于linux,mac和windows系统.安装pyserial库04访问端口配置，完全采用python代码的形式；支持不同的数据位，停止位，奇偶校验位，RTS/CTS，玩过串口调试助手的都懂；数据包接收结束标志可以采用Timeout方式，或者不采用；支持read或者writeAPI方法；所有代码都是python代码，百分百货真价实；适配IO库。特性职业能力目标01任务描述与要求02任务分析与计划03知识储备04任务实施05任务检查与评价06任务小结07任务拓展08任务一使用串口实现风扇与气氛灯控制实验05任务实施打开风扇串口2导入依赖包1给风扇上电3打开风扇4风扇断电6氛围灯开启5关闭串口7导入依赖包05importserialimporttime进行风扇与气氛灯控制实验前，需要导入必要的模块，其中最关键的模块为pyserial。pyserial模块封装了python对串口的访问，为多平台的使用提供了统一的接口。串口通信是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。串口是计算机上一种非常通用的设备通信协议。pyserial模块特性：在支持的平台上有统一的接口；能够访问串口设置；支持不同的字节大小、停止位、校验位和流控设置；可以忽略接收超时；拥有类似文件读写的API，用于读写指令，例如read和write，也支持readline等。在python中pyserial模块即为serial，importserial就能导入。05任务实施打开风扇串口2导入依赖包1给风扇上电3打开风扇4风扇断电6氛围灯开启5关闭串口7打开风扇串口05serial_port='/dev/ttyS0'#将串口位置赋值给serial_portser=serial.Serial(serial_port,baudrate=9600,timeout=0.2)serial.Serial(name,baudrate,timeout,bytesize,writeTimeout,port)参数说明:name：设备串口；baudrate：串口波特率；timeout：读超时时长；bytesize：字节大小；writeTimeout：写超时；port：读或者写端口。ser.flushInput()、ser.flushOutput()：丢弃输入和输出缓存中的所有数据。串口第一次使用或者串口长时间没用，再次使用时，读写串口之前，都需要进行清空缓冲。ser.flushInput()ser.flushOutput()05任务实施打开风扇串口2导入依赖包1给风扇上电3打开风扇4风扇断电6氛围灯开启5关闭串口7给风扇上电05command='01050015FF009DFE'cmd=bytes.fromhex(command)ser.write(cmd)data=ser.read(8)Adam4150数字模块使用RS485接口，采用的通信协议是Modbus。而Modbus协议传输数据使用的是HEX形式的字符。以下是Modbus协议格式：bytes.fromhex(str)：hex字符串和bytes之间转换。使用formhex()函数，对command进行转换，将command转换成HEX形式，再转换成bytes类型。本实验给风扇上电的指令所对应的16进制为01050015FF009DFE。05任务实施打开风扇串口2导入依赖包1给风扇上电3打开风扇4风扇断电6氛围灯开启5关闭串口7打开风扇05#风扇高电平指令输入ser.flushInput()ser.flushOutput()command='01050016FF006DFE'cmd=bytes.fromhex(command)ser.write(cmd)data=ser.read(8)time.sleep(0.3)#风扇低电平指令输入ser.flushInput()ser.flushOutput()command='0105001600002C0E'cmd=bytes.fromhex(command)ser.write(cmd)data=ser.read(8)根据风扇的规格和时序，打开风扇需要输入风扇的高低电平指令的脉冲信号，并且高低电平指令输入时间间隔0.3秒。风扇的高电平指令为：01050016FF006DFE风扇的低电平指令为：0105001600002C0E05任务实施打开风扇串口2导入依赖包1给风扇上电3打开风扇4风扇断电6氛围灯开启5关闭串口7氛围灯开启05#风扇高电平指令输入ser.flushInput()ser.flushOutput()command='01050016FF006DFE'cmd=bytes.fromhex(command)ser.write(cmd)data=ser.read(8)time.sleep(0.5)#风扇低电平指令输入ser.flushInput()ser.flushOutput()command='0105001600002C0E'cmd=bytes.fromhex(command)ser.write(cmd)data=ser.read(8)根据风扇的规格和时序，氛围灯开启需要输入风扇的高低电平指令的脉冲信号，并且高低电平指令输入时间间隔0.5秒。风扇的高电平指令为：01050016FF006DFE风扇的低电平指令为：0105001600002C0E05任务实施打开风扇串口2导入依赖包1给风扇上电3打开风扇4风扇断电6氛围灯开启5关闭串口7风扇断电05#风扇断电ser.flushInput()ser.flushOutput()command='010500150000DC0E'cmd=bytes.fromhex(command)ser.write(cmd)data=ser.read(8)print(data)风扇断电指令为：010500150000DC0E05任务实施打开风扇串口2导入依赖包1给风扇上电3打开风扇4风扇断电6氛围灯开启5关闭串口7关闭串口05#关闭串口ser.close()serial接口下的close()方法表示关闭串口。对象ser可通过调用.close()方法来关闭串口。职业能力目标01任务描述与要求02任务分析与计划03知识储备04任务实施05任务检查与评价06任务小结07任务拓展08任务一使用串口实现风扇与气氛灯控制实验任务检查与评价06序号评价内容评价标准分值得分1知识运用（20%）掌握相关理论知识，理解本次任务要求，制定详细计划，计划条理清晰，逻辑正确（20分）20分

理解相关理论知识，能根据本次任务要求、制定合理计划（15分）了解相关理论知识，有制定计划（10分）无制定计划（0分）2专业技