《嵌入式人工智能技术应用》课件 3.3-使用串口实现模拟量信号采集实验

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使用串口实现模拟量信号采集实验任务三职业能力目标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任务三使用串口实现模拟量信号采集实验了解光照度变送器工作原理；了解数字量和模拟量的区别；掌握使用串口控制光照度变送器的方法。能使用hex方法将HEX对象数据转为16进制；能使用int方法将16进制数据转为10进制数据；能使用if方法判断字符串数据是否为指定字符串；能使用串口控制光照度变送器采集光照度。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任务三使用串口实现模拟量信号采集实验

本实验将实现通过调用serial模块控制光照度变送器采集光照度并打印。任务描述任务要求使用hex方法将HEX对象数据转为16进制；使用int方法将16进制数据转为10进制数据；使用if方法判断字符串数据是否为指定字符串；使用串口控制光照度变送器采集光照度。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任务三使用串口实现模拟量信号采集实验任务分析实现串口控制光照度变送器可能会涉及到哪些步骤？根据自己的了解说说光照度变送器原理？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模拟量信号采集实验计划方式自主设计计划要求请用5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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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任务三使用串口实现模拟量信号采集实验204知识储备1433串口和其他接口光照度变送器数字量和模拟量Modbus通信协议光照度传感器04光照度变送器是将光照度大小转换成电信号的一种传感器，输出数值计量单位为Lux。光照度变送器在多个行业中都有一定的应用，如智能家居、农业大棚、街道路灯以及自动化气象站等，用于环境光照强度监测。光照度传感器04使用标准：光照度，可简称照度，其计量单位的名称为“勒克斯”，简称“勒”，单位符号为“Lux”。1Lux为1个烛光在1米距离的光亮度。夜晚室内灯光：100-200Lux晴天室内灯光：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夜里没有月光下：0.003～0.0007Lux04光照度传感器

光照度传感器利用对弱光性有较高反应的探测部件，在内部绕线热电堆，在表面涂上高吸收率的黑色涂层，热接点在感应面上，冷结点位于机体内产生温差电势；在线性范围内，输出信号与太阳辐射度成正比，透过滤光片的可见光照射到进口光敏二极管并转换成电信号，电信号会进入传感器的处理器系统，从而输出需要得到的二进制信号。光照度传感器工作原理光照度传感器041、用于检测室外天黑、天亮通过放在阳台等位置检测室外的天黑。光照度传感器在智能家居中的应用光照度传感器041、用于检测室外天黑、天亮可实现的智能场景举例如下：天黑自动开关房间灯的系列智能场景；光照低于某个数值自动开启天黑有人进门自动开灯场景；光照高于某个数值自动关闭天黑有人进门自动开灯场景；室外天黑且客厅进入影院模式则自动关客厅窗帘；室外天黑且进入睡眠模式则自动关卧室窗帘；室外天亮且进入早上起床模式则自动播报今天天气；大白天的时段室外光照值很低，说明要下大暴雨，手机短信提醒或者小爱音箱语音播报提醒注意关窗收衣物。光照度传感器在智能家居中的应用光照度传感器042、用于检测房间的明、暗

有些房间，就算是白天也比较暗，需要开灯的，光照传感器可以完美实现白天也自动开灯。光照度传感器在智能家居中的应用光照度传感器042、用于检测房间的明、暗

可实现的智能场景举例如下：室外亮度足够而室内亮度不够，则小爱音箱询问是否需要打开窗帘或者是开灯；天黑从外边回到家，检测到客厅亮度足够（说明灯已经开了，家里有人），则不再执行天黑进门自动开灯的智能。光照度传感器在智能家居中的应用204知识储备1433231串口和其他接口光照度变送器数字量和模拟量Modbus通信协议串口和其他接口04串行端口（Serialport），或称串列埠、序列埠、串口，主要用于串列式逐位元数据传输。常见的为一般电脑接口。串口串口和其他接口041载波检测(CD)2接受数据(RXD)3发出数据(TXD)4数据终端准备好(DTR)5信号地线(SG)6数据准备好(DSR)7请求发送(RTS)8清除发送(CTS)9振铃指示(RI)RS-232D型9针连接器串口和其他接口04工业电脑应用的半双工RS-485与全双工RS-422。RS-232DB25针连接器(即RS-422)串口和其他接口04SATA的全称是SerialAdvancedTechnologyAttachment。SATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。SATA接口串口和其他接口04UniversalSerialBus（通用串行总线)简称USB，是如今电脑上应用较广泛的接口规范。USB接口是电脑主板上的一种四针接口，其中中间两个针传输数据，两边两个针给外设供电。USB接口串口和其他接口204知识储备光照度变送器1数字量和模拟量4Modbus通信协议333131131Modbus通信协议04Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司（现在的施耐德电气SchneiderElectric）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准（Defacto），并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。Modbus通信协议041)ModBus为Schneider开发的一种通信协议，目前已经成为工业上的通讯标准；2)多工业设备,包括PLC,DCS,变频器、智能仪表等都在应用；3)Modbus支持多种电气气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线；4)Modbus协议完全免费;帧格式简单、紧凑。特点204知识储备1441311311131133串口和其他接口光照度变送器数字量和模拟量Modbus通信协议数字量和模拟量04在时间上和数量上都是离散的物理量称为数字量。把表示数字量的信号叫数字信号。把工作在数字信号下的电子电路叫数字电路。数字量由多个开关量组成。如三个开关量可以组成表示八个状态的数字量。数字量数字量和模拟量04在时间上或数值上都是连续的物理量称为模拟量。把表示模拟量的信号叫模拟信号。把工作在模拟信号下的电子电路叫模拟电路。模拟量是连续的量，数字量是不连续的。反映的是电量测量数值（如电流、电压）。模拟量数字量和模拟量04（1）性质不同模拟量：在时间上或数值上都是连续的物理量称为模拟量。数字量：在时间上和数量上都是离散的物理量称为数字量。（2）值不同模拟量：模拟量的值是连续变化的量，不会出现跳跃。数字量：数字量只有0和1两种值，要么从0变到1，要么从1变到0。（3）电子电路不同模拟量：把工作在模拟信号下的电子电路叫模拟电路。数字量：把工作在数字信号下的电子电路叫数字电路。区别职业能力目标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任务三使用串口实现模拟量信号采集实验导入依赖包05importserialimporttime进行模拟量信号光照度采集实验前，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任务实施打开光照度变送器2导入必要的包和模块1获取当前光照值345获取光照度有效值关闭串口打开人体传感器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)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。05任务实施打开光照度变送器2导入必要的包和模块1获取当前光照值345获取光照度有效值关闭串口打开光照度变送器05ser=serial.Serial("/dev/ttyS0",baudrate=9600,timeout=0.5)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()：丢弃接收缓存中的所有数据。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()05任务实施打开光照度变送器2导入必要的包和模块1获取当前光照值3获取光照度有效值4关闭串口5获取当前光照值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。本实验获取光照值指令所对应的16进制为0C0300000002C516。若要获得传感器DI值，就要将command转换成HEX类型，再转换成bytes类型。通过ser.read()函数获取4150返回的数值保存到data中。在本实验中，返回的数值中有效位数为9位。串口设备的返回值也是bytes形式。为了方便人们读懂，需要进行转换。05任务实施打开光照度变送器2导入必要的包和模块1获取当前光照值3获取光照度有效值4关闭串口5获取光照度有效值05ifdata[0:2]=='0c':beam_var=int('0x'+data[6:14],16)print('beam_var:'+str(beam_var))返回值以0C开头的值表示所包含的信息就是传感器有效信息。分割有效信息，获取光照度有效值，将其转换成10进制，即为光照度的值。故对data字符串进行筛选，选出所需要的信息。光照度有效信息位data[6:14]。05任务实施打开光照度变送器2导入必要的包和模块1获取当前光照值3获取光照度有效值4关闭串口5关闭串口05ser.close()为了防止串口被一直占用，在使用结束后需要关闭串口。使用ser.close()使串口关闭。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任务三使用串口实现模拟量信号采集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专业技能（40%）完成打开光照度变送器、获取当前光照值、获取光照度有效值、关闭串口。（40分）40分

完成打开光照度变送器、获取当前光照值、获取光照度有