《嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用》課件 3.1-使用串口實現(xiàn)風扇與氣氛燈控制實驗

項目三利用串口實現(xiàn)邊緣硬件控制嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用項目引導(dǎo)案例串口是串行通信接口的簡稱，串行通信作為計算機通信方式之一，主要起到主機與外設(shè)以及主機之間的數(shù)據(jù)傳輸作用。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)化和微機分級分布式應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，通信的功能越來越重要，串行通信具有傳輸線少、傳播速度快、信號完整性、成本低的特點，因此串行通信接口是計算機系統(tǒng)當中的常用接口。思考一下,大家見過哪些邊緣硬件？項目引導(dǎo)案例使用串口實現(xiàn)風扇與氣氛燈控制實驗任務(wù)一職業(yè)能力目標01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計劃03知識儲備04任務(wù)實施05任務(wù)檢查與評價06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)一使用串口實現(xiàn)風扇與氣氛燈控制實驗了解串口工作原理；了解風扇工作原理；掌握使用串口控制風扇和氛圍燈的方法。能使用Serial方法實例化串口對象；能使用flushInput/flushOutput方法清除串口輸入/輸出緩存；能使用fromhex方法將命令轉(zhuǎn)換為HEX格式；能使用write方法寫入命令；能使用read方法讀取串口返回結(jié)果；能使用串口控制風扇上；能使用串口控制氛圍燈。職業(yè)能力目標01知識目標技能目標職業(yè)能力目標01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計劃03知識儲備04任務(wù)實施05任務(wù)檢查與評價06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)一使用串口實現(xiàn)風扇與氣氛燈控制實驗

本實驗將實現(xiàn)通過調(diào)用serial模塊打開風扇并控制風速以及打開氛圍燈。任務(wù)描述任務(wù)要求利用串口控制風扇的開/關(guān)；利用串口控制風扇速度；利用串口控制風扇的氛圍燈。任務(wù)描述與要求02職業(yè)能力目標01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計劃03知識儲備04任務(wù)實施05任務(wù)檢查與評價06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)一使用串口實現(xiàn)風扇與氣氛燈控制實驗任務(wù)分析實現(xiàn)串口控制風扇可能會涉及到哪些步驟？根據(jù)自己的了解說說風扇轉(zhuǎn)動原理？任務(wù)分析與計劃03任務(wù)計劃表項目名稱利用串口實現(xiàn)邊緣硬件控制任務(wù)名稱使用串口實現(xiàn)風扇與氣氛燈控制實驗計劃方式自主設(shè)計計劃要求請用7個計劃步驟來完整描述出如何完成本次任務(wù)序號任務(wù)計劃1

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7通過上面的思考，你是否對本任務(wù)要完成的工作有所了解？讓我們一起來制訂完成本次任務(wù)的實施計劃吧！任務(wù)分析與計劃03職業(yè)能力目標01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計劃03知識儲備04任務(wù)實施05任務(wù)檢查與評價06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)一使用串口實現(xiàn)風扇與氣氛燈控制實驗串口通信協(xié)議204知識儲備串口1pyserial庫433ADAM-4150串口04串行接口簡稱串口，也稱串行通信接口或串行通訊接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的擴展接口。串口04串行接口（SerialInterface）是指數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送。其特點是通信線路簡單，只要一對傳輸線就可以實現(xiàn)雙向通信（可以直接利用電話線作為傳輸線），從而大大降低了成本，特別適用于遠距離通信，但傳送速度較慢。04串口同步串行接口（英文：SynchronousSerialInterface，SSI）是一種常用的工業(yè)用通信接口。異步串行是指UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter），通用異步接收/發(fā)送。串口的接口劃分標準04串口串行接口按電氣標準及協(xié)議來分包括RS-232-C、RS-422、RS485等。RS-232-C、RS-422與RS-485標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，不涉及接插件、電纜或協(xié)議。串口的接口劃分標準04串口（1）RS-232也稱標準串口，最常用的一種串行通訊接口。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準”。傳統(tǒng)的RS-232-C接口標準有22根線，采用標準25芯D型插頭座（DB25），后來使用簡化為9芯D型插座（DB9），現(xiàn)在應(yīng)用中25芯插頭座已很少采用。串口的接口劃分標準04串口（2）RS-422標準全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。典型的RS-422是四線接口。實際上還有一根信號地線，共5根線。其DB9連接器引腳定義。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器比RS232更強的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點，最多可接10個節(jié)點。即一個主設(shè)備（Master），其余為從設(shè)備（Slave），從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422支持點對多的雙向通信。串口的接口劃分標準04串口（3）RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通信，而采用四線連接時，與RS-422一樣只能實現(xiàn)點對多的通信，即只能有一個主（Master）設(shè)備，其余為從設(shè)備，但它比RS-422有改進，無論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個設(shè)備。串口的接口劃分標準串口通信協(xié)議204知識儲備串口1pyserial庫433ADAM-4150串口通信協(xié)議04串口通信指串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比特字節(jié)（byte）的串行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。串口通信協(xié)議04串口通信協(xié)議是基于串口使得通信雙方能夠相互溝通信息的一種約定，其定義了雙方遵循的協(xié)議數(shù)據(jù)幀格式和其傳輸方式。串口通信協(xié)議04如上圖所示，串口時序由起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位組成。起始位：占用1Bit，低電平有效數(shù)據(jù)位：可以是5bit、6Bit、7Bit、8Bit，其中最常用是8Bit校驗位：奇校驗、偶校驗、無校驗，占用1bit，無校驗位時不占用。偶校驗（evenparity）：校驗原則是，數(shù)據(jù)位和校驗位中1的個數(shù)為偶數(shù)奇校驗（oddparity）：校驗原則是，數(shù)據(jù)位和校驗位中1的個數(shù)為奇數(shù)無校驗：即時序圖中沒有校驗位停止位：占用1Bit、1.5Bit、2Bit，高電平有效串口通信時序串口通信協(xié)議204知識儲備串口1pyserial庫433ADAM-4150ADAM-415004ADAM-4100系列是通用傳感器到計算機的便攜式接口模塊，專為惡劣環(huán)境下的可靠操作而設(shè)計。該系列產(chǎn)品具有內(nèi)置的微處理器,堅固的工業(yè)級ABS塑料外殼,可以獨立提供智能信號調(diào)理、模擬量I/O、數(shù)字量I/O和LED數(shù)據(jù)顯示，此外地址模式采用了人性化設(shè)計，可以方便地讀取模塊地址。ADAM-4150047通道輸入及8通道輸出寬溫運行高抗噪性：1kV浪涌保護電壓輸入，3KVEFT及8KVESD保護寬電源輸入范圍：+10~+48VDC易于監(jiān)測狀態(tài)的LED指示燈數(shù)字濾波器功能DI通道可以用1kHz計數(shù)器過流/短路保護DO通道支持脈沖輸出功能串口通信協(xié)議204知識儲備串口1pyserial庫433ADAM-4150pyserial庫04該模塊封裝了對串行端口的訪問。它提供了在Windows，OSX，Linux，BSD（可能是任何POSIX兼容系統(tǒng)）和IronPython上運行的Python的后端。名為“串行”的模塊會自動選擇適當?shù)暮蠖恕yserial庫04在Windows的cmd命令中輸入‘pipinstallpyserial’，即可安裝pyserial?；蛘咴赾onda運行:‘condainstall-cconda-forgepyserial’適用于linux,mac和windows系統(tǒng).安裝pyserial庫04訪問端口配置，完全采用python代碼的形式；支持不同的數(shù)據(jù)位，停止位，奇偶校驗位，RTS/CTS，玩過串口調(diào)試助手的都懂；數(shù)據(jù)包接收結(jié)束標志可以采用Timeout方式，或者不采用；支持read或者writeAPI方法；所有代碼都是python代碼，百分百貨真價實；適配IO庫。特性職業(yè)能力目標01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計劃03知識儲備04任務(wù)實施05任務(wù)檢查與評價06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)一使用串口實現(xiàn)風扇與氣氛燈控制實驗05任務(wù)實施打開風扇串口2導(dǎo)入依賴包1給風扇上電3打開風扇4風扇斷電6氛圍燈開啟5關(guān)閉串口7導(dǎo)入依賴包05importserialimporttime進行風扇與氣氛燈控制實驗前，需要導(dǎo)入必要的模塊，其中最關(guān)鍵的模塊為pyserial。pyserial模塊封裝了python對串口的訪問，為多平臺的使用提供了統(tǒng)一的接口。串口通信是指外設(shè)和計算機間，通過數(shù)據(jù)信號線、地線、控制線等，按位進行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠距離通信中可以節(jié)約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸?shù)?。串口是計算機上一種非常通用的設(shè)備通信協(xié)議。pyserial模塊特性：在支持的平臺上有統(tǒng)一的接口；能夠訪問串口設(shè)置；支持不同的字節(jié)大小、停止位、校驗位和流控設(shè)置；可以忽略接收超時；擁有類似文件讀寫的API，用于讀寫指令，例如read和write，也支持readline等。在python中pyserial模塊即為serial，importserial就能導(dǎo)入。05任務(wù)實施打開風扇串口2導(dǎo)入依賴包1給風扇上電3打開風扇4風扇斷電6氛圍燈開啟5關(guān)閉串口7打開風扇串口05serial_port='/dev/ttyS0'#將串口位置賦值給serial_portser=serial.Serial(serial_port,baudrate=9600,timeout=0.2)serial.Serial(name,baudrate,timeout,bytesize,writeTimeout,port)參數(shù)說明:name：設(shè)備串口；baudrate：串口波特率；timeout：讀超時時長；bytesize：字節(jié)大小；writeTimeout：寫超時；port：讀或者寫端口。ser.flushInput()、ser.flushOutput()：丟棄輸入和輸出緩存中的所有數(shù)據(jù)。串口第一次使用或者串口長時間沒用，再次使用時，讀寫串口之前，都需要進行清空緩沖。ser.flushInput()ser.flushOutput()05任務(wù)實施打開風扇串口2導(dǎo)入依賴包1給風扇上電3打開風扇4風扇斷電6氛圍燈開啟5關(guān)閉串口7給風扇上電05command='01050015FF009DFE'cmd=bytes.fromhex(command)ser.write(cmd)data=ser.read(8)Adam4150數(shù)字模塊使用RS485接口，采用的通信協(xié)議是Modbus。而Modbus協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)使用的是HEX形式的字符。以下是Modbus協(xié)議格式：bytes.fromhex(str)：hex字符串和bytes之間轉(zhuǎn)換。使用formhex()函數(shù)，對command進行轉(zhuǎn)換，將command轉(zhuǎn)換成HEX形式，再轉(zhuǎn)換成bytes類型。本實驗給風扇上電的指令所對應(yīng)的16進制為01050015FF009DFE。05任務(wù)實施打開風扇串口2導(dǎo)入依賴包1給風扇上電3打開風扇4風扇斷電6氛圍燈開啟5關(guān)閉串口7打開風扇05#風扇高電平指令輸入ser.flushInput()ser.flushOutput()command='01050016FF006DFE'cmd=bytes.fromhex(command)ser.write(cmd)data=ser.read(8)time.sleep(0.3)#風扇低電平指令輸入ser.flushInput()ser.flushOutput()command='0105001600002C0E'cmd=bytes.fromhex(command)ser.write(cmd)data=ser.read(8)根據(jù)風扇的規(guī)格和時序，打開風扇需要輸入風扇的高低電平指令的脈沖信號，并且高低電平指令輸入時間間隔0.3秒。風扇的高電平指令為：01050016FF006DFE風扇的低電平指令為：0105001600002C0E05任務(wù)實施打開風扇串口2導(dǎo)入依賴包1給風扇上電3打開風扇4風扇斷電6氛圍燈開啟5關(guān)閉串口7氛圍燈開啟05#風扇高電平指令輸入ser.flushInput()ser.flushOutput()command='01050016FF006DFE'cmd=bytes.fromhex(command)ser.write(cmd)data=ser.read(8)time.sleep(0.5)#風扇低電平指令輸入ser.flushInput()ser.flushOutput()command='0105001600002C0E'cmd=bytes.fromhex(command)ser.write(cmd)data=ser.read(8)根據(jù)風扇的規(guī)格和時序，氛圍燈開啟需要輸入風扇的高低電平指令的脈沖信號，并且高低電平指令輸入時間間隔0.5秒。風扇的高電平指令為：01050016FF006DFE風扇的低電平指令為：0105001600002C0E05任務(wù)實施打開風扇串口2導(dǎo)入依賴包1給風扇上電3打開風扇4風扇斷電6氛圍燈開啟5關(guān)閉串口7風扇斷電05#風扇斷電ser.flushInput()ser.flushOutput()command='010500150000DC0E'cmd=bytes.fromhex(command)ser.write(cmd)data=ser.read(8)print(data)風扇斷電指令為：010500150000DC0E05任務(wù)實施打開風扇串口2導(dǎo)入依賴包1給風扇上電3打開風扇4風扇斷電6氛圍燈開啟5關(guān)閉串口7關(guān)閉串口05#關(guān)閉串口ser.close()serial接口下的close()方法表示關(guān)閉串口。對象ser可通過調(diào)用.close()方法來關(guān)閉串口。職業(yè)能力目標01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計劃03知識儲備04任務(wù)實施05任務(wù)檢查與評價06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)一使用串口實現(xiàn)風扇與氣氛燈控制實驗任務(wù)檢查與評價06序號評價內(nèi)容評價標準分值得分1知識運用（20%）掌握相關(guān)理論知識，理解本次任務(wù)要求，制定詳細計劃，計劃條理清晰，邏輯正確（20分）20分

理解相關(guān)理論知識，能根據(jù)本次任務(wù)要求、制定合理計劃（15分）了解相關(guān)理論知識，有制定計劃（10分）無制定計劃（0分）2專業(yè)技