Gerando gráficos em tempo real com Python e Arduino. Realizando a suavização de dados de sensores conectados ao Arduino.

1. Python e Arduino
Python e Arduino: Analisando dados em tempo real.
Dr. Eduardo S. Pereira.
@duducosmos/ pereira.somoza@gmail.com
https://github.com/duducosmos
01/04/2017
Dr. E. S. Pereira 1

2. Python e Arduino
Sum´ario
1 Introduc¸ ˜ao
2 Medida de Temperatura com LM35
3 Comunicac¸ ˜ao Serial - python-serial
4 Gerador de Gr´aficos em tempo Real
5 Suavizac¸ ˜ao de Dados Coletados
6 Resultados
Dr. E. S. Pereira 2

3. Python e Arduino
Introduc¸ ˜ao
Introduc¸ ˜ao
Dr. E. S. Pereira 3

4. Python e Arduino
Introduc¸ ˜ao
A linguagem Python
A linguagem Python
Python ´e uma linguagem interpretada desenvolvida por Guido
Van Rossum em 1991;
´E multiparadigma, por´em tudo em python ´e objeto;
´E livre, aberta e com baterias inclu´ıdas;
Vers˜oes 2.7.X e 3.X; (Existem projetos que n˜ao foram migrados -
E que provavelmente n˜ao ser˜ao em python 2.X);
Dr. E. S. Pereira 4

5. Python e Arduino
Introduc¸ ˜ao
A linguagem Python
A linguagem Python
Python ´e uma linguagem interpretada desenvolvida por Guido
Van Rossum em 1991;
´E multiparadigma, por´em tudo em python ´e objeto;
´E livre, aberta e com baterias inclu´ıdas;
Vers˜oes 2.7.X e 3.X; (Existem projetos que n˜ao foram migrados -
E que provavelmente n˜ao ser˜ao em python 2.X);
Dr. E. S. Pereira 5

6. Python e Arduino
Introduc¸ ˜ao
A linguagem Python
A linguagem Python
Python ´e uma linguagem interpretada desenvolvida por Guido
Van Rossum em 1991;
´E multiparadigma, por´em tudo em python ´e objeto;
´E livre, aberta e com baterias inclu´ıdas;
Vers˜oes 2.7.X e 3.X; (Existem projetos que n˜ao foram migrados -
E que provavelmente n˜ao ser˜ao em python 2.X);
Dr. E. S. Pereira 6

7. Python e Arduino
Introduc¸ ˜ao
A linguagem Python
A linguagem Python
Python ´e uma linguagem interpretada desenvolvida por Guido
Van Rossum em 1991;
´E multiparadigma, por´em tudo em python ´e objeto;
´E livre, aberta e com baterias inclu´ıdas;
Vers˜oes 2.7.X e 3.X; (Existem projetos que n˜ao foram migrados -
E que provavelmente n˜ao ser˜ao em python 2.X);
Dr. E. S. Pereira 7

8. Python e Arduino
Medida de Temperatura com LM35
Medida de Temperatura com LM35
Dr. E. S. Pereira 8

9. Python e Arduino
Medida de Temperatura com LM35
O experimento
Evoluc¸ ˜ao da temperatura com o tempo
LM35 - Sensor que apresenta sa´ıda de tens˜ao linear proporcional
`a temperatura em que o mesmo se encontra, tendo em sua sa´ıda
um sinal de 10mV para cada Grau C´elsius de temperatura;
Opera na faixa de [−50o,1500]C.
Dr. E. S. Pereira 9

10. Python e Arduino
Medida de Temperatura com LM35
O experimento
Evoluc¸ ˜ao da temperatura com o tempo
A sa´ıda do LM35 ser´a conectada a porta anal´ogica A0; O valor
do sinal de A0 ir´a variar entre 0 a 1023, com 0 correspondendo a
0 Volts e 1023 correspondendo a 5 Volts.
Como para cada variac¸ ˜ao de 1oC o sensor registra uma
mudanc¸a de 10mV, ent˜ao:
VA0 = (Vlido ∗(5/1023)); (1)
T = VA0/0.01; (2)
com VA0 a voltagem da sa´ıda do sensor, Vlido ´e o valor lido na
porta anal´ogica A0 e T ´e a temperatura em graus C´elsius;
Dr. E. S. Pereira 10

11. Python e Arduino
Medida de Temperatura com LM35
O experimento
Evoluc¸ ˜ao da temperatura com o tempo
A sa´ıda do LM35 ser´a conectada a porta anal´ogica A0; O valor
do sinal de A0 ir´a variar entre 0 a 1023, com 0 correspondendo a
0 Volts e 1023 correspondendo a 5 Volts.
Como para cada variac¸ ˜ao de 1oC o sensor registra uma
mudanc¸a de 10mV, ent˜ao:
VA0 = (Vlido ∗(5/1023)); (1)
T = VA0/0.01; (2)
com VA0 a voltagem da sa´ıda do sensor, Vlido ´e o valor lido na
porta anal´ogica A0 e T ´e a temperatura em graus C´elsius;
Dr. E. S. Pereira 11

12. Python e Arduino
Medida de Temperatura com LM35
O experimento
Conex˜ao com Arduino
Dr. E. S. Pereira 12

13. Python e Arduino
Medida de Temperatura com LM35
O c´odigo
LM35 v0.1
#include "Arduino.h"
const int LM35 = A0;
float temperatura;
unsigned long t0 = millis();
unsigned long t1 = t0;
void setup(){
Serial.begin (9600);
}
void loop(){
temperatura = (float(analogRead(LM35)) * 5 / 1023) / 0.01;
if(millis() - t1 >= 1000) {
t1 = millis();
unsigned long t2 = (t1 - t0) / 1000;
Serial.print(t2, DEC);
Serial.print(’,’);
Serial.println(temperatura ,DEC);
}
}
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14. Python e Arduino
Comunicac¸ ˜ao Serial - python-serial
Comunicac¸ ˜ao Serial - python-serial
Dr. E. S. Pereira 14

15. Python e Arduino
Comunicac¸ ˜ao Serial - python-serial
Comunicac¸ ˜ao Serial
Comunicac¸ ˜ao Serial
Para a comunicac¸ ˜ao serial ´e preciso instalar a biblioteca pyserial
Para usu´arios de sistemas tipo debian: sudo apt-get install
python-serial
Dr. E. S. Pereira 15

16. Python e Arduino
Comunicac¸ ˜ao Serial - python-serial
Comunicac¸ ˜ao Serial
Comunicac¸ ˜ao Serial
Para a comunicac¸ ˜ao serial ´e preciso instalar a biblioteca pyserial
Para usu´arios de sistemas tipo debian: sudo apt-get install
python-serial
Dr. E. S. Pereira 16

17. Python e Arduino
Comunicac¸ ˜ao Serial - python-serial
O c´odigo
pyserial
# / usr / bin / env python
#−∗− coding : UTF−8 −∗−
’ ’ ’
Sistema de comunicacao via porta s e r i a l com arduino .
’ ’ ’
_author = "E. S. Pereira"
_date = "31/03/2017"
_version= "0.0.1"
import serial
ser = serial.Serial("/dev/ttyUSB0", 9600)
ser.write(’5’)
print ser.read()
Dr. E. S. Pereira 17

18. Python e Arduino
Gerador de Gr´aficos em tempo Real
Gerador de Gr´aficos em tempo Real
Dr. E. S. Pereira 18

19. Python e Arduino
Gerador de Gr´aficos em tempo Real
O c´odigo
Gerador de Gr´aficos Parte -1
# / usr / bin / env python
#−∗− coding : UTF−8 −∗−
’ ’ ’
Sistema de comunicacao via porta s e r i a l com arduino .
’ ’ ’
_author = "E. S. Pereira"
_date = "31/03/2017"
_version= "0.0.1"
import serial
import matplotlib.pyplot as plt
plt.ion()
ser = serial.Serial("/dev/ttyUSB0", 9600)
ser.read()
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20. Python e Arduino
Gerador de Gr´aficos em tempo Real
O c´odigo
Gerador de Gr´aficos Parte -2
def serOut(ser):
tmp = ser.read()
a = tmp
while(tmp != ’n’):
tmp = ser.read()
a += tmp
b = a.split(’r’)[0]
b = b.split(’,’)
return b[0], b[1]
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21. Python e Arduino
Gerador de Gr´aficos em tempo Real
O c´odigo
Gerador de Gr´aficos Parte -3
class DynamicUpdate ():
# Suppose we know the x range
min_x = 0
max_x = 20
def on_launch(self):
# Set up p l o t
self.figure , self.ax = plt.subplots(
# subplot kw=d i c t ( p r o j e c t i o n =’ polar ’)
)
self.lines , = self.ax.plot([], [], ’o’)
# Autoscale on unknown a x i s and known lims on the other
self.ax.set_autoscaley_on(True)
# s e l f . ax . s e t x l i m ( s e l f . min x , s e l f . max x )
# s e l f . ax . s e t y l i m ( s e l f . min x , s e l f . max x )
# Other s t u f f
self.ax.grid()
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22. Python e Arduino
Gerador de Gr´aficos em tempo Real
O c´odigo
Gerador de Gr´aficos Parte -4
def on_running(self , xdata , ydata):
# Update data ( with the new and the old p o i n t s )
self.lines.set_xdata(xdata)
self.lines.set_ydata(ydata)
# Need both of t h e s e in order to r e s c a l e
self.ax.relim()
self.ax.autoscale_view()
# We need to draw ∗and∗ f l u s h
self.figure.canvas.draw()
self.figure.canvas.flush_events()
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23. Python e Arduino
Gerador de Gr´aficos em tempo Real
O c´odigo
Gerador de Gr´aficos Parte -5
def __call__(self):
import numpy as np
import time
self.on_launch()
xdata = []
ydata = []
i = 0
for x in np.arange(0, 100000, 1):
x0, y0 = serOut(ser)
if(len(x0) <= 6):
if(y0 != ’’ and x0 != ’’):
print(x0, y0)
xdata.append(float(x0))
ydata.append(float(y0))
self.on_running(xdata , ydata)
return xdata , ydata
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24. Python e Arduino
Gerador de Gr´aficos em tempo Real
O c´odigo
Gerador de Gr´aficos Parte - 6
if(__name__ == "__main__):
d = DynamicUpdate()
d()
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25. Python e Arduino
Gerador de Gr´aficos em tempo Real
C´odigo Dispon´ıvel GitHub
C´odigo Dispon´ıvel GitHub
https://github.com/duducosmos/arduinoday2017
Dr. E. S. Pereira 25

26. Python e Arduino
Suavizac¸ ˜ao de Dados Coletados
Suavizac¸ ˜ao de Dados Coletados
Dr. E. S. Pereira 26

27. Python e Arduino
Suavizac¸ ˜ao de Dados Coletados
Suavizac¸ ˜ao de Dados de sensores
Suavizac¸ ˜ao de Dados de sensores
Ao inv´es de coletar o dado direto, iremos passar o valor m´edio
dos ´ultimos N dados coletados;
Lembrando que o valor m´edio representa o valor esperado, ou o
valor mais prov´avel de ser o correto;
Dr. E. S. Pereira 27

28. Python e Arduino
Suavizac¸ ˜ao de Dados Coletados
Suavizac¸ ˜ao de Dados de sensores
Suavizac¸ ˜ao de Dados de sensores
Ao inv´es de coletar o dado direto, iremos passar o valor m´edio
dos ´ultimos N dados coletados;
Lembrando que o valor m´edio representa o valor esperado, ou o
valor mais prov´avel de ser o correto;
Dr. E. S. Pereira 28

29. Python e Arduino
Suavizac¸ ˜ao de Dados Coletados
O c´odigo
LM35 v0.1 - Parte 1
#include "Arduino.h"
const int LM35 = A0;
float temperatura;
unsigned long t0 = millis();
unsigned long t1 = t0;
/ / Smooth Temp Data
const int readsSize = 30;
unsigned int readIndex = 0;
unsigned int reads[readsSize];
unsigned int totalReads;
unsigned int averageReads;
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30. Python e Arduino
Suavizac¸ ˜ao de Dados Coletados
O c´odigo
LM35 v0.1 - Parte 2
void smoothTemp(){
totalReads = totalReads - reads[readIndex];
reads[readIndex] = analogRead(LM35);
totalReads = totalReads + reads[readIndex];
readIndex += 1;
if(readIndex >= readsSize) {
readIndex = 0;
}
averageReads = totalReads / readsSize;
}
Dr. E. S. Pereira 30

31. Python e Arduino
Suavizac¸ ˜ao de Dados Coletados
O c´odigo
LM35 v0.1 - Parte 3
void setup(){
Serial.begin (9600);
for(int i = 0; i < readsSize; i++ ) {
reads[i] = 0;
}
}
Dr. E. S. Pereira 31

32. Python e Arduino
Suavizac¸ ˜ao de Dados Coletados
O c´odigo
LM35 v0.1 - Parte 3
void loop(){
/ / temperatura = ( f l o a t ( analogRead (LM35 ) ) ∗ 5 / 1023) / 0 . 0 1 ;
smoothTemp();
temperatura = (float(averageReads) * 5 / 1023) / 0.01;
if(millis() - t1 >= 1000) {
t1 = millis();
unsigned long t2 = (t1 - t0) / 1000;
Serial.print(t2, DEC);
Serial.print(’,’);
Serial.println(temperatura ,DEC);
}
}
Dr. E. S. Pereira 32

33. Python e Arduino
Resultados
Resultados
Dr. E. S. Pereira 33

34. Python e Arduino
Resultados
Leitura de Dados N˜ao Suavizados
Comunicac¸ ˜ao Serial
Dr. E. S. Pereira 34

35. Python e Arduino
Resultados
Leitura de Dados Suavizados
Comunicac¸ ˜ao Serial
Dr. E. S. Pereira 35

36. Python e Arduino
Resultados
FIM
FIM
MUITO OBRIGADO.
Dr. E. S. Pereira 36