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Proyecto Fin de Carrera Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura Autor Alberto Peiró Val Director José Ramón Asensio Diago Escuela de Ingeniería y Arquitectura 2013 Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. 2 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. DESARROLLO E IMPLANTACIÓN DE UN SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS Y MONITARIZACIÓN PARA UN SISTEMA DE DETECCIÓN DE MATERIA OSCURA RESUMEN El proyecto consiste en realizar un sistema de adquisición de datos para los experimentos de detección de materia oscura que se llevan a cabo en la Facultad de Ciencias de Zaragoza. Para este caso, por sus características, se plantea una solución en la que se construyen conjuntos con SBC1 Raspberry Pi y SMC2 Arduino que integran, de una forma modular, todos los equipos a una red Ethernet. Consiguiendo así un sistema con un alto grado de flexibilidad. El proyecto también incluye el desarrollo de los programas necesarios para el uso de estos conjuntos. El software ha sido realizado en su mayor parte en Python por ser un lenguaje sencillo y fácilmente adaptable a cualquier cambio que surgiese en el proyecto. Comprende desde una interfaz gráfica de usuario, al uso de sockets TCP/IP para la red Ethernet, un servidor que hace de puente con el puerto serie y los programas para el micro-controlador Arduino, estos últimos en C, para la digitalización de las señales, comunicación, y control en bucle abierto de un motor paso a paso. 1 Single Board Computer. 2 Single Board Microcontroller. 3 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. 4 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. ÍNDICE 1. Introducción. Problema a resolver 7 2. Estructura Hardware 10 2.1 Análisis de los equipos 10 2.2 Arquitectura de la solución 10 3. Estructura Software 13 3.1 Software y lenguaje de programación 13 3.2 Interfaz gráfica 13 3.3 Módulos Python 14 3.4 Comunicación por sockets TCP/IP 15 3.5 Comunicación serie 15 3.6 Digitalización de señales 17 3.7 Controlador del motor paso a paso 19 4. Conclusiones y trabajos futuros 19 5. Bibliografía y enlaces 21 6. Agradecimientos 22 Anexos Anexo 1. Información de los equipos 25 Anexo 2. Presentación previa de opciones para el sistema de adquisición y monitorización 27 Anexo 3. Estructura de la interfaz gráfica 33 Anexo 4. Acceso a funciones C desde Python 37 Anexo 5. Control de un motor paso a paso con Arduino y Motor Shield 43 Anexo 6. Programas 55 5 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. 6 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. MEMORIA 1. INTRODUCCIÓN. Problema a resolver El proyecto, como el título adelanta, consiste en construir un sistema de adquisición de datos para los experimentos de detección de materia oscura que se realizan en la Facultad de Ciencias de Zaragoza; en concreto, por el Laboratorio de Física Nuclear y Astropartículas. El experimento se enmarca en el proyecto TREX (Novel Developments in the Time Projection Chambers for Rare Event Searches), financiado por una Starting Grant del European Research Center, que fue otorgada en 2009 al investigador Igor García Irastorza. Su objetivo principal es la consolidación de las actividades del grupo en TPCs (Time Projection Chamber) y el equipamiento de un laboratorio especializado en TPCs para aplicaciones de bajo fondo en la Universidad de Zaragoza. Dentro de este proyecto, se encuentra la actividad TREX-DM, consistente en la construcción de una TPC con Micromegas para la detección de Materia Oscura con un bajo umbral de energía y un bajo nivel de fondo. El montaje, figura 1, consta de una carcasa cilíndrica en la que hay alojados una placa y unos anillos que crean un fuerte campo eléctrico longitudinal al eje. Contenido en la carcasa hay un gas con el que las partículas buscadas interaccionando creando pares 7 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. electrón-ión a lo largo de su trayectoria. Estos electrones son arrastrados por el campo eléctrico hacia uno de los detectores donde se obtiene una medida de la cantidad de energía depositada y datos que permiten la reconstrucción de la trayectoria de la partícula inicial. Lo que se desea es monitorizar las variables físicas en las que el experimento se desarrolla (presión, temperatura, campo eléctrico), además de tener la posibilidad de interactuar con los equipos a distancia a través de una red. Estos equipos, como puede verse en la figura 1, son fuentes de tensión, caudalímetros, un vacuómetro, un manómetro y un termómetro. Objetivos. Las características que debía tener el sistema de adquisición de datos fueron fijadas por consenso con los encargados del experimento tras una presentación en la que se expusieron distintas soluciones. En éstas se consideraron desde usar un PC con tarjetas PCI, pasando por LabView con los módulos de hardware de National Instruments, hasta PLCs con un sistema SCADA. Ver Anexo 1. Finalmente, con esta información y teniendo en cuenta las restricciones en cuanto a tiempo de respuesta y resolución, se decidió construir conjuntos con SBC Raspberry Pi y SBM Arduino que hiciesen de interfaz entre los equipos y una red Ethernet (ver figura 2). Cada uno ellos dotado con una interfaz gráfica de usuario independiente (GUI), consiguiéndose así una modularidad que hace al sistema fácilmente reutilizable en otros experimentos, con solo trasladar el conjunto a un nuevo experimento (o duplicarlo) y empezar a utilizarlo desde su correspondiente interfaz gráfica de usuario (GUI). Igual de fácil es conectar al sistema un nuevo equipo similar. Como lenguaje de programación se escogió Python, por ser un lenguaje sencillo y de alto nivel que permite a cualquier usuario modificarlo y adaptarlo rápida y fácilmente a cualquier cambio en el diseño del experimento. A pesar de no haberse dado especificaciones sobre la robustez del sistema, por no ser un aspecto crítico, se intenta que este sea lo más robusto posible con la menor probabilidad de error en la toma de las medidas. Para ello, en todo momento, se usa el protocolo con mayor inmunidad al ruido disponible en el equipo de medida, programación con tratamiento de excepciones y, además, se incorpora algún control para detectar y evitar errores. Contenido. La memoria se divide en dos secciones principales bien diferenciadas, una para el hardware y otra para el software. En la primera de ellas, se hace un análisis de los equipos centrándonos en los tipos de conexión disponibles y en su inmunidad al ruido. Con esta información, definimos los conjuntos de Raspberry Pi y Arduino que hacen de interfaz con la red Ethernet. La segunda sección, más extensa, trata del software necesario para conseguir la integración de los equipos en la red. Este constaría de las siguiente partes dependiendo del tipo de conexión existente en el equipo. · Una interfaz gráfica de usuario que usa hilos de ejecución para evitar bloqueos en la aplicación y una cola FIFO a la que se accede en exclusión mutua para organizar la 8 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. 9 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. 16 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. la conexión serie. Nos ayudaremos de la figura 10, que igual que antes no debe tomarse como una especificación formal, sino simplemente como un apoyo gráfico a la explicación. Además, para tener un modelo adecuado quizás se debería usar una Red de Petri Coloreada en la que intervendría el orden de llegada de las marcas. En una primera versión muy simple en la que el cliente hiciese una petición al dispositivo serie y esperase indefinidamente la respuesta aparecería el problema de que un mensaje corrupto (como el no encontrar el carácter fin de mensaje) bloquease el sistema. La primera solución fue añadir un tiempo de espera límite en el cliente, similar a como funcionan los sockets. El problema que aparece es que al sobrepasarse este tiempo, el cliente puede volver a enviar otro mensaje con lo que estos se pueden ir acumulando en los buffers de entrada y salida. Aunque tiene la ventaja de que puede avisar aguas arriba de que el problema se encuentra en el dispositivo serie y no en la red Ethernet. Esta acumulación de mensajes puede producir una pérdida de sincronización entre la petición y su respuesta. Para evitar esto podemos vacíar los buffers, una forma de hacerlo es leer todo el buffer y descartar los más antiguos quedándonos sólo con el último, como se representa en la figura 10. Sin embargo queda por resolver un problema más sutil. Si un cliente envía una petición al dispositivo serie y supera el tiempo de espera sin obtener respuesta, quizá porque la petición sigue siendo procesada, después de que el siguiente cliente haga su petición la respuesta que encontrará será la del cliente anterior y no la suya. Para evitar esta situación lo que hacemos es devolver la respuesta con el mensaje de entrada que la generó. De forma que podemos comprobar si coincide y actuar en consecuencia. Mucho mejor si añadimos un número de secuencia a la orden para el caso en que estas sean idénticas. Todo esto último está implementado en el programa que hace de puente entre la conexión serie y la red Ethernet. También dispone de tratamiento de excepciones para evitar que el programa se cuelgue por cualquier circunstancia no esperada, por ejemplo campos de datos inexistentes, o tipos incorrectos que puedan aparecer por corrupción de los mensajes en la transmisión. También usando excepciones, el mismo programa es capaz de detectar la desconexión del dispositivo serie y lanzar un hilo para su reconexión. Mientras, el programa principal sigue atento a cualquier conexión que venga de la interfaz gráfica informando que el dispositivo serie se ha desconectado. 3.6 Digitalización de señales El programa que se encarga de la digitalización de las señales analógicas se encuentra en los Arduino. Este posee 6 entradas multiplexadas para la digitalización de la señal con 10 bits de resolución, suficientes para lo que se requería. El programa sigue el esquema de comunicación, que acabamos de ver en el apartado anterior, efectuando una digitalización a instancia de una petición y devolviendo la respuesta acompañada de la orden. En el caso que no entendiese la orden, simplemente, la remitiría volviendo a estado de inicial de escucha. El programa, como todos los demás, se encuentra en los anexos. 17 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. 18 Figura 10. Comunicación por el puerto serie Serial.read() Operación write() read() serialTimeout Exception buffer entrada tiempo otorgado a toda la operación buffer salida Compara mensaje de salida con el mensaje esperado y actúa en consecuencia. Check Por orden de llegada Por orden de llegada Lee hasta que queda solo el último mensaje Tiempo de ejecución Nueva petición Queda el mensaje más nuevo Queda el mensaje más nuevo CLIENTE DISPOSITIVO SERIE Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. 3.7 Controlador del motor paso a paso Durante la fase de desarrollo de este proyecto, el equipo de investigación sugirió una ampliación consistente en que la fuente de radiación de baja intensidad, que en un principio iba a permanecer fija, se moviese entre ocho posiciones en el interior de la carcasa. El dispositivo para guiar el movimiento se vale de una sirga conducida por el interior de un tubo hueco de plástico, y movida por fricción a través de una polea por un motor paso a paso. El motor seleccionado debía transmitir un par de 1Nm sin un conjunto reductor, por razones de espacio, y tener una resolución aceptable. Ambos condicionantes podían cumplirse con un motor paso a paso híbrido bipolar de 200 pasos por vuelta. Figura 11. Para su control se usa un Arduino Uno Rev3 acompañado de una placa Motor Shield Rev3 que es la encargada última de cortar o hacer fluir en un sentido u otro la corriente que circula por las bobinas del motor. Una síntesis del hardware relevante de esta placa y la relación con los pines del Arduino puede verse en la figura 12, en la que también se incluyen los elementos más importantes que intervienen en el proceso de control de las intensidades que hacen girar el motor. En el anexo 5 se recoge información más detallada, y tanto en este como en la página web [7] se puede encontrar el esquema eléctrico completo. En lo respectivo al software, existe una biblioteca, pero esta no se corresponde con el hardware del Motor Shield rev3 por ser nuevo (febrero de 2013, de aquí la utilidad de la figura 12). Por tanto, se han programado las funciones específicas para el movimiento del motor. Estas se basan en generar una secuencia que va cambiando la intensidad que pasa por los distintos polos haciendo que el campo magnético gire y con él arrastre el rotor. Como no se ha instalado ningún tipo de sensor para la posición del conjunto, no hay realimentación de la posición, por lo que lo único que podemos hacer es fiarnos del ajuste experimental, de la fuerza y el tiempo de paso, y esperar que llegue a la posición correcta. Para tener al menos un punto de cero, se instaló un interruptor que hace de final de carrera, por lo que además de estas funciones, también se ha programado una interrupción en el Arduino: ésta se lanza cuando la señal del final de carrera pasa de 0 a 1, e inmediatamente interrumpe el giro del motor y reajusta la posición eliminando cualquier error en ésta que se hubiese podido ir acumulando. 4. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS El aspecto más destacable de la solución, seguramente, es su diseño modular que le da una gran flexibilidad. Siendo muy fácil volver a reutilizar los conjuntos en otros experimentos, o incluso añadir otros completamente nuevos modificando solo las partes específicas del software existente, que puede tomarse como una plantilla. 19 Figura 11. Motor paso a paso Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. 20 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. Otra característica a reseñar, es que el hardware utilizado es de uso general y está destinado al consumo de masas, por lo que tiende a ser más barato que cualquier otro específico. Además, estos dispositivos han aparecido hace poco, con lo que la solución es bastante novedosa. Por el ejemplo el Rasberry Pi se lanzó al mercado hace año y medio, el 29 de febrero del 2012. Lo que faltaría hacer, o mejor, lo que no se ha podido hacer, por retrasos en la instalación y puesta en marcha del experimento, es probar el comportamiento del sistema en condiciones de trabajo continuo, y cuál sería su fiabilidad. Este proyecto deja la puerta abierta a futuras mejoras. Desde el punto de vista de control quedaría cerrar el bucle de control del motor paso a paso, usando el PWM como modulador de la acción e incorporando algún sensor para la realimentación. También se podrían incorporar métodos de detección y corrección de errores en los mensajes para aumentar la robustez. Un método apropiado sería el de Hamming. Así mismo se podría pensar en usar algún método de hash, aunque el uso de estos en mensajes cortos, como los que se envían en esta aplicación, hace que aumente de forma importante la longitud de la cadena. 5. BIBLIOGRAFÍA Y ENLACES [1] Raspberry Pi http://www.raspberrypi.org/ [2] Arduino http://www.arduino.cc/ [3] Python http://www.python.org/ [4] Learning Python 5th Ed 2013 Autor: Mark Lutz. Editorial O'Reilly Media Inc. [5] Programming Python 4th Ed 2010 Autor: Mark Lutz. Editorial O'Reilly Media Inc. [6] PySerial http://pyserial.sourceforge.net/ [7] Esquema eléctrico del Arduino Motor Shield R3 http://arduino.cc/en/Main/ArduinoMotorShieldR3 21 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. 6. AGRADECIMIENTOS Quiero expresar mi agradecimiento a las personas que me han ayudado a la realización de este proyecto fin de carrera, en especial al personal del Laboratorio de Física Nuclear y Astropartículas: A D. Igor García Irastorza, investigador principal del proyecto en el que se encuadra la solución aportada en este PFC. A D. Francisco Iguaz Gutierrez, con quien he trabajado en el laboratorio, por su tiempo, receptividad, y con quien el que el intercambio de ideas ha sido crucial para la culminación de este PFC. A D. Juan Castel por su continua disposición a echar una mano. Y a D. José Ramón Asensio por toda la experiencia que ha aportado como por su trato personal y ayuda prestada en la realización de este proyecto. 22 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. ANEXOS: 23 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. 24 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. ANEXO 1. INFORMACION EQUIPOS Introducción Ampliamos la información de los equipos involucrados en el experimento detallando el modelo y dando la página web donde se puede encontrar las características correspondientes al modelo. Spellman Modelo: Spellman SL. Fuente de alta tensión. http://www.spellmanhv.com/en/Products/Rack-Supplies/SL.aspx Standard Interface control option (SIC). Opción adicional que permite la comunicación por RS232/USB/Ethernet http://www.spellmanhv.com/en/Products/Accessories/SIC-Option.aspx CAEN Modelo: CAEN SY2527. Universal Multichannel Power Supply System. http://www.caen.it/csite/CaenProd.jsp?idmod=123&parent=20 CAEN HV Wrapper. Biblioteca C. (versión 5.20). http://www.caen.it/csite/CaenProd.jsp?idmod=835&parent=38 MaxiGauge Modelo: Maxigauge TPG 256 A. Vacuum measurement and control unit for Compact Gauges. http://www.pfeiffervacuum.com/products/measurement/activeline/controllers/onlinecatalog.action? detailPdoId=3526#product-accessories Bronkhorst Modelo: Bronkhorst F-201CV-MGD-33-V http://www.bronkhorst.com/en/products/gas_flow_meters_and_controllers/elflow_select/ Manual del protocolo FlowBus pa http://www.bronkhorst.com/files/downloads/manuals_english/917027manual_rs232_interface.pdf Swagelok Modelo: Swagelok PTU. Ultra High Purity Transducer. https://www.swagelok.com/products/measurement-devices/pressure-transducers/ultrahigh-purityflow-through.aspx 25 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. 32 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. ANEXO 3. ESTRUCTURA DE LA INTERFAZ GRÁFICA Introducción Dos ideas: (1) Tareas en paralelo par no bloquear la GUI. (2) La GUI es un recurso compartido al que se debe acceder en exclusión mutua. La interfaz gráfica (GUI) utilizada para la comunicación con el usuario se ejecuta en un modo llamado conducido por eventos, es decir, que está durmiendo esperando, por ejemplo la pulsación con el ratón de un botón, para ejecutar el código relacionado con ese evento. Para no bloquear la GUI, en vez de pasarle el control y esperar el tiempo que tarda en realizar la tarea, la lanzamos en paralelo. Sin embargo, tener un programa con varias tareas corriendo en paralelo, impone, que tengamos un especial cuidado con recursos compartidos (variables o GUI) a la hora de escribir y leer datos. Esquema y breve explicación de sus elementos La estructura del programa en ejecución quedaría reflejada en la figura 1. Explicación breve de cada elemento representado. Entorno del programa El entorno del programa sería el marco donde coexisten tareas con su control de ejecución, estructuras como la cola FIFO, y las varibles globales accesibles por todas las tareas. Tarea principal Es el bucle de la interfaz gráfica. A partir de esta, según se demande, se lanzan otras tareas en 33 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. paralelo. El modo en que trabaja es conducido por eventos. Espera durmiente a que ocurra un evento para ejecutar el código correspondiente. Para no congelar la interfaz, este código se lanza como tareas en paralelo. Para actualizar la GUI programamos una acción periódica que se encargará de refrescar las variables mostradas. Tareas en paralelo Las tareas en paralelo son trozos de código cuya ejecución se realiza al mismo tiempo y sin parar la tarea principal. El resultado de su trabajo se guarda en una cola FIFO a la que se accede en exclusión mutua*. * Exclusión mutua. Se trata de evitar el problema de que al usar un recurso compartido se produzcan inconsistencias. Por ejemplo, si dos tareas intentan escribir una cadena de caracteres en la salida estandar al mismo tiempo, ambas se entremezclarían perdiendo su sentido. Cola FIFO en exclusión mutua Es una estructura que va guardando los resultados del trabajo efectuado por las tareas en paralelo. Los datos luego son recogidos periódicamente por la tarea principal y mostrados en la GUI. Variables globales Son accesibles por tadas las tareas que comparten el mismo entorno. En este caso son variables booleanas. Garantizamos la consistencia de los datos permitiendo que sólo la tarea principal escriba en ellos, y el resto solo las puede leer. Estas variables globales tienen como función finalizar las tareas en paralelo. Salida ordenada Una vez que al programa le llega la orden de finalizar, este sale del bucle de la GUI y ordena el cierre del resto de tareas por medio de las anteriores variables globales. Una vez que todas la tareas han finalizado se sale completamente del programa borrando de memoria el entonrno del programa. Secuencia de funcionamiento Para explicar como funciona vamos a seguir una ejecución del programa. Inicio Al iniciar el programa se crearía el entorno del programa. Este contendría la tarea principal en ejecución, y las variables, tanto las globales como la pila FIFO. Figura 2. En este momento inicial solo habría una tarea en ejecución. Esta sería la GUI, la cual, está haciendo sólo dos cosas. Una, 34 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. contrario, la GUI quedaría congelada hasta que esta tarea acabase su trabajo, y que se encargará de leer los datos del sensor y proporcionárselos a la GUI. Puesto que podemos tener varias tareas en paralelo, hay que tener cuidado con los recursos compartidos, por ejemplo la GUI. No podemos permitir que tareas independientes la actualicen al mismo tiempo. Para salvar este problema, hacemos que todas estas tareas escriban los datos que generan en una cola FIFO a la que se accede en exclusión mutua. Periódicamente, la GUI los va tomando para representarlos en pantalla. Salida ordenada del programa Cuando se envía la señal de cerrar la GUI, es exactamente eso, cerrar la GUI y no el programa. Lo que ocurre es que se sigue ejecutando las instrucciones del programa principal que se encuentran a continuación del bucle de la GUI. En este trozo de programa, lo que hacemos es, por medio de unas variables globales, indicar a las tareas que se ejecutan en paralelo que deben finalizar. Una vez hecho esto la tarea principal acaba, pero no se sale del programa hasta que el resto de las tareas ha acabado. Cuando finalmente todas acaban se borra el entorno del programa con todas sus estructuras de la memoria. 35 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. 36 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. ANEXO 4. ACCESO A FUNCIONES C DESDE PYTHON Explicamos el módulo ctypes de Python y varias soluciones a puntos problemáticos que nos pueden aparecer. Índice El módulo ctypes Soluciones a puntos problemáticos Compilación de una biblioteca con funciones C de prueba Función C genérica Función C que usa punteros como parámetros de entrada y reusados como salida Función C con arrays de C El módulo ctypes Python permite múltiples formas de usar funciones de C desde su código. Nos vamos a centrar en el uso del módulo ctypes para acceder a funciones de C compiladas en una biblioteca de enlace dinámico (DLL) u objeto compartido (.so) en *nix. Ctypes es un módulo de la biblioteca estándar de Python, es decir que se distribuye al mismo tiempo que el intérprete de Python, y por tanto, está presente en todas las implementaciones del lenguaje. Ctypes contiene métodos que envuelven la biblioteca (dll o so) creando un objeto en el que los atributos se corresponden con las funciones de C. Permitiendo acceder a estas desde código interpretado de Python. Como ejemplo introductorio vamos a usar la función printf de C desde el intérprete de Python. Python 3.3.2 >>>import ctypes >>>libcpy = ctypes.cdll.LoadLibrary('libc.so.6') #ruta completa /usr/lib/libc.so.6 (o lib64) >>>libcpy.printf(b'hola\n') # todas las cadenas en Python 3 son unicode con lo que hay que especificar una cadena de bytes con el prefijo b. 5 # número de caracteres. Salida de la función. hola # la cadena esperada. Acción de la función. Soluciones a puntos problemáticos Cuando uno se pone a trabajar con funciones de C se encuentra que ciertas construcciones son extrañas, desde el punto de vista de Python, y que no tienen una solución inmediata. Para introducir estos problemas vamos a crear una biblioteca de enlace dinámico con varias funciones que ejemplifican cada uno de estos casos y sobre las que probaremos las soluciones. Creación de una biblioteca con funciones C de prueba Las funciones están distribuidas en cada ejemplo para facilitar la explicación, pero podemos crear un único fichero con todas ellas y compilarlas con gcc. Digamos que le hemos puesto el nombre de 37 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. simple.c y a partir de este vamos a crear con los siguientes pasos una biblioteca de enlace dinámico u objeto compartido en Linux. 1) Compilar creando código de posición independiente: gcc -Wall -fpic -c simple.c Siendo -c la opción para que compile y -Wall significa que muestre todos los warnings. 2) Crear la biblioteca o el objeto compartido a partir del fichero objeto simple.o gcc -shared -o libsimple.so simple.o Añadir el prefijo 'lib' al nombre del fichero de salida indicado con la opción -o, de output. Función C genérica Con la función 'suma' vamos a dar un ejemplo de como usar tipos de variables básicas, tales como enteros y apuntadores. Código de la función C. Función “suma” de una dll u objeto compartido // simple.c // codigo de la biblioteca de enlace dinamico libsimple.so // conjunto de funciones // suma dos enteros int suma (int a, int *b) { return ( a + *b); } Creamos el objeto compartido libsimple.so como se ha indicado en el apartado anterior y lo guardamos en la misma carpeta que el programa de Python desde donde se va a usar. Programa Python que usa la función suma: Uso de “suma” desde Python # sample.py import ctypes # Creamos objeto CDLL que envuelve libreria de C libSimple = ctypes.cdll.LoadLibrary('./libsimple.so') # Funcion suma en Python suma = libSimple.suma # suma = atributo del objeto, tipo CDLL, libSimple suma.argtypes = (ctypes.c_int, ctypes.POINTER(ctypes.c_int)) suma.restypes = ctypes.c_int # Llamada a la función suma a = ctypes.c_int(34) b = ctypes.pointer(ctypes.c_int(6)) print(suma(a,b)) # resultado 40 38 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. Explicación del script de Python: Creamos el objeto libSimple que es el que envuelve la biblioteca C. Siendo cada atributo de este objeto una función de la biblioteca. Así, libSimple.suma hace referencia a la función 'suma'. A continuación, con argtypes y restypes indicamos que tipos de parámetros deben ser pasados a la función. No es estrictamente necesario, pero en caso de no enviarle el parámetro adecuado intentará convertirlo al tipo correspondiente o dará un error dentro de Python. La lista de todos los tipos de ctypes se encuentra en la página oficial de Python (http://docs.python.org/3/library/ctypes.html). Por último, hacemos una llamada a la función suma en el que primero hemos creado explícitamente los parámetros correspondientes en el tipo adecuado. En caso de enteros, cadenas y bytes la conversión es automática. Pero no para el resto. En los punteros distinguimos las dos instrucciones POINTER y pointer en las que la primera crea una clase correspondiente a un tipo y la segunda una instancia del tipo correspondiente. P = ctypes.POINTER(type) crea y devuelve un nuevo tipo de puntero de ctypes. <class ….> p = ctypes.pointer(obj) crea una instancia del puntero que apunta al objeto del tipo POINTER(type(obj)) Función de C que usa punteros como parámetros de entrada y reusados como salida Una técnica, comúnmente usada en C, utiliza punteros en los argumentos tanto para pasar un valor a la función como para recogerlos es similar al uso de tipos mutables de Python. En el fondo, es el mismo concepto de puntero. Sin embargo, hay que hacerlo explícito en Python para no encontrarnos con variables que siendo 'no-mutables', como números (enteros, reales) y cadenas, de repente, se comportan como 'mutables'. Para ajustarnos a la forma de actuar de Python crearemos funciones intermedias que se comportarán exteriormente como es esperable de una función de Python. Función “division_entera” en C // division entera int division_entera (int *D, int d) { int resto = *D % d; *D = *D / d; return resto; } Uso de “division_entera” desde Python # Funcion division entera _division_entera = libSimple.division_entera _division_entera.argtypes = (ctypes.POINTER(ctypes.c_int), ctypes.c_int) _division_entera.restypes = ctypes.c_int # Funcion para usar en Python def division_entera(divisor, dividendo): D = ctypes.c_int(divisor) # ctypes.c_int es mutable resto = _division_entera(D, dividendo) # enteros y cadenas son automáticamente convertidos 39 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. # el tipo entero de ctypes tiene el atributo value que es un entero python return (D.value, resto) # Llamada a la funcion division entera res = division_entera(7,2) print('Conciente =', res[0], ' Resto =',res[1]) # Resultado: Cociente = 7 Resto= 1 Función de C con arrays Ahora vamos a ver como tratar con arrays. En Python una conversión natural sería una lista o una tupla, así que vamos a construir otro ejemplo en el que hallaremos la media de una serie de valores guardados en una lista. Antes, un resumen de lo básico para construir arrays. Array5int = ctypes.c_int*5 # clase de un array de 5 enteros array5 = (ctypes.c_int*5)(1,2,3,4,5) # instancia de un array de 5 enteros array5 = Array5int(1,2,3,4,5) # construye la misma instancia de un array de 5 enteros lista = [1, 2, 3, 4, 5] # definimos una lista de Python array5int = (ctypes.c_int*5)(*lista) # *lista no es un puntero, es la forma de pasar la lista elemento a elemento a la función. Respecto al uso de punteros, en general, ctypes hace un chequeo estricto de los tipos. Esto significa que, si en la lista de argumentos de una función (.argtypes) se tiene (c_int) solo serían aceptadas instancias de ese tipo. Sin embargo, hay una excepción a esta regla en el caso de punteros, estos admiten instancias de arrays compatibles. Por ejemplo, POINTER(c_int) admite no solo enteros sino arrays de enteros. Por otro lado, POINTER(c_int*5) fija el tamaño y no admite arrays de otras dimensiones, aunque si enteros en lo que debería ser un error. Como en los apartados anteriores se a escrito una función que recoge todo anterior a modo de modelo. En este caso la función media espera un array de enteros largos y un entero con su número para hacer la media y devolverla como otro entero largo. Función “media” en C // media long int media(long int *lista, int n) { int i; long int total = 0; for (i=0; i<n; i++) { total += lista[i]; } return total/n; } Uso de la función media desde Python creando otra función intermedia. Uso de la función “media” desde Python # Funcion media _media = libSimple.media # Siendo una excepción, un puntero de un tipo acepta arrays de ese mismo tipo 40 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. _media.argtypes = (ctypes.POINTER(ctypes.c_long), ctypes.c_int) _media.restypes = ctypes.c_long def media(lista): # *lista, no es un puntero, es la forma de pasar la lista elemento a elem. return _media( ((ctypes.c_long)*len(lista))(*lista), len(lista) ) res = media([3,5,1,7]) print ('Media = ',res) Referencias: Documentación de ctypes en la página oficial de Python. http://docs.python.org/3/library/ctypes.html 41 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. Sensor de corriente A0 A1 En la figura 7(a) podemos ver qué relación existe entre cada pin del Arduino y el conductor de puente completo. Y en las figuras 7(b) y 7(c), se puede obtener qué valores deben tener las puertas para conducir la corriente en un sentido u en otro. Faltaría representar el estado en el que no se permite la circulación que simplemente es poner la entrada 'enable' a cero. Es importante no olvidar, que en circuitos con altas impedancias no se puede cortar la corriente y debe proporcionarse siempre un camino. Si no se hiciese, tendríamos un voltaje muy alto debido a que V=L·dI/dt=L·infinito. Este camino viene dado por unos diodos que al cerrar los transistores crearían un circuito de descarga. Tampoco hemos usado la función brake. Este lo que hace es crear un camino que cierra el circuito de la bobina. Si alguien está interesado y mira el esquema del circuito, la puerta NAND con una 'e' en el interior es una puerta XNOR (exclusive not OR). Ahora, construimos la siguiente tabla en la que relacionamos cada paso de la secuencia de giro del motor, figura 3, con el conjunto de valores correspondientes a las entradas del 'motor shield'. Enable A Dir A Enable B Dir B Bobina A Bobina B Paso 0 1 1 0 0 → X Paso 1 0 1 1 1 X → Paso 2 1 0 0 1 ← X Paso 3 0 0 1 0 X ← STOP 0 --- 0 --- X X La conexión entre el PWM y el enable del L298 es muy interesante, aunque no se ha usado en este proyecto, se puede utilizar para controlar el par, aunque hay que tener en cuenta que no va a ser lineal por el tipo de crecimiento de la intensidad. 3. Programación En este punto explicamos el programa introducido en el y Arduino que se encarga de ir dando las señales necesarios para ordenar la realización de cada paso. Para generar las señales va siguiendo la secuencia de la tabla anterior, en la que si se sigue en una dirección u otra dará un sentido de giro u otro. 3.1 Variables y funciones Variables: absPosStep posición absoluta en pasos, entero largo. whatstep clase matemática del estado del paso del motor, los valores pueden ser 0, 1, 2, 3. nsteps numero de pasos a dar, es un entero largo. sentido sentido del giro tstep tiempo para cada paso Funciones: step0, step1, step2, step3 funciones que establecen los valores en los pines de salida 48 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. 49 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. correspondientes a cada paso. Turn() realiza el numero de pasos dado por nsteps llamando a las funciones steps. El primer paso dado es el siguiente correspondiente al último estado en la secuencia dada por el sentido de giro. Un retraso en microsegundo se intercala entre cada llamada, el tiempo entre cada llamada es el mismo. Stop() para el motor. 2.2 Comunicación con el Arduino. Desde la consola del IDE de Arduino, o desde un programa Python usando PySerial. Las instrucciones que entiende el programa son cadenas ASCII compuestas de carácter de inicio, 3 caracteres de la instrucción, seguidas de una ',' cuando hay que enviar un parámetro, el valor del parámetro, y el carácter de finalización del mensaje. Set Number of steps to turn : sns ejemplo: \02sns,800\03 3.3 Una interrupción reajusta la posición Es probable que durante el funcionamiento aparezcan errores de posición como consecuencia del deslizamiento entre la polea movida por el motor y la sirga. Para disminuir en lo posible este error, lo que hacemos es que cada vez que inicie la serie de ocho posiciones el sistema se mueva en una dirección buscando un punto 'cero' que produce el lanzamiento de una interrupción del microcontrolador. La función asociada a esta, detiene el motor y pone a cero la variable que almacena la posición absoluta de la sirga, reajustando así, la posición supuesta con la posición real. Pines del Arduino y circuito En el Arduino, son los pines 2 y 3, los correspondientes a la captura de los eventos que lanzan la interrupciones 0 y 1 respectivamente. En la figura 8 puede verse el circuito para para detectar el cierre de un pulsador. Notar que mientras el interruptor está abierto el pin 2 está a voltaje 0, si no 50 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. fuese así, y no lo conectásemos a tierra, el valor del pin 2 quedaría indeterminado con lo que la interrupción podría lanzarse en cualquier momento. También colocamos un resistencia para no conectar directamente la salida de 5V con tierra. Programación de la interrupción Con la instrucción attachInterrupt(interrupt, function, mode) enlazamos la interrupción 0 (pin2) ó 1 (pin3) con la función “function” que se lanzará cuando se produzca un cambio de estado en el que el pin pase de nivel bajo a alto (mode=RISE). También se encarga de deshabilitar las intererrupciones para que estas no se aniden y luego volverlas a habilitar. Las variables usadas y que sean compartidas en el programa principal deben ser calificadas como volatiles. Las líneas que añadiríamos al programa serían las siguientes: // Variables Globales volatile long absPosStep = 0; // absolute position in steps volatile unsigned long nsteps = 0; // number of steps to turn // Interrupcion void zero_position() { absPosStep = 0; nsteps = 0; } Aunque una comparación al inicio del procedimiento que ejecuta cada paso podría ser suficiente, sobre todo pensando en que el movimiento no es continuo sino que se va pasando de un paso a otro paso, utilizamos una interrupción para evitar perder el cambio de valor en momentos intermedios, con lo que podríamos pasarnos el punto de 'cero'. 4. Ajuste del par Con lo visto en el apartado 1.2. en el que se explica como se genera el par. Este podemos ajustarlo usando una resistencia para fijar la intensidad o usar una modulación por pulso (PWM) en la que vamos cortando la intensidad a intervalos cortos para tener un valor entre el máximo y el mínimo. La idea del ajuste es conseguir un movimiento suave combinando par y tiempo entre pasos. De forma que activemos el siguiente paso cuando el rotor llegue a la posición del paso actual, y no antes porque si no dejaremos atrás el movimiento real y no se moverá, ni tampoco mucho después porque el movimiento podría ser una oscilación subamortiguada si el par es muy alto con lo que se produciría una fuerte vibración. La cual es fácilmente detectable por el ruido y traqueteo del motor. Entre estas dos situaciones queda un margen en el que el motor girará correctamente e incluso será capaz de absorber cambios en la magnitud de la fuerza que tiene que vencer. Ambos factores nos pueden servir para saber si el ajuste es correcto o incluso para realizar este ajuste. 5. Bibliografía y enlaces [enlace 1] Nociones básicas del motores paso a paso. http://www.solarbotics.net/library/pdflib/pdf/motorbas.pdf [enlace 2] Circuitos de control de motores paso a paso. http://www.solarbotics.net/library/pdflib/pdf/drive.pdf [enlace 3] Página oficial del Arduino. 51 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. http://www.arduino.cc/ [enlace 4] Página del Arduino Motor Shield Rev.3. Apuntar que en el esquema las puertas NAND marcadas con una e son puertas XNOR. http://arduino.cc/en/Main/ArduinoMotorShieldR3 [enlace 5] Hoja de especificaciones del dual full-bridge driver L298. http://www.st.com/web/catalog/sense_power/FM142/CL851/SC1790/SS1555/PF63147 52 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. 53 Figura 9. Esquema del Arduino Motor Shiel rev3 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. 54 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. ANEXO 6. PROGRAMAS Introducción En los siguientes apartados, que se han estructurado por conjuntos de hardware, recogemos y explicamos los puntos más importantes de los programas realizados para el proyecto. Por indicar un conjunto que puede tomarse como base o plantilla tomaría el de digitalización de la señal analógica. Por ser este el más simple, pero a la vez el más completo al reunir todos los tipos de programas que pueden aparecer. Índice de conjuntos y programas Conjunto Swagelok y Temperatura: Digitalización de una señal analógica. 57 Sketch Arduino Digitalización 59 AnalogArduinoServer 62 SocketClient 66 AnalogModule 67 AnalogGui 68 Conjunto Motor paso a paso 75 Sketch Arduino motor 76 MotorArduinoServer 79 SocketClient 83 MotorShieldModule 84 MotorGui 86 Conjunto Bronkhorst 93 BronkhorstServer 94 SocketClient 98 BronkhorsModule 99 BronkhorstGui 102 Conjunto MaxiGauge 105 MaxiGaugeServer 106 SocketClient 110 MaxiGaugeModule 111 MaxiGaugeGui 113 Conjunto Spellman 117 SpellmanModule 118 SpellmaGui 123 55 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. Conjunto CAEN 129 CaenModule 130 CaenGui 134 56 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. Conjunto Swagelok y Temperatura: Digitalización de una señal analógica. Ambos conjuntos, el del transductor de presión Swagelok y el de temperatura, son similares ya que su misión es tomar una señal analógica, discretizarla y permitir su visualización desde la interfaz gráfica. Figura 1. Los programas que la constituyen son los mismos y solo son necesarios algunos cambios en las opciones de estos programas. Por ejemplo la selección de la función de discretización y de dirección en la red, IP y puerto. En los siguientes puntos desgranamos la estructura y explicamos los detalles más importantes de cada programa. Sketch Arduino Digitalización. Programa corriendo en el Arduino que se encarga de digitalizar la señal y enviar la respuesta cuando es requerida desde la interfaz gráfica. La digitalización cuesta 0.25ms con 10 bits de resolución. Y la forma en que se realiza la comunicación serie está recogida en la sección correspondiente de la memoria siendo. En caso de no entender la instrucción, por ser errónea o fallo en la comunicación, simplemente devuelve el mensaje que le ha llegado sin hacer nada. AnalogArduinoServer. Programa en Python que se está ejecutando en el Raspberry Pi, aunque también lo podría hacer en cualquier PC, y que hace de puente entre el puerto serie y la red Ethernet. Entre las características que posee, es el uso de excepciones para mantener el servidor en funcionamiento en cualquier caso. Como ejemplo, el cable serie podría desconectarse y simplemente avisaría a la vez que intenta volverse a conectar cada 5s Variables que deben ajustarse,según sea el caso, son el puerto del dispositivo serie y el puerto en el que el socket servidor está a la escucha. SocketClient. Es un módulo Python, común a todas las interfaz gráficas, que resume la mecánica de comunicación por sockets en una función para ser utilizada desde cualquier programa Python que llame al módulo. También usa excepciones para, en cualquier caso, cerrar correctamente la conexión. La IP y el puerto al que se conecta pueden ser especificadas en los parámetros de la función o en variables globales que se usan como valores por defecto. Estos también pueden ser modificados desde el programa que carga al módulo. AnalogModule. Este es el módulo en el que se encuentran las instrucciones de operación con el programa de digitalización del Arduino. En este caso, solo hay una, sensor(i), que hace una petición de una medición de la señal en la entrada i devolviendo un valor entero, o una cadena de texto informativa del tipo de error. Puede usarse la instrucción help(AnalogModule) para obtener la ayuda que consta de la explicación de cada comando, como de los parámetros de entrada y salida que intervienen. Usa el módulo SocketClient anterior para realizar la conexión y el intercambio de mensajes. 57 Figura 1. Interfaz gráfica analogGui Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. '''Thread that make an object serial instance Hilo para establecer la conexion serie Crea una instancia de un objeto serial (GLOBAL objectSerial). El objeto esta conectado al puerto proporcionado por serialPort''' global objectSerial, serialPort while not actividad['serial'] and actividad['run']: try: objectSerial = serial.Serial( serialPort, baudrate=9600, timeout=1, writeTimeout=1) except serial.serialutil.SerialException: print('Excepcion:\n', 'a) El dispositivo no se encuentra en el puerto indicado.\n', 'b) o no está conectado.\n> Reintentando en 5 segundos') # enviar un mensaje al agente que se ha conectado time.sleep(5) else: time.sleep(3)# Tiempo de activacion print('Conexion serie up') actividad['serial'] = True # SOCKET def socket_up(): global genSocket try: genSocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) except OSError: print('Excepcion al crear una instancia del tipo socket') print('--- Cerrando ---') try: genSocket.bind((socketHost, socketPort)) genSocket.listen(5) print('Socket up.') print(' Socket host:',socket.gethostname()) print(' Socket port:',socketPort) except OSError: print('Excepcion al crear el socket receptor de peticiones de conexion', 'puede ser debido a que el puerto o la direccion IP', socketPort, 'estan siendo usados por otra aplicación') print('--- Cerrando ---') genSocket.close() actividad['run'] = False # ----- INICIO PROGRAMA ----- print('--- iniciando ---') 64 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. threading.Thread(target=serial_up).start() # Thread socket_up() while actividad['run']: # Bucle try: # Crea un socket cliente tras una peticion de conexion print('Waiting nueva conexion TCP/IP...') conexionRed, address = genSocket.accept() conexionRed.settimeout(2) print('Conexion con', address) # recepcion del mensaje data = b'' while not ETX in data: # reconstruye el mensaje trozo = conexionRed.recv(1024) if not trozo: break data += trozo message = Message(data, contador) contador = (contador + 1) % 1000 if actividad['serial']: message.serie(objectSerial) else: message.bytesOut = STX + b'error,serial_down' + ETX conexionRed.sendall(message.bytesOut) except socket.timeout: pass except Exception: pass finally: conexionRed.close() 65 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. SocketClient # socketClient # Modulo para la comunicacion como cliente por socket # especifico para el ArduinoServer.py # Caracteristicas: # Propaga excepciones # Cierra siempre el socket import socket import time def send_recv(message, ip='localhost', port=50008, tOp=0, tOut=1): ''' Envia un mensaje y espera su respuesta. Sintaxis: send_recv(message, ip, port, t_operacion, t_out) Parametros pasados a la funcion: message = cadena Unicode o ASCII ip = cadena de texto de la direccion IP del servidor port = entero del puerto de escucha del servidor t_operacion = tiempo de estimado t_out = tiempo de envio t_operacion + t_out + t_out = t_max Respuesta: cadena Unicode. ''' try: so = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) so.settimeout(tOut) so.connect((ip,port)) #print(so.getpeername()) #print(so.getsockname()) so.sendall(bytes(message, encoding='ascii')) so.shutdown(socket.SHUT_WR) so.settimeout(tOut+tOp) resp = b'' while True: trozo = so.recv(1024) if not trozo: break resp += trozo finally: so.close() return str(resp, encoding='ascii') 66 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. AnalogModule # analogicModule.py # Python 3 # Modulo con las instrucciones del Arduino conversor de la señal analogica a # digital import sys import socketClient as sc # Direccion y puerto donde se encuentra el servidor serverHost = 'localhost' # ejemplos: 'localhost', '192.168.2.3' serverPort = 50000 STX = '\x02' # Start of Text character ETX = '\x03' # End of Text character # Sintaxis del protocolo # STX + Command + ',' + Argumentos + ETX # Funciones basicas def sensor(i = 1): '''Request sensor i value. i must be 1 to 6. Pide la medición del sensor i i debe ser un valor de 1 a 6 (valor entero o caracter) La orden devuelve un entero entre 0 y 1023, o una cadena de error ''' cmd = 'rs' + str(i) + '_' arg = None message = STX + cmd[:3] + ETX # socket try: ans = sc.send_recv(message, serverHost, serverPort ,tOp=1, tOut=1) except sc.socket.timeout: return 'timeout' except Exception: return 'socket error' # comprobacion de la respuesta try: ans = ans.strip(STX+ETX+',').split(',') if cmd[:3] == ans[0]: resp = int(ans[1]) if 0<=resp<1024: return resp # correcto elif 'error' == ans[0]: return ans[1] # mensaje asociado al error else: return 'corrupcion del mensaje' except Exception: return 'corrupcion del mensaje' 67 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. AnalogGui # analogGui # Python 3 # Interfaz grafica import tkinter as tk import tkinter.messagebox as tkm import threading, queue, time import analogModule as ana # CONSTANTES GLOBALES # Localizacion del servidor volcadas en el modulo analogicModule ana.serverHost = 'localhost' # 'localhost' o '192.168.2.13' ana.serverPort = 50000 t_intervalo = 1 # intervalo entre peticiones (en segundos) # VARIABLES # Variables globales buttons = {} # diccionario de objetos graficos; campos a actualizar. labels = {} # diccionario de objetos graficos; campos a actualizar. checkbuttons = {} checks = {} # variables del entorno de ventanas checkValues = {} # valores de las variables anteriores interpols = {} # conjunto de funciones de interpolacion a aplicar actividad = {'play':True, 'record':False} # bit, si False => close thread dataqueue = queue.Queue() # Cola de datos de acceso en exclusion. # valores iniciales checkValues['sensor_1'] = 0 checkValues['sensor_2'] = 0 checkValues['sensor_3'] = 0 checkValues['sensor_4'] = 0 checkValues['sensor_5'] = 0 checkValues['sensor_6'] = 0 # Funciones matematicas def interpol(x): '''Devuelve un valor entero''' x0=0 y0=0 x1=1023 y1=1023 m = (y1-y0)/(x1-x0) x = int(x) return m*(x-x0) + y0 def interpol_LM35(x): '''Devuelve un numero 68 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. T[C] = 0 + 0.01T[V]''' x0=0 y0=0 x1=1023 y1=500 # 500C m = (y1-y0)/(x1-x0) x = m*(x-x0) + y0 return '%+.1FC' % (x) interpols['sensor_1'] = interpol_LM35 interpols['sensor_2'] = interpol interpols['sensor_3'] = interpol interpols['sensor_4'] = interpol interpols['sensor_5'] = interpol interpols['sensor_6'] = interpol # Funciones def repeater(t_refresco=200): try: data = dataqueue.get(block=False) except queue.Empty: pass else: # actualizar GUI labels[data[0]].config(text=data[1]) winroot.after(t_refresco, repeater) # llamada periodica ms def clean_labels(): time.sleep(1) for key in checks: if not checkValues[key]: dataqueue.put((key, '-----')) def checker(): '''Actualiza la varible global checks con los valores de las variables del entorno grafico''' for key in checks: checkValues[key] = checks[key].get() threading.Thread(target=clean_labels).start() def record(): # No implementado. Seguir el ejemplo MaxiGauge threading.Thread(target=record_thread).start() def record_thread(): fichero = open('temperature_data.txt', 'a') fichero.write('----- Inicio de sesion -----\n') while actividad['record']: pass fichero.close() 69 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. def play(): # lanzador del hilo play_thread threading.Thread(target=play_thread).start() def play_thread(): t = time.time() while actividad['play']: t0 = t for key in checkValues: if checkValues[key]: try: resp = ana.sensor(int(key[-1])) if type(resp) == int: resp = interpols[key](resp) except Exception: resp = 'error' dataqueue.put((key, resp)) try: t = t + t_intervalo time.sleep(t - time.time()) except Exception: # el tiempo era negativo, no espera. resp = 'sobrepasamiento' if t0 == t: t = t + t_intervalo try: time.sleep(t - time.time()) except: pass # Definicion de las ventanas def notdone(): tkm.showerror('NO implementado', 'NO disponible.\nEn desarrollo') def makemenu(win): menubar = tk.Menu(win) win.config(menu=menubar) filemenu = tk.Menu(menubar) filemenu.add_command(label='Save...', command=notdone, underline=0) filemenu.add_command(label='Save as', command=notdone, underline=0) filemenu.add_separator() filemenu.add_command(label='Quit...', command=win.quit,underline=0) menubar.add_cascade(label='File', menu=filemenu, underline=0) editmenu = tk.Menu(menubar) editmenu.add_command(label='Preferences', command=notdone) menubar.add_cascade(label='Edit', menu=editmenu, underline=0) 70 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. toolmenu = tk.Menu(menubar) toolmenu.add_command(label='Init', command=notdone, underline=0) menubar.add_cascade(label='Tools', menu=toolmenu, underline=0) helpmenu = tk.Menu(menubar) helpmenu.add_command(label='About',command=notdone) menubar.add_cascade(label='Help', menu=helpmenu, underline=0) def makecheck(win, checkbuttons=checkbuttons, labels=labels): '''Construye los checkbuttons''' frame = tk.Frame(win) frame.pack() # Creacion objeto grafico: Checkbutton del sensor 1 checks['sensor_1'] = tk.IntVar() check_1 = tk.Checkbutton(frame, command=checker, text=' Sensor 1:', variable=checks['sensor_1'], width=10) check_1.pack(side='left') checkbuttons['check_1'] = check_1 # Creacion objeto grafico: Etiqueta del sensor 1 sensor_1 = tk.Label(frame, text=' ------ ', width=8) sensor_1.pack(side='right') labels['sensor_1'] = sensor_1 frame = tk.Frame(win) frame.pack() # Creacion objeto grafico: Checkbutton del sensor 2 checks['sensor_2'] = tk.IntVar() check_2 = tk.Checkbutton(frame, command=checker, text=' Sensor 2:', variable=checks['sensor_2'], width=10) check_2.pack(side='left') checkbuttons['check_2'] = check_2 # Creacion objeto grafico: Etiqueta del sensor 2 sensor_2 = tk.Label(frame, text=' ------ ', width=8) sensor_2.pack(side='right') labels['sensor_2'] = sensor_2 frame = tk.Frame(win) frame.pack() # Creacion objeto grafico: Checkbutton del sensor 3 checks['sensor_3'] = tk.IntVar() check_3 = tk.Checkbutton(frame, command=checker, text=' Sensor 3:', variable=checks['sensor_3'], width=10) check_3.pack(side='left') checkbuttons['check_3'] = check_3 # Creacion objeto grafico: Etiqueta del sensor 3 sensor_3 = tk.Label(frame, text=' ------ ', width=8) sensor_3.pack(side='right') labels['sensor_3'] = sensor_3 frame = tk.Frame(win) frame.pack() 71 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. # Creacion objeto grafico: Checkbutton del sensor 4 checks['sensor_4'] = tk.IntVar() check_4 = tk.Checkbutton(frame, command=checker, text=' Sensor 4:', variable=checks['sensor_4'], width=10) check_4.pack(side='left') checkbuttons['check_4'] = check_4 # Creacion objeto grafico: Etiqueta del sensor 4 sensor_4 = tk.Label(frame, text=' ------ ', width=8) sensor_4.pack(side='right') labels['sensor_4'] = sensor_4 frame = tk.Frame(win) frame.pack() # Creacion objeto grafico: Checkbutton del sensor 5 checks['sensor_5'] = tk.IntVar() check_5 = tk.Checkbutton(frame, command=checker, text=' Sensor 5:', variable=checks['sensor_5'], width=10) check_5.pack(side='left') checkbuttons['check_5'] = check_5 # Creacion objeto grafico: Etiqueta del sensor 5 sensor_5 = tk.Label(frame, text=' ------ ', width=8) sensor_5.pack(side='right') labels['sensor_5'] = sensor_5 frame = tk.Frame(win) frame.pack() # Creacion objeto grafico: Checkbutton del sensor 6 checks['sensor_6'] = tk.IntVar() check_6 = tk.Checkbutton(frame, command=checker, text=' Sensor 6:', variable=checks['sensor_6'], width=10) check_6.pack(side='left') checkbuttons['check_6'] = check_6 # Creacion objeto grafico: Etiqueta del sensor 6 sensor_6 = tk.Label(frame, text=' ------ ', width=8) sensor_6.pack(side='right') labels['sensor_6'] = sensor_6 def maketable(win): marco = tk.Frame(win) marco.pack() # cabecera titulo_status = tk.Label(marco, text='st', relief='flat', width=3, bg='beige') titulo_sensor = tk.Label(marco, text='sensor', relief='flat', width=9, bg='beige') titulo_data = tk.Label(marco, text='data', relief='flat', width=13, bg='beige') titulo_status.pack(side='left') titulo_sensor.pack(side='left') 72 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. titulo_data.pack(side='left') # tabla tabla = [(titulo_status, titulo_sensor, titulo_data)] for i in range(1,6+1): marco = tk.Frame(win) marco.pack() status = tk.Label(marco, text='--', relief='ridge', width=3) sensor = tk.Label(marco, text=str(i), relief='ridge', width=9) data = tk.Label(marco, text='----', relief='sunken', width=13) status.pack(side='left') sensor.pack(side='left') data.pack(side='left') tabla.append((status, sensor, data)) return tabla # INICIO PROGRAMA if __name__=='__main__': winroot = tk.Tk() winroot.title('Temperatura') winroot.after(500,repeater) # actualizacion de la GUI makemenu(winroot) checkbuttons = makecheck(winroot) play() # lanzamiento del sistema de eventos winroot.mainloop() # cierre de hilos print('cerrando') actividad['play']=False actividad['record']=False 73 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. time0 = time.time() while True: data = objectSerial.read() self.bytesOut += data if data == STX: self.bytesOut = STX if (data == ETX) and (objectSerial.inWaiting() == 0): break if time.time() > time0+serialTimeOut+serialTimeOp: raise serial.SerialTimeoutException def serie(self, objectSerial): print('Enviando y recibiendo por serie') # try: n=bytes('%03d' % (self.contador), encoding='ascii') self.bytesIn = self.bytesIn[:4]+n+self.bytesIn[4:] self.write(objectSerial) self.read(objectSerial) if self.bytesIn[:7] == self.bytesOut[:7]: self.bytesOut = self.bytesOut[:4]+self.bytesOut[7:] else: time.sleep(1) self.read(objectSerial) if self.bytesIn[:7] == self.bytesOut[:7]: self.bytesOut = self.bytesOut[:4]+self.bytesOut[7:] else: self.bytesOut = STX + b'error' + ETX except serial.SerialTimeoutException: print(message.bytesIn) # print(message.bytesOut) # print('SerialTimeoutException') pass except serial.SerialException: print('Conexion serie caida') actividad['serial'] = False objectSerial.close() objectSerial == None threading.Thread(target=serial_up).start() # Thread except Exception as x: actividad['serial'] = False objectSerial.close() objectSerial == None threading.Thread(target=serial_up).start() # Thread print('Otro tipo de excepcion\nSerial down\n', x) else: return self.bytesIn = STX + b'error' + ETX # ---Funciones--- # SERIE 80 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. def serial_up(): '''Thread that make an object serial instance Hilo para establecer la conexion serie Crea una instancia de un objeto serial (GLOBAL objectSerial). El objeto esta conectado al puerto proporcionado por serialPort''' global objectSerial, serialPort while not actividad['serial'] and actividad['run']: try: objectSerial = serial.Serial( serialPort, baudrate=9600, timeout=1, writeTimeout=1) except serial.serialutil.SerialException: print('Excepcion:\n', 'a) El dispositivo no se encuentra en el puerto indicado.\n', 'b) o no está conectado.\n> Reintentando en 5 segundos') # enviar un mensaje al agente que se ha conectado time.sleep(5) else: time.sleep(3)# Tiempo de activacion print('Conexion serie up') actividad['serial'] = True # SOCKET def socket_up(): global genSocket try: genSocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) except OSError: print('Excepcion al crear una instancia del tipo socket') print('--- Cerrando ---') try: genSocket.bind((socketHost, socketPort)) genSocket.listen(5) print('Socket up.') print(' Socket host:',socket.gethostname()) print(' Socket port:',socketPort) except OSError: print('Excepcion al crear el socket receptor de peticiones de conexion', 'puede ser debido a que el puerto o la direccion IP', socketPort, 'estan siendo usados por otra aplicación') print('--- Cerrando ---') genSocket.close() actividad['run'] = False 81 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. # ----- INICIO PROGRAMA ----- print('--- iniciando ---') threading.Thread(target=serial_up).start() # Thread socket_up() while actividad['run']: # Bucle try: # Crea un socket cliente tras una peticion de conexion print('Waiting nueva conexion TCP/IP...') conexionRed, address = genSocket.accept() conexionRed.settimeout(2) print('Conexion con', address) # recepcion del mensaje data = b'' while not ETX in data: # reconstruye el mensaje trozo = conexionRed.recv(1024) if not trozo: break data += trozo message = Message(data, contador) contador = (contador + 1) % 1000 if actividad['serial']: message.serie(objectSerial) else: message.bytesOut = STX + b'error,serial_down' + ETX conexionRed.sendall(message.bytesOut) except socket.timeout: pass except Exception: pass finally: conexionRed.close() 82 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. SocketClientt # socketClient # Modulo para la comunicacion como cliente por socket # especifico para el ArduinoServer.py # Caracteristicas: # Propaga excepciones # Cierra siempre el socket import socket import time def send_recv(message, ip='localhost', port=50008, tOp=0, tOut=1): ''' Envia un mensaje y espera su respuesta. Sintaxis: send_recv(message, ip, port, t_operacion, t_out) Parametros pasados a la funcion: message = cadena Unicode o ASCII ip = cadena de texto de la direccion IP del servidor port = entero del puerto de escucha del servidor t_operacion = tiempo de estimado t_out = tiempo de envio t_operacion + t_out + t_out = t_max Respuesta: cadena Unicode. ''' try: so = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) so.settimeout(tOut) so.connect((ip,port)) #print(so.getpeername()) #print(so.getsockname()) so.sendall(bytes(message, encoding='ascii')) so.shutdown(socket.SHUT_WR) so.settimeout(tOut+tOp) resp = b'' while True: trozo = so.recv(1024) if not trozo: break resp += trozo finally: so.close() return str(resp, encoding='ascii') 83 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. motorShieldModule # motorShieldModule # Python 3 # Modulo para interaccionar con el sketch del motor import sys import socketClient as sc # Direccion y puerto donde se encuentra el servidor serverHost = 'localhost' # ejemplos: 'localhosts', '192.168.2.3' serverPort = 50000 STX = '\x02' # Start of Text character ETX = '\x03' # End of Text character # Sintaxis # STX + Command + ',' + Argumentos + ETX # Funciones basicas def turn(i,d): '''Hace girar el motor i pasos en la direccion d i es un entero. d es interpretado como un booleano. ''' if d: cmd = 'sns' + ','+ str(i) + '+' else: cmd = 'sns' + ','+ str(i) + '-' arg = None message = STX + cmd + ETX # socket try: ans = sc.send_recv(message, serverHost, serverPort, tOp=1 ,tOut=60) except sc.socket.timeout: return 'timeout' except Exception: return 'socket error' # comprobacion de la respuesta if message == ans: pass def set_step_duration(i): '''Fija la duracion del paso i es un entero interpretado como microsegundos ''' cmd = 'str' + ',' + str(i) arg = None message = STX + cmd + ETX # socket 84 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. try: ans = sc.send_recv(message, serverHost, serverPort, tOp=2 ,tOut=2) except sc.socket.timeout: return 'timeout' except Exception: return 'socket error' # comprobacion de la respuesta if message == ans: return 'ok' def set_abs_pos(i): '''Fija la posicion absoluta del motor ''' cmd = 'sap' + ',' + str(i) arg = None message = STX + cmd + ETX # socket try: ans = sc.send_recv(message, serverHost, serverPort, tOp=2 ,tOut=2) except sc.socket.timeout: return 'timeout' except Exception: return 'socket error' # comprobacion de la respuesta if message == ans: return 'ok' def get_abs_pos(): '''Obtiene la posicion absoluta del motor en pasos ''' cmd = 'gap' arg = None message = STX + cmd + ETX # socket try: ans = sc.send_recv(message, serverHost, serverPort, tOp=2 ,tOut=2) except sc.socket.timeout: return 'timeout' except Exception: return 'socket error' # comprobacion de la respuesta try: ans = ans.strip(STX+ETX+',').split(',') if cmd[:3] == ans[0]: resp = int(ans[1]) return resp except Exception: return 'corrupcion del mensaje' 85 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. motorGui # motorGui # python 3 import tkinter as tk import tkinter.messagebox as tkm import threading, queue, time import motorShieldModule as motor # CONSTANTES GLOBALES # Localizacion del servidor volcadas en el modulo analogicModule motor.serverHost = 'localhost' # 'localhost' o '192.168.2.13' motor.serverPort = 50000 t_intervalo = 1 # intervalo entre peticiones (en segundos) # VARIABLES # Variables globales buttons = {} # diccionario de objetos graficos; campos a actualizar. labels = {} # diccionario de objetos graficos; campos a actualizar. actividad = {'play':False, 'record':False} # bit, si False => close thread dataqueue = queue.Queue() # Cola de datos de acceso en exclusion. posicion = '' #posicion = 'pos_1' pasosEntrePos = 740 pasosPos0 = 500 posiciones = { 'pos_1': pasosPos0 + 0*pasosEntrePos, 'pos_2': pasosPos0 + 1*pasosEntrePos, 'pos_3': pasosPos0 + 2*pasosEntrePos, 'pos_4': pasosPos0 + 3*pasosEntrePos, 'pos_5': pasosPos0 + 4*pasosEntrePos, 'pos_6': pasosPos0 + 5*pasosEntrePos, 'pos_7': pasosPos0 + 6*pasosEntrePos, 'pos_8': pasosPos0 + 7*pasosEntrePos, 'reajustar':0 } # Funciones def steps_to_new(newPos): global posicion if posicion == '': try: get() time.sleep(1) except Exception: pass else: 86 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. try: steps = posiciones[newPos] - posiciones[posicion] posicion = newPos if steps > 0: return (steps,1) else: return (abs(steps),0) except Exception: return (0,0) def get(): global posicion resp = motor.get_abs_pos() if type(resp) == int: for key in posiciones: buttons[key].config(relief='raise') if posiciones[key] == resp: posicion = key buttons[key].config(relief='sunken') else: return def pos_1(): for key in posiciones: buttons[key].config(relief='raise') buttons['pos_1'].config(relief='sunken') stepd = steps_to_new('pos_1') motor.turn(stepd[0],stepd[1]) def pos_2(): for key in posiciones: buttons[key].config(relief='raise') buttons['pos_2'].config(relief='sunken') stepd = steps_to_new('pos_2') motor.turn(stepd[0],stepd[1]) def pos_3(): for key in posiciones: buttons[key].config(relief='raise') buttons['pos_3'].config(relief='sunken') stepd = steps_to_new('pos_3') motor.turn(stepd[0],stepd[1]) def pos_4(): for key in posiciones: buttons[key].config(relief='raise') buttons['pos_4'].config(relief='sunken') stepd = steps_to_new('pos_4') motor.turn(stepd[0],stepd[1]) def pos_5(): for key in posiciones: buttons[key].config(relief='raise') buttons['pos_5'].config(relief='sunken') stepd = steps_to_new('pos_5') motor.turn(stepd[0],stepd[1]) def pos_6(): for key in posiciones: buttons[key].config(relief='raise') buttons['pos_6'].config(relief='sunken') stepd = steps_to_new('pos_6') motor.turn(stepd[0],stepd[1]) 87 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. def pos_7(): for key in posiciones: buttons[key].config(relief='raise') buttons['pos_7'].config(relief='sunken') stepd = steps_to_new('pos_7') motor.turn(stepd[0],stepd[1]) def pos_8(): for key in posiciones: buttons[key].config(relief='raise') buttons['pos_8'].config(relief='sunken') stepd = steps_to_new('pos_8') motor.turn(stepd[0],stepd[1]) def reajustar(): for key in posiciones: buttons[key].config(relief='raise') buttons['reajustar'].config(relief='sunken') stepd = steps_to_new('reajustar') if stepd[1] == 0: motor.turn(100,1) time.sleep(1.5) motor.turn(stepd[0]+500,stepd[1]) time.sleep(10) motor.set_abs_pos(0) time.sleep(1) get() def repeater(t_refresco=500): try: data = dataqueue.get(block=False) except queue.Empty: pass else: # actualizar GUI #labels[data[0]].config(text=data[1]) pass winroot.after(t_refresco, repeater) # llamada periodica ms def play(): # lanzador del hilo play_thread threading.Thread(target=play_thread).start() def play_thread(): # Futuro uso while actividad['play']: time.sleep(1) motor.get_abs_pos() # Definicion de las ventanas def notdone(): tkm.showerror('NO implementado', 'NO disponible.\nEn desarrollo') def makemenu(win): 88 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. menubar = tk.Menu(win) win.config(menu=menubar) filemenu = tk.Menu(menubar) filemenu.add_command(label='Save...', command=notdone, underline=0) filemenu.add_command(label='Save as', command=notdone, underline=0) filemenu.add_separator() filemenu.add_command(label='Quit...', command=win.quit,underline=0) menubar.add_cascade(label='File', menu=filemenu, underline=0) editmenu = tk.Menu(menubar) editmenu.add_command(label='Preferences', command=notdone) menubar.add_cascade(label='Edit', menu=editmenu, underline=0) toolmenu = tk.Menu(menubar) toolmenu.add_command(label='Get position', command=get, underline=0) menubar.add_cascade(label='Tools', menu=toolmenu, underline=0) helpmenu = tk.Menu(menubar) helpmenu.add_command(label='About',command=notdone) menubar.add_cascade(label='Help', menu=helpmenu, underline=0) def makebuttons(win, buttons=buttons, labels=labels): '''Construye los botones''' frame = tk.Frame(win) frame.pack() bttn_pos_1 = tk.Button(frame, text='Posicion 1', command=pos_1, width=20) bttn_pos_2 = tk.Button(frame, text='Posicion 2', command=pos_2, width=20) bttn_pos_3 = tk.Button(frame, text='Posicion 3', command=pos_3, width=20) bttn_pos_4 = tk.Button(frame, text='Posicion 4', command=pos_4, width=20) bttn_pos_5 = tk.Button(frame, text='Posicion 5', command=pos_5, width=20) bttn_pos_6 = tk.Button(frame, text='Posicion 6', command=pos_6, width=20) bttn_pos_7 = tk.Button(frame, text='Posicion 7', command=pos_7, width=20) bttn_pos_8 = tk.Button(frame, text='Posicion 8', command=pos_8, width=20) bttn_reajustar = tk.Button(frame, text='Reajustar', command=reajustar, width=20) bttn_pos_1.pack() bttn_pos_2.pack() bttn_pos_3.pack() bttn_pos_4.pack() bttn_pos_5.pack() bttn_pos_6.pack() bttn_pos_7.pack() bttn_pos_8.pack() bttn_reajustar.pack() buttons['pos_1'] = bttn_pos_1 buttons['pos_2'] = bttn_pos_2 buttons['pos_3'] = bttn_pos_3 buttons['pos_4'] = bttn_pos_4 buttons['pos_5'] = bttn_pos_5 buttons['pos_6'] = bttn_pos_6 buttons['pos_7'] = bttn_pos_7 89 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. writeTimeout=1) # baudrate=38400 except serial.serialutil.SerialException: print('Excepcion:\n', 'a) El dispositivo no se encuentra en el puerto indicado.\n', 'b) o no está conectado.\n> Reintentando en 5 segundos') # enviar un mensaje al agente que se ha conectado time.sleep(5) else: time.sleep(3)# Tiempo de activacion print('Conexion serie up') actividad['serial'] = True # SOCKET def socket_up(): global genSocket try: genSocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) except OSError: print('Excepcion al crear una instancia del tipo socket') print('--- Cerrando ---') try: genSocket.bind((socketHost, socketPort)) genSocket.listen(5) print('Socket up.') print(' Socket host:',socket.gethostname()) print(' Socket port:',socketPort) except OSError: print('Excepcion al crear el socket receptor de peticiones de conexion', 'puede ser debido a que el puerto o la direccion IP', socketPort, 'estan siendo usados por otra aplicación') print('--- Cerrando ---') genSocket.close() actividad['run'] = False # ----- INICIO PROGRAMA ----- print('--- iniciando ---') threading.Thread(target=serial_up).start() # Thread socket_up() while actividad['run']: # Bucle try: # Crea un socket cliente tras una peticion de conexion print('Waiting nueva conexion TCP/IP...') conexionRed, address = genSocket.accept() conexionRed.settimeout(2) print('Conexion con', address) # recepcion del mensaje 96 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. data = b'' while not ETX in data: # reconstruye el mensaje trozo = conexionRed.recv(1024) if not trozo: break data += trozo message = Message(data) if actividad['serial']: message.serie(objectSerial) else: message.bytesOut = STX + b'error,serial_down' + ETX # contestacion conexionRed.sendall(message.bytesOut) except socket.timeout: pass except Exception: print('Exception') finally: conexionRed.close() 97 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. socketClient # socketClient # Modulo para la comunicacion como cliente por socket # especifico para el ArduinoServer.py # Caracteristicas: # Propaga excepciones # Cierra siempre el socket import socket import time def send_recv(message, ip='localhost', port=50008, tOp=0, tOut=1): ''' Envia un mensaje y espera su respuesta. Sintaxis: send_recv(message, ip, port, t_operacion, t_out) Parametros pasados a la funcion: message = cadena Unicode o ASCII ip = cadena de texto de la direccion IP del servidor port = entero del puerto de escucha del servidor t_operacion = numero real con el tiempo de duracion de la operacion t_out = numero real con el tiempo de espera en las operaciones de conexion, envio, y recepcion. t_operacion + t_out + t_out = t_max Respuesta: cadena Unicode. ''' try: so = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) so.settimeout(tOut) so.connect((ip,port)) #print(so.getpeername()) #print(so.getsockname()) so.sendall(bytes(message, encoding='ascii')) so.shutdown(socket.SHUT_WR) so.settimeout(tOut+tOp) resp = b'' while True: trozo = so.recv(1024) if not trozo: break resp += trozo finally: so.close() return str(resp, encoding='ascii') 98 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. bronkhorstModule # bronkhorstModule # python 3 # Funciones basicas # import socketClient as sc # Direccion y puerto donde se encuentra el servidor serverHost = 'localhost' # serverPort = 50000 STX = ':' ETX = '\n' def set_point(n): ''' Selecciona el punto de trabajo, set_point(n) con n entero de 0 a 32000. Que se corresponde al 0 y al 100% de la abertura de la valvula ''' #n = bytes(hex(n), encoding='ascii')[2:] # valor hexadecimal 16000=3E80 if (0 > n and n > 3200): return 'fuera de rango' if type(n) == int: n = int(n) else: return 'type error' n = ('0000' + hex(n)[2:])[-4] # 4 digitos hexadecimales l = '06' nodo = '03' comando = '01' proceso = '01' tipo = '21' message = ':'+ l + nodo + comando + proceso + tipo + n + '\r\n' # socket try: ans = sc.send_recv(message, serverHost, serverPort, tOp=1, tOut=1) except sc.socket.timeout: return 'timeout' except Exception: return 'socket error' # comprobacion de la respuesta try: if int(ans[7:9]) == 0: ans = 0 else: ans = 'error' except Exception: ans = 'exception' return ans def get_point(): # try o rango de n l = '06' nodo = '03' 99 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. comando = '04' proceso = '01' tipo = '21' message = (':'+ l + nodo + comando + proceso + tipo + proceso + tipo + '\r\n') # socket try: ans = sc.send_recv(message, serverHost, serverPort, tOp=1, tOut=1) except sc.socket.timeout: return 'timeout' except Exception: return 'socket error' # comprobacion de la respuesta try: ans = int(ans[11:15],16) # de hexadecimal string a entero except Exception: ans = 'exception' return ans def measure(): ''' Hace una medida del flujo. valor entero que puede tomar valores en ter -23593 a 41942, aunque 32000 equivale al 100% ''' l = '06' nodo = '03' comando = '04' # request parameter proceso = '01' # proceso tipo = '21' # entero + index (tipo del valor que me a a devolver) proceso = '01' # proceso parametro = '20' # tipo entero + FBnr (tipo del parametro) message = (':'+ l + nodo + comando + proceso + tipo + proceso + parametro + '\r\n') # socket try: ans = sc.send_recv(message, serverHost, serverPort, tOp=1, tOut=1) except sc.socket.timeout: return 'timeout' except Exception: return 'socket error' # comprobacion de la respuesta try: ans = int(ans[11:15],16) # de hexadecimal string a entero except Exception: ans = 'exception' return ans # ---- funciones no usadas def close(): ''' 100 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. tipo string de 8 caracters ''' l = '0C' # 12 nodo = '03' comando = '02' # send parameter sin peticion de estado proceso = '01' # proceso parametro = '06' # tipo caracter (0) + FBnr (parametro) valor = '0101010101010101' message = (':'+ l + nodo + comando + proceso + parametro + valor + '\r\n') def open(): ''' tipo string de 8 caracters ''' l = '0C' # 12 nodo = '03' comando = '02' # send parameter sin peticion de estado proceso = '01' # proceso parametro = '06' # tipo caracter (0) + FBnr (parametro) valor = '0000000000000000' message = (':'+ l + nodo + comando + proceso + parametro + valor + '\r\n') def status(): ''' Estado de la valvula open/close ''' l = '0C' # 12 nodo = '03' comando = '04' # send parameter sin peticion de estado proceso = '01' # proceso parametro = '06' # tipo caracter (0) + FBnr (parametro) valor = '0000000000000000' message = (':'+ l + nodo + comando + proceso + parametro + valor + '\r\n') 101 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. bronkhorstGui # bronkhorstGui # python 3 # interfaz grafica para caudalimetro Bronkhorst import tkinter as tk import tkinter.messagebox as tkm import threading, queue, time import bronkhorstModule as br # CONSTANTES GLOBALES # VARIABLES # Variables globales botones = {} # diccionario de objetos graficos Button. record, play, stop. labels = {} # diccionario de objetos graficos Labels, campos a actualizar. dialogos = {} actividad = {'run':True, 'save':False } # boolean, if False => close thread dataqueue = queue.Queue() # Cola de datos de acceso en exclusión mutua # Funciones def repeater(): '''Actualizacion periodica''' try: data = dataqueue.get(block=False) except queue.Empty: pass else: # actualizar GUI labels[data[0]].config(text=data[1]) winroot.after(100, repeater) # programar nueva llamada def reading(): threading.Thread(target=reading_thread).start() def reading_thread(): while actividad['run']: try: ans = br.get_point() ans = ans dataqueue.put(('point','%.1f' % (ans/32))) time.sleep(0.5) ans = br.measure() dataqueue.put(('measure','%.1f' % (ans/32))) time.sleep(0.5) except Exception: print('excepcion') time.sleep(0.5) 102 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. def dialog_change_point(): def push(): valor = dialogo.get() change_point(valor) popup.destroy() popup = tk.Toplevel() dialogo = tk.Entry(popup) dialogo.pack(side='top') tk.Button(popup, text='Cancel', command=popup.destroy).pack(side='left') tk.Button(popup, text = 'Apply',command=push).pack(side='right') def change_point(valor): threading.Thread(target=change_point_thread,args=(valor,)).start() def change_point_thread(valor): try: valor = int(valor) except: pass else: if ((valor >= 0) and (valor < 100)): try: br.set_point(int(valor/32)) except Exception: pass # Definicion de las ventanas def notdone(): tkm.showerror('NO implementado', 'NO disponible.\nEn desarrollo') def makemenu(win): menubar = tk.Menu(win) win.config(menu=menubar) filemenu = tk.Menu(menubar) filemenu.add_command(label='Save...', command=notdone, underline=0) filemenu.add_command(label='Save as', command=notdone, underline=0) filemenu.add_separator() filemenu.add_command(label='Quit...', command=win.quit,underline=0) menubar.add_cascade(label='File', menu=filemenu, underline=0) editmenu = tk.Menu(menubar) editmenu.add_command(label='Preferences', command=notdone) menubar.add_cascade(label='Edit', menu=editmenu, underline=0) toolmenu = tk.Menu(menubar) menubar.add_cascade(label='Tools', menu=toolmenu, underline=0) helpmenu = tk.Menu(menubar) helpmenu.add_command(label='About',command=notdone) menubar.add_cascade(label='Help', menu=helpmenu, underline=0) 103 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. def makeBar(win, botones, labels): measure_text= tk.Label(win, text='Measure(%): ', width=12, height=2) measure_label = tk.Label(win, text='----', width=8) measure_text.pack(side='left') measure_label.pack(side='left') point_text= tk.Label(win, text='Setpoint (%): ', width=12, height=2) point_label = tk.Label(win, text='----', width=8) point_text.pack(side='left') point_label.pack(side='left') boton_point = tk.Button(win, text='CHANGE', command=dialog_change_point, width=4) boton_point.pack(side='left') labels['measure']=measure_label labels['point']=point_label botones['point']=boton_point return botones, labels # INICIO PROGRAMA if __name__=='__main__': winroot = tk.Tk() winroot.title('Bronkhorst') winroot.after(100,repeater) # actualizacion de la GUI makemenu(winroot) topmarco=tk.Frame() topmarco.pack() #botones, labels = makecanalbar(topmarco, botones, labels) botones, labels = makeBar(winroot, botones, labels) reading() # lanzamiento del sistema de eventos winroot.mainloop() # cierre de hilos actividad['record']=False actividad['run'] = False 104 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. Conjunto MaxiGauge Otro dispositivo serie con lo que la estructura general a los vistos anteriormente. maxiGaugeServer. Programa que hace de puente entre la red Ethernet y el dispositivo serie. SocketClient. El mismo módulo que en los casos anteriores, que se encarga de hacer las conexiones TCP/IP entre la interfaz gráfica y el servidor que hace de puente. maxiGaugeModule. Instrucciones para operar con la MaxiGauge. maxiGaugeGui. Interfaz gráfica en la que aparece el estado de los sensores y su medida. Figura 4. 105 Figura 4. Interfaz gráfica maxiGaugeGui Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. return 'Out of range' message = STX + 'SEN' + y + CR + ENQ + CR + ETX try: ans = sc.send_recv(message, serverHost, serverPort ,tOp=1, tOut=1) except sc.socket.timeout: return 'timeout' except Exception: return 'socket error' # comprobacion de la respuesta try: ans = ans.strip(STX+ETX+','+CR+LF).split(',') if ans[0] == NAK: return 'NAK' except Exception: return 'corrupcion del mensaje' return ans 112 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. maxiGaugeGui import tkinter as tk import tkinter.messagebox as tkm import threading, queue, time import maxiGaugeModule as mxg # CONSTANTES GLOBALES estado_sensor = ['OK','Und','Ove','Err','Off','NS','IdE'] # VARIABLES # Variables globales botones = {} # diccionario de objetos graficos, botones record, play, stop. tabla = [] # lista de objetos graficos, ventanas de actualizacion actividad = {'play':False, 'record':False} # bit, si False => close thread dataqueue = queue.Queue() # Cola de datos de acceso # Funciones def repeater(): try: data = dataqueue.get(block=False) except queue.Empty: pass else: # actualizar GUI tabla[data[0]][0].config(text=estado_sensor[data[1]]) tabla[data[0]][2].config(text=str(data[2])) winroot.after(100, repeater) # llamada periodica def record(): botones['record'].config(relief='sunken') botones['play'].config(relief='sunken') botones['record'].config(state='disabled',bg='#df4f4f') botones['play'].config(state='disabled', bg='#4fdf4f') if actividad['record'] == True: pass elif actividad['record'] == False: actividad['record']=True actividad['play']=False # lanza el hilo threading.Thread(target=record_thread).start() print('record') def record_thread(): fichero = open('maxiGauge_data.txt', 'a') fichero.write('----- Inicio de sesion -----\n') while actividad['record']: linea = '' for i in range(1,7): try: 113 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. ans = mxg.read_press(i) (st, valor) = ans except Exception: pass dataqueue.put((i,st,valor)) #tabla[i][0].config(text=estado_sensor[st]) #tabla[i][2].config(text=str(valor)) linea += str(valor) + ',' fichero.write(linea + str(time.time()) + '\n') fichero.flush() time.sleep(1) fichero.close() def play(): botones['play'].config(relief='sunken') botones['play'].config(state='disabled', bg='#4fdf4f') if actividad['play']==True or actividad['record']== True: pass elif actividad['play'] == False: actividad['play']=True threading.Thread(target=play_thread).start() print('play') def play_thread(): while actividad['play']: for i in range(1,7): try: ans = mxg.read_press(i) (st, valor) = ans if st==5: valor ='----' dataqueue.put((i,st,valor)) except Exception: pass #tabla[i][0].config(text=estado_sensor[st]) #tabla[i][2].config(text=str(valor)) time.sleep(1) def stop(): botones['record'].config(relief='raised') botones['play'].config(relief='raised') botones['record'].config(state='normal', bg='light grey') botones['play'].config(state='normal', bg='light grey') actividad['record']=False actividad['play']=False print('stop') def init(): ''' Encendido de los sensores de la maxigauge ''' for i in [1,2,3,4,5,6]: try: ans = mxg.sensor_on(i) 114 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. except: print('exception') # Definicion de las ventanas def notdone(): tkm.showerror('NO implementado', 'NO disponible.\nEn desarrollo') def makemenu(win): menubar = tk.Menu(win) win.config(menu=menubar) filemenu = tk.Menu(menubar) filemenu.add_command(label='Save...', command=notdone, underline=0) filemenu.add_command(label='Save as', command=notdone, underline=0) filemenu.add_separator() filemenu.add_command(label='Quit...', command=win.quit,underline=0) menubar.add_cascade(label='File', menu=filemenu, underline=0) editmenu = tk.Menu(menubar) editmenu.add_command(label='Preferences', command=notdone) menubar.add_cascade(label='Edit', menu=editmenu, underline=0) toolmenu = tk.Menu(menubar) toolmenu.add_command(label='Init', command=notdone, underline=0) toolmenu.add_command(label='Play', command=notdone, underline=0) menubar.add_cascade(label='Tools', menu=toolmenu, underline=0) helpmenu = tk.Menu(menubar) helpmenu.add_command(label='About',command=notdone) menubar.add_cascade(label='Help', menu=helpmenu, underline=0) def makecommandbar(win): marco = tk.Frame(win) marco.pack() boton_init = tk.Button(marco, text='INIT', command=init, width=3) boton_rec = tk.Button(marco, text='REC', command=record, width=3) boton_play = tk.Button(marco, text='PLAY', command=play, width=3) boton_stop = tk.Button(marco, text='STOP', command=stop, width=3) boton_init.pack(side='left') boton_rec.pack(side='left') boton_play.pack(side='left') boton_stop.pack(side='left') return { 'init': boton_init, 'record': boton_rec, 'play': boton_play, 'stop': boton_stop} def maketable(win): marco = tk.Frame(win) marco.pack() # cabecera 115 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. titulo_status = tk.Label(marco, text='st', relief='flat', width=3, bg='beige') titulo_sensor = tk.Label(marco, text='sensor', relief='flat', width=9, bg='beige') titulo_data = tk.Label(marco, text='data', relief='flat', width=13, bg='beige') titulo_status.pack(side='left') titulo_sensor.pack(side='left') titulo_data.pack(side='left') # tabla tabla = [(titulo_status, titulo_sensor, titulo_data)] for i in range(1,6+1): marco = tk.Frame(win) marco.pack() status = tk.Label(marco, text='--', relief='ridge', width=3) sensor = tk.Label(marco, text=str(i), relief='ridge', width=9) data = tk.Label(marco, text='----', relief='sunken', width=13) status.pack(side='left') sensor.pack(side='left') data.pack(side='left') tabla.append((status, sensor, data)) return tabla # INICIO PROGRAMA if __name__=='__main__': winroot = tk.Tk() winroot.title('MaxiGauge') winroot.after(100,repeater) # actualizacion de la GUI makemenu(winroot) botones = makecommandbar(winroot) tabla = maketable(winroot) # lanzamiento del sistema de eventos winroot.mainloop() # cierre de hilos actividad['play']=False actividad['record']=False 116 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. Conjunto Spellman Primer dispositivo que aparece con conexión Ethernet. Por lo que no se va a necesitar el programa servidor que hacía de puente con el dispositivo serie. spellmanModule. Módulo donde se recogen las instrucciones para operar con la Spellman. spellamGui. Interfaz gráfica para monitorizar y actuar sobre la Spellman. Figura 5. 117 Figura 5. Interfaz gráfica spellmaGui Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. spellmanModule # spellmanModule # python 3 # modulo para enviar comandos por sockets TCP/IP import sys import socket import time serverHost = '192.168.1.4' serverHost = 'localhost' # Conexion serie serverPort = 50000 STX = b'\x02' # Start of Text character ETX = b'\x03' # End of Text character SUCCESS = b'\x24' # caracter $ # STX + Command + ',' + Argumentos + ',' + ETX # Funciones basicas def conect(): sockobject = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) sockobject.settimeout(3) sockobject.connect((serverHost, serverPort)) return sockobject def send(sockobject, byte_string): sockobject.send(byte_string) def receive(sockobject): data = b'' while True: try: data += sockobject.recv(1024) except socket.timeout: return data if ETX in data: return data def close_socket(sockobject): sockobject.close() # Funciones compuestas def command(cmd,arg=None): cmd = bytes(str(cmd), encoding = 'ascii') if arg == None: message = STX + cmd + b'\x2C' + ETX else: arg = bytes(str(arg), encoding = 'ascii') message = STX + cmd + b'\x2C' + arg + b'\x2C' + ETX 118 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. print('sending:',message) try: conexion = conect() time.sleep(0.001) # tiempo extra para crear la conexion send(conexion,message) data = receive(conexion) if (STX+cmd) in data: data = data[data.find(STX+cmd):] if ETX in data: data = data[:data.find(ETX)] else: data = b'' else:data = b'' except Exception: data = b'' finally: close_socket(conexion) print('receiving',data) return data # Funciones especificas def set_DAC(i,n): '''Set digital analog converter i=0 Voltage, arg is a integer = max_V/4096 i=1 Current, arg is a integer = max_I/4096''' cmd = 10+i arg = n try: ans = command(cmd,arg).strip(STX+ETX+b',').split(b',') return ans[0],ans[1] except Exception: return b'' def request_DAC(i): '''Redquest digital analog converter i=0 Voltage, arg is a integer = max_V/4096 i=1 Current, arg is a integer = max_I/4096 return a tupla with command, value''' cmd = 14+i arg = None try: ans = command(cmd,arg).strip(STX+ETX+b',').split(b',') return ans[0],ans[1] except Exception: return b'' def analog(): '''Request analog inputs return a tupla with command and 7 args ans[3] = voltage, integer = max_V/4096 ans[4] = current, integer = max_I/4096''' cmd = 20 119 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. arg = None try: ans = command(cmd,arg).strip(STX+ETX+b',').split(b',') return ans[0],ans[1],ans[2],ans[3],ans[4],ans[5],ans[6],ans[7] except Exception: return b'' def system(): '''Request system status return a tupla with command, HV on/off, interlock, fault ans[1] High Voltage on/off''' cmd = 22 arg = None try: ans = command(cmd,arg).strip(STX+ETX+b',').split(b',') return ans[0],ans[1],ans[2],ans[3] except Exception: return b'' def status(): '''Request digital input status return a tupla with command and 7 args ans[3] remote on(1)/off(0) ans[7] ARC''' cmd = 76 arg = None try: ans = command(cmd,arg).strip(STX+ETX+b',').split(b',') return ans[0],ans[1],ans[2],ans[3],ans[4],ans[5],ans[6],ans[7],ans[8] except Exception: return b'' def remote_on(): '''Turn on remote mode return a tupla with command code and error code ($=>ok)''' cmd = 85 arg = 1 try: ans = command(cmd,arg).strip(STX+ETX+b',').split(b',') return ans[0],ans[1] except Exception: return b'' def remote_off(): '''Turn off remote mode return a tupla with command code and error code ($=>ok)''' cmd = 85 arg = 0 try: ans = command(cmd,arg).strip(STX+ETX+b',').split(b',') return ans[0],ans[1] 120 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. except Exception: return b'' def hv_on(): '''Turn on high voltage return a tupla with command code and error code ($=>ok)''' cmd = 99 arg = 1 try: ans = command(cmd,arg).strip(STX+ETX+b',').split(b',') return ans[0],ans[1] except Exception: return b'' def hv_off(): '''Turn off high voltage return a tupla with command code and error code ($=>ok)''' cmd = 99 arg = 0 try: ans = command(cmd,arg).strip(STX+ETX+b',').split(b',') return ans[0],ans[1] except Exception: return b'' def version(): cmd = 25 arg = None command(cmd,arg) def request_network_settings(): cmd = 50 arg = None try: ans = command(cmd,arg).strip(STX+ETX+b',').split(b',') return ans[0],ans[1],ans[2],ans[3],ans[4],ans[5],ans[6] except Exception: return b'' def set_network_settings(name,ip,port,mask,gateway,MAC): '''Change the network settings. Take 6 strings args: Device Name Remote Address Remote Port Subnet Mask Default Gateway MAC Address Use request_network_settings() to see values. Use str(b'___', encoding='ascii') to feed parameters''' cmd = 51 try: 121 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. marco = tk.Frame(win) marco.pack(side='bottom') marco1 = tk.Frame(marco) marco1.pack() marco2 = tk.Frame(marco) marco2.pack() voltage_dac_text= tk.Label(marco1, text='Voltage DAC(V) : ', width=14) voltage_dac = tk.Label(marco1, text='----', width=8) voltage_dac_text.pack(side='left') voltage_dac.pack(side='left') boton_voltage_dac = tk.Button(marco1, text='CHANGE', command=dialog_change_voltage_dac, width=4) boton_voltage_dac.pack(side='left') current_dac_text= tk.Label(marco2, text='Current DAC(mA): ', width=14) current_dac = tk.Label(marco2, text='----', width=8) current_dac_text.pack(side='left') current_dac.pack(side='left') boton_current_dac = tk.Button(marco2, text='CHANGE', command=dialog_change_current_dac, width=4) boton_current_dac.pack(side='left') labels['voltage_dac']=voltage_dac labels['current_dac']=current_dac botones['voltage_dac']=boton_voltage_dac botones['current_dac']=boton_current_dac return botones, labels # INICIO PROGRAMA if __name__=='__main__': winroot = tk.Tk() winroot.title('Spellman') winroot.after(100,repeater) # actualizacion de la GUI makemenu(winroot) topmarco=tk.Frame() topmarco.pack() botones, labels = makehvbar(topmarco, botones, labels) botones, labels = makeremotebar(topmarco, botones, labels) labels.update(maketable(winroot)) botones, labels = makedac(winroot, botones, labels) # lanzamiento del sistema de eventos init() winroot.mainloop() # cierre de hilos actividad['connected']=False actividad['record']=False 128 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. Conjunto CAEN En este equipo se usa una biblioteca C a la que accedemos usando ctypes. caenModule. Módulo con instrucciones que llaman a funciones C usando ctypes para comunicarse con el equipo CAEN. caenGui. Interfaz gráfica para operar con el eqeuipo CAEN. Figura 6. 129 Figura 6. Interfaz gráfica caenGui Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. caenModule # caenModule # python 3 # Modulo con instrucciones para CAEN import ctypes path = './x64/libcaenhvwrapper.so.5.20' # lugar de la biblioteca path = './libcaenhvwrapper.so.5.20' # lugar de la biblioteca libCaen = ctypes.cdll.LoadLibrary(path) # variables slot = 3 # Establecimiento de la conexion # Devuelve un entero que recoge el estado de la conexion # int CAENHVInitSystem( # const char *SystemName, //in # int LinkType, //in # char *Arg, //in # const char *UserName, //in # const char *Password //in # ); _initSystem = libCaen.CAENHVInitSystem _initSystem.argtypes = ( ctypes.POINTER(ctypes.c_char), ctypes.c_int, ctypes.POINTER(ctypes.c_char), ctypes.POINTER(ctypes.c_char), ctypes.POINTER(ctypes.c_char) ) _initSystem.restype = (ctypes.c_int) def initSystem( systemName = b'System2', linkType = 0, adress = b'192.168.0.132', userName = b'admin', password = b'admin'): return _initSystem(systemName, linkType, adress, userName, password) # DeinitSystem _deinitSystem = libCaen.CAENHVDeinitSystem _deinitSystem.argtypes = ( ctypes.POINTER(ctypes.c_char), ) _deinitSystem.restype = (ctypes.c_int) def deinitSystem( systemName = b'System2'): return _deinitSystem(systemName) 130 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. # int CAENHVSetChParam( # const char *SystemName, //in # unsigned short slot, //in # const char *Parname, //in # unsigned short ChNum, //in # cnst unsg short *ChList, //in # const char *ParValue //in def SetChParam( systemName, slot, parName, chNum, chList, parValue): # definicion de los tipos de entrada _SetChParam= libCaen.CAENHVSetChParam _SetChParam.argtypes = ( ctypes.POINTER(ctypes.c_char), ctypes.c_ushort, ctypes.POINTER(ctypes.c_char), ctypes.c_ushort, ctypes.POINTER(ctypes.c_ushort), ctypes.POINTER(ctypes.c_float) ) _SetChParam.restype = (ctypes.c_int) # conversion de los parametros de entrada systemName = ctypes.c_char_p(systemName) slot = ctypes.c_ushort(slot) parName = ctypes.c_char_p(parName) chNum = ctypes.c_ushort(chNum) chList = (ctypes.c_ushort*len(chList))(*chList) #chList = (ctypes.c_ushort*len(chList))(*chList) #chList = ctypes.c_ushort(4) #print(chList) parValue = ctypes.c_float(parValue) return _SetChParam(systemName, slot, parName, chNum, chList, parValue) # int CAENHVGetChParam( # const char *SystemName, //in # unsigned short slot, //in # const char *Parname, //in # unsigned short ChNum, //in # cnst unsg short *ChList, //in # const char *ParValList //out def GetChParam( systemName, slot, parName, chNum, chList): _GetChParam= libCaen.CAENHVGetChParam _GetChParam.argtypes = ( ctypes.POINTER(ctypes.c_char), 131 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. ctypes.c_ushort, ctypes.POINTER(ctypes.c_char), ctypes.c_ushort, ctypes.POINTER(ctypes.c_ushort), ctypes.POINTER(ctypes.c_float) ) _GetChParam.restype = (ctypes.c_int) systemName = ctypes.c_char_p(systemName) slot = ctypes.c_ushort(slot) parName = ctypes.c_char_p(parName) chNum = ctypes.c_ushort(chNum) chList = (ctypes.c_ushort*len(chList))(*chList) parValue = (ctypes.c_float*chNum.value)() return( _GetChParam(systemName, slot, parName, chNum, chList, parValue), [parValue[i] for i in range(chNum.value)] ) # int CAENHVSetChParam( # const char *SystemName, //in # unsigned short slot, //in # const char *Parname, //in # unsigned short ChNum, //in # cnst u short *ChList, //in # const int *ParValue //in #boolean def SetChBool( systemName, slot, parName, chNum, chList, parValue): _SetChBool= libCaen.CAENHVSetChParam _SetChBool.argtypes = ( ctypes.POINTER(ctypes.c_char), ctypes.c_ushort, ctypes.POINTER(ctypes.c_char), ctypes.c_ushort, ctypes.POINTER(ctypes.c_ushort), ctypes.POINTER(ctypes.c_int) ) _SetChBool.restype = (ctypes.c_int) systemName = ctypes.c_char_p(systemName) slot = ctypes.c_ushort(slot) parName = ctypes.c_char_p(parName) chNum = ctypes.c_ushort(chNum) chList = (ctypes.c_ushort*len(chList))(*chList) parValue = ctypes.c_int(parValue) return _SetChBool(systemName, slot, parName, chNum, chList, parValue) # Funciones especificas def init(): '''Conexion a la CAEN 0x0 no hay error''' 132 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. return initSystem() def out(): '''Desconexion''' return deinitSystem() def setV(n,x): '''Fija el valor de voltaje del canal n en x chNum es el numero de canales pasados en chList''' return SetChParam(b'System2', slot, b'V0Set', 1, [n], x) def setI(n,x): '''Fija el valor de la intensidad del canal n en x''' return SetChParam(b'System2', slot, b'I0Set', 1, [n], x) def getV(n): return GetChParam(b'System2', slot, b'V0Set', 1, [n] ) def getI(n): return GetChParam(b'System2', slot, b'I0Set', 1, [n] ) def getVMon(n): return GetChParam(b'System2', slot, b'VMon', 1, [n] ) def getIMon(n): return GetChParam(b'System2', slot, b'IMon', 1, [n] ) def on(n): return SetChBool(b'System2', slot, b'Pw', 1, [n], 1 ) def off(n): return SetChBool(b'System2', slot, b'Pw', 1, [n], 0 ) 133 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. caenGui # caenGui # python 3 # interfaz grafica para CAEN import tkinter as tk import tkinter.messagebox as tkm import threading, queue, time import caenModule as caen # CONSTANTES GLOBALES # VARIABLES # Variables globales botones = {} # diccionario de objetos graficos Button. record, play, stop. labels = {} # diccionario de objetos graficos Labels, campos a actualizar. dialogos = {} actividad = {'run':True, 'connected':False, 'save':False, 'remote':False} # boolean, if False => close thread dataqueue = queue.Queue() # Cola de datos de acceso en exclusión mutua caen.slot =3 canal = 5 # Funciones def repeater(): '''Actualizacion periodica''' try: data = dataqueue.get(block=False) except queue.Empty: pass else: # actualizar GUI labels[data[0]].config(text=data[1]) winroot.after(100, repeater) # programar nueva llamada def reading(): threading.Thread(target=reading_thread).start() def reading_thread(): while actividad['run']: if actividad['connected']: try: ans = caen.getV(canal) dataqueue.put(('voltage0','%.1f' % (ans[1][0]))) time.sleep(0.5) ans = caen.getI(canal) dataqueue.put(('current0','%.1f' % (ans[1][0]))) time.sleep(0.5) 134 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. ans = caen.getVMon(canal) dataqueue.put(('voltage','%.1f' % (ans[1][0]))) time.sleep(0.5) ans = caen.getIMon(canal) dataqueue.put(('current','%.1f' % (ans[1][0]))) time.sleep(0.5) except Exception: pass else: time.sleep(0.5) def remote_on(): # threading.Thread(target=remote_on_thread).start() #def remote_on_thread(): try: ans = caen.init() if ans == 0: dataqueue.put(('remote', 'on')) actividad['connected']=True else: dataqueue.put(('remote', 'err')) except Exception: pass def remote_off(): # threading.Thread(target=remote_off_thread).start() #def remote_off_thread(): try: ans = caen.out() if ans == 0: dataqueue.put(('remote', 'off')) actividad['connected']=False else: dataqueue.put(('remote', 'err')) except Exception: pass def canal_on(): # threading.Thread(target=canal_on_thread).start() #def canal_on_thread(): try: ans = caen.on(canal) if ans == 0: dataqueue.put(('canal', 'on')) else: pass except Exception: pass def canal_off(): # threading.Thread(target=canal_off_thread).start() 135 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. #def canal_off_thread(): try: ans = caen.off(canal) if ans == 0: dataqueue.put(('canal', 'off')) else: pass except Exception: pass def dialog_change_voltage(): def push(): valor = dialogo.get() change_voltage(valor) popup.destroy() popup = tk.Toplevel() dialogo = tk.Entry(popup) dialogo.pack(side='top') tk.Button(popup, text='Cancel', command=popup.destroy).pack(side='left') tk.Button(popup, text = 'Apply',command=push).pack(side='right') def change_voltage(valor): threading.Thread(target=change_voltage_thread,args=(valor,)).start() def change_voltage_thread(valor): try: valor = int(valor) except: pass else: if ((valor >= 0) and (valor < 10000)): try: caen.setV(canal,valor) except Exception: pass def dialog_change_current(): def push(): valor = dialogo.get() change_current(valor) popup.destroy() popup = tk.Toplevel() dialogo = tk.Entry(popup) dialogo.pack(side='top') tk.Button(popup, text='Cancel', command=popup.destroy).pack(side='left') tk.Button(popup, text = 'Apply',command=push).pack(side='right') def change_current(valor): threading.Thread(target=change_current_thread,args=(valor,)).start() def change_current_thread(valor): try: valor = float(valor) except: pass else: 136 Desarrollo e implantación de un sistema de adquisición de datos y monitorización para un sistema de detección de materia oscura. if ((valor >= 0) and (valor < 10000)): try: caen.setI(canal,valor) except Exception: pass # Definicion de las ventanas def notdone(): tkm.showerror('NO implementado', 'NO disponible.\nEn desarrollo') def makemenu(win): menubar = tk.Menu(win) win.config(menu=menubar) filemenu = tk.Menu(menubar) filemenu.add_command(label='Save...', command=notdone, underline=0) filemenu.add_command(label='Save as', command=notdone, underline=0) filemenu.add_separator() filemenu.add_command(label='Quit...', command=win.quit,underline=0) menubar.add_cascade(label='File', menu=filemenu, underline=0) editmenu = tk.Menu(menubar) editmenu.add_command(label='Preferences', command=notdone) menubar.add_cascade(label='Edit', menu=editmenu, underline=0) toolmenu = tk.Menu(menubar) toolmenu.add_command(label='Remote on', command=remote_on) toolmenu.add_command(label='Remote off', command=remote_off) menubar.add_cascade(label='Tools', menu=toolmenu, underline=0) helpmenu = tk.Menu(menubar) helpmenu.add_command(label='About',command=notdone) menubar.add_cascade(label='Help', menu=helpmenu, underline=0) def makecanalbar(win, botones, labels): marco = tk.Frame(win) marco.pack(side='left') etiqueta_text = tk.Label(marco, text=' CANAL : ',width=10) etiqueta = tk.Label(marco, text=' -- ',width=5) boton_canal_on = tk.Button(marco, text='ON', command=canal_on, width=3) boton_canal_off= tk.Button(marco, text='OFF',command=canal_off, width=3) etiqueta_text.pack(side='left') etiqueta.pack(side='left') boton_canal_on.pack(side='left') boton_canal_off.pack(side='left') labels['canal']=etiqueta botones['canal_on']=boton_canal_on botones['canal_off']=boton_canal_off return botones, labels 137