《嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用》課件 3.2-使用串口實(shí)現(xiàn)數(shù)字量IO信號采集實(shí)驗(yàn)

項(xiàng)目三利用串口實(shí)現(xiàn)邊緣硬件控制嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用使用串口實(shí)現(xiàn)數(shù)字量IO信號采集實(shí)驗(yàn)任務(wù)二職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計(jì)劃03知識儲備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)檢查與評價(jià)06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)二使用串口實(shí)現(xiàn)數(shù)字量IO信號采集實(shí)驗(yàn)了解人體紅外傳感器工作原理；掌握使用串口控制人體紅外傳感器的方法。能使用hex方法將HEX對象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為16進(jìn)制；能使用int方法將16進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為10進(jìn)制數(shù)據(jù)；能使用if方法判斷字符串?dāng)?shù)據(jù)是否為指定字符串；能使用串口控制人體紅外傳感器。職業(yè)能力目標(biāo)01知識目標(biāo)技能目標(biāo)職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計(jì)劃03知識儲備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)檢查與評價(jià)06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)二使用串口實(shí)現(xiàn)數(shù)字量IO信號采集實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)將實(shí)現(xiàn)通過調(diào)用serial模塊控制人體紅外傳感器檢測是否有人在人體紅外傳感器前面。任務(wù)描述任務(wù)要求使用hex方法將HEX對象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為16進(jìn)制；使用int方法將16進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為10進(jìn)制數(shù)據(jù)；使用if方法判斷字符串?dāng)?shù)據(jù)是否為指定字符串；使用串口控制人體紅外傳感器。任務(wù)描述與要求02職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計(jì)劃03知識儲備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)檢查與評價(jià)06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)二使用串口實(shí)現(xiàn)數(shù)字量IO信號采集實(shí)驗(yàn)任務(wù)分析實(shí)現(xiàn)串口控制人體紅外感應(yīng)器可能會(huì)涉及到哪些步驟？根據(jù)自己的了解說說人體紅外感應(yīng)器原理？任務(wù)分析與計(jì)劃03任務(wù)計(jì)劃表項(xiàng)目名稱利用串口實(shí)現(xiàn)邊緣硬件控制任務(wù)名稱使用串口實(shí)現(xiàn)數(shù)字量IO信號采集實(shí)驗(yàn)計(jì)劃方式自主設(shè)計(jì)計(jì)劃要求請用5個(gè)計(jì)劃步驟來完整描述出如何完成本次任務(wù)序號任務(wù)計(jì)劃1

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通過上面的思考，你是否對本任務(wù)要完成的工作有所了解？讓我們一起來制訂完成本次任務(wù)的實(shí)施計(jì)劃吧！任務(wù)分析與計(jì)劃03職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計(jì)劃03知識儲備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)檢查與評價(jià)06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)二使用串口實(shí)現(xiàn)數(shù)字量IO信號采集實(shí)驗(yàn)04知識儲備人體紅外感應(yīng)器1串口和并口的區(qū)別233十六進(jìn)制數(shù)值人體紅外感應(yīng)器04

熱釋電傳感器是一種傳感器，別稱人體紅外傳感器，用于生活的防盜報(bào)警、來客告知等，原理是將釋放電荷經(jīng)放大器轉(zhuǎn)為電壓輸出。人體紅外感應(yīng)器04壓電陶瓷類電介質(zhì)在電極化后能保持極化狀態(tài)，稱為自發(fā)極化。自發(fā)極化隨溫度升高而減小，在居里點(diǎn)溫度降為零。因此，當(dāng)這種材料受到紅外輻射而溫度升高時(shí)，表面電荷將減少，相當(dāng)于釋放了一部分電荷，故稱為熱釋電。將釋放的電荷經(jīng)放大器可轉(zhuǎn)換為電壓輸出。這就是熱釋電傳感器的工作原理。人體紅外感應(yīng)器04紅外傳感器的核心原件是熱釋電傳感器，熱釋電傳感器受紅外線照射后，會(huì)產(chǎn)生熱釋電，經(jīng)過放大器放大后，就可以輸出電壓變化。人體紅外感應(yīng)器04

熱釋電傳感器不能探測恒定的紅外輻射，因此在熱釋電傳感器上增加了一個(gè)菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡除了能起到凸透鏡的作用外，還能通過折射作用在感應(yīng)區(qū)（防區(qū)）中形成明區(qū)（下圖紅色部分），暗區(qū)（下圖白色部分），當(dāng)入侵者穿過明區(qū)、暗區(qū)時(shí)，熱釋電傳感器就可以檢測到入侵。人體紅外感應(yīng)器04

如圖是小米人體傳感器結(jié)構(gòu)圖，主要包括三部分：光學(xué)系統(tǒng)（菲涅爾透鏡）、熱釋電傳感器（或稱為紅外傳感器）及報(bào)警控制電路。人體紅外感應(yīng)器041、紅外線傳感器按紅外線接收方式，可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。人體紅外感應(yīng)器分類人體紅外感應(yīng)器042、根據(jù)感應(yīng)區(qū)（防區(qū)）的范圍，可以分為：廣角式和幕簾式人體紅外感應(yīng)器分類人體紅外感應(yīng)器041、人體感應(yīng)，智控生活搭配智能設(shè)備使用聯(lián)動(dòng)，能智能探測人體或?qū)櫸镆苿?dòng)。如安裝在衛(wèi)生間、走廊或者儲物間，檢測到有人時(shí)打開燈，人走后延遲關(guān)燈。人體紅外傳感器應(yīng)用場景人體紅外感應(yīng)器04

2、安全守護(hù)，及時(shí)警戒

將人體紅外安裝在室內(nèi)各個(gè)區(qū)域，當(dāng)有人經(jīng)過時(shí)通過手機(jī)或語音管家發(fā)出提醒。人體紅外傳感器應(yīng)用場景人體紅外感應(yīng)器04

3、遠(yuǎn)程監(jiān)測，場景聯(lián)動(dòng)

人體紅外搭配其他智能設(shè)備，通過APP，進(jìn)行產(chǎn)品連接設(shè)置，實(shí)現(xiàn)智能場景聯(lián)動(dòng)和信息記錄。人體紅外傳感器應(yīng)用場景04知識儲備人體紅外感應(yīng)器1串口和并口的區(qū)別233十六進(jìn)制數(shù)值04串口和并口的區(qū)別1、傳輸方式串口形容一下就是一條車道，而并口就是有8個(gè)車道同一時(shí)刻能傳送8位（一個(gè)位元組）數(shù)據(jù)。但是并不是并口快，由于8位通道之間的互相干擾。傳輸時(shí)速度就受到了限制。而且當(dāng)傳輸出錯(cuò)時(shí)，要同時(shí)重新傳8個(gè)位的數(shù)據(jù)。串口沒有干擾，傳輸出錯(cuò)后重發(fā)一位就可以了。所以要比并口快。04串口和并口的區(qū)別2、發(fā)展趨勢并口傳輸?shù)陌l(fā)展主要存在以下兩個(gè)問題：(1)干擾問題。干擾產(chǎn)生的根本原因是由于傳輸速率太快，一般達(dá)到100M以上，信號線上傳遞的頻率將超過100MHz。04串口和并口的區(qū)別(2)同步問題（最主要問題）

并行傳輸時(shí)，發(fā)送器是同時(shí)將8位信號電平加在信號線上，電信號雖然是以光速傳輸?shù)模杂醒舆t，因此8位信號不是嚴(yán)格同時(shí)到達(dá)接受端，速率小時(shí)，由于每一字節(jié)在信號線上的持續(xù)時(shí)間較長，這種到達(dá)時(shí)間上的不同步并不嚴(yán)重，隨著傳輸速率的增加，與8位信號到達(dá)時(shí)間的差異相比，每一字節(jié)的持續(xù)時(shí)間顯得越來越短，最終導(dǎo)致前一字節(jié)的某幾位與后一字節(jié)的幾位同時(shí)到達(dá)接受端，這就造成了傳輸失敗，而且隨著信號線的加長這種現(xiàn)象還會(huì)越發(fā)嚴(yán)重，直至無法使用。04知識儲備人體紅外感應(yīng)器1串口和并口的區(qū)別233十六進(jìn)制數(shù)值04十六進(jìn)制數(shù)值EX值指的是十六進(jìn)制數(shù)值。十六進(jìn)制（簡寫為hex或下標(biāo)16）在數(shù)學(xué)中是一種逢16進(jìn)1的進(jìn)位制。一般用數(shù)字0到9和字母A到F（或a~f）表示，其中:A~F表示10~15，這些稱作十六進(jìn)制數(shù)字。04十六進(jìn)制數(shù)值04十六進(jìn)制數(shù)值職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計(jì)劃03知識儲備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)檢查與評價(jià)06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)二使用串口實(shí)現(xiàn)數(shù)字量IO信號采集實(shí)驗(yàn)05任務(wù)實(shí)施打開人體傳感器2導(dǎo)入必要的包和模塊1獲得4150數(shù)字模塊DI的值3關(guān)閉串口4導(dǎo)入依賴包05importserialimporttime進(jìn)行數(shù)字量人體傳感器采集實(shí)驗(yàn)前，需要導(dǎo)入必要的模塊，其中最關(guān)鍵的模塊為pyserial。pyserial模塊封裝了python對串口的訪問，為多平臺的使用提供了統(tǒng)一的接口。串口通信是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間，通過數(shù)據(jù)信號線、地線、控制線等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠(yuǎn)距離通信中可以節(jié)約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸?shù)?。串口是?jì)算機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通信協(xié)議。pyserial模塊特性：在支持的平臺上有統(tǒng)一的接口；能夠訪問串口設(shè)置；支持不同的字節(jié)大小、停止位、校驗(yàn)位和流控設(shè)置；可以忽略接收超時(shí)；擁有類似文件讀寫的API，用于讀寫指令，例如read和write，也支持readline等。在python中pyserial模塊即為serial，importserial就能導(dǎo)入。05任務(wù)實(shí)施打開人體傳感器2導(dǎo)入必要的包和模塊1獲得4150數(shù)字模塊DI的值3關(guān)閉串口4打開人體傳感器05ser=serial.Serial("/dev/ttyS0",baudrate=9600,timeout=0.5)print(ser.isOpen())print()print(ser.baudrate)print(ser.timeout)ser.close()serial.Serial(name,baudrate,timeout,bytesize,writeTimeout,port)參數(shù)說明:name:設(shè)備串口；baudrate:串口波特率；timeout:讀超時(shí)時(shí)長；bytesize:字節(jié)大小；writeTimeout:寫超時(shí)；port:讀或者寫端口。05任務(wù)實(shí)施打開人體傳感器2導(dǎo)入必要的包和模塊1獲得4150數(shù)字模塊DI的值3關(guān)閉串口4獲得4150數(shù)字模塊DI的值05ser=serial.Serial('/dev/ttyS0',baudrate=9600,timeout=0.2)ser.flushInput()ser.flushOutput()command='0101000000077DC8’cmd=bytes.fromhex(command)ser.write(cmd)data=ser.read(6)data=str(data.hex())

在RS485模塊的通信中，傳感器獲得到的值通過RS485模塊的DI口（DriverInput）輸入。獲取DI值等價(jià)于讀取傳感器的數(shù)值。Adam4150數(shù)字模塊使用RS485接口，采用的通信協(xié)議是Modbus。而Modbus協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)使用的是HEX形式的字符。本實(shí)驗(yàn)獲取人體傳感器DI值指令所對應(yīng)的16進(jìn)制為0101000000077DC8。若要獲得傳感器DI值，就要將command轉(zhuǎn)換成HEX類型，再轉(zhuǎn)換成bytes類型。通過ser.read()函數(shù)獲取4150返回的數(shù)值保存到data中。在本實(shí)驗(yàn)中，返回的數(shù)值中有效位數(shù)為6位。串口設(shè)備的返回值也是bytes形式。為了方便人們讀懂，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。05任務(wù)實(shí)施打開人體傳感器2導(dǎo)入必要的包和模塊1獲得4150數(shù)字模塊DI的值3關(guān)閉串口4關(guān)閉串口05ser.close()為了防止串口被一直占用，在使用結(jié)束后需要關(guān)閉串口。使用ser.close()使串口關(guān)閉。職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與計(jì)劃03知識儲備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)檢查與評價(jià)06任務(wù)小結(jié)07任務(wù)拓展08任務(wù)二使用串口實(shí)現(xiàn)數(shù)字量IO信號采集實(shí)驗(yàn)任務(wù)檢查與評價(jià)06序號評價(jià)內(nèi)容評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值得分1知識運(yùn)用（20%）掌握相關(guān)理論知識，理解本次任務(wù)要求，制定詳細(xì)計(jì)劃，計(jì)劃條理清晰，邏輯正確（20分）20分

理解相關(guān)理論知識，能根據(jù)本次任務(wù)要求、制定合理計(jì)劃（15分）了解相關(guān)理論知識，有制定計(jì)劃（10分）無制定計(jì)劃（0分）2專業(yè)技能（40%）完成打開串口、獲取DI值、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、關(guān)閉串口。（40分）40分

完成打開串口、獲取DI值、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。（30分）完成打開串口、獲取DI值。（20分）完成打開串口。（10分）沒有打開串口。（0分）3核心素養(yǎng)（20%）具有良好的自主學(xué)習(xí)能力、分析解決問題的能力、整個(gè)任務(wù)過程中有指導(dǎo)他人（20分）20分

具有較好的學(xué)習(xí)能力和分析解決問題的能力，任務(wù)過程中無指導(dǎo)他人（15分）能夠主動(dòng)學(xué)習(xí)并收集信息，有請教他人進(jìn)行解決問題的能力（10分）不主動(dòng)學(xué)習(xí)（0分）4課堂紀(jì)律（20%）設(shè)備無損壞、設(shè)備擺放整齊、工位區(qū)域內(nèi)保持整潔、無干擾課堂秩序（20分）20分

設(shè)備無損壞、無干擾課堂秩序（15分）無干擾課堂秩序（10分）干擾課堂秩序（0分）總得分1、請參照評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)完成自評和對其他小組的互評。2、各組請代表分析本組任務(wù)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02任務(wù)分析與