JY901串口数据接收与处理(Python)
最近在用JY901做一些实验,关于JY901网上有很多资料了,也有上位机软件,可以方便的查看输出数据。我想做的是对输出的角速度进行积分,对比积分后的结果与输出的角度,如果数据都比较准确地话,那么他们应该相差不大。
这篇文章里,要完成的事情就是通过串口接收他输出的角速度和角度,然后对角速度进行积分,并实时显示数据结果。下面我首先对各个部分进行分块解释,完整的代码放在最后。
1. 串口通信
python实现串口通信可以用 pySerial
库。我们首先选择串口对应的设备端口:
# 获取串口设备对应的端口
def get_serial_port():ports = list(serial.tools.list_ports.comports())for port in ports:print(ports.index(port), port)selected = -1while selected < 0 or selected >= len(ports):print("please input serial to use [start from 0]:")selected = int(input())print("selected: ", selected)port = ports[selected]print("use ", port)port = list(port)return port[0]
然后打开串口并持续接收数据,在收到的数据中提取IMU数据:
def serial_readers(self, port = None, size = 22):# port : 串口端口# size : 默认一次读取数据长度(bytes)if not port:port = get_serial_port()total = bytearray()ser = Nonewhile True:try:if not ser:ser = serial.Serial(port, 115200, timeout=60)if not ser.is_open:ser.open()tmp = ser.read(size)total.extend(tmp)total, ext_omega, ext_angle = self.extract_raw_data(total) #提取IMU数据except Exception as e:print("exception ", e)if ser:ser.close()time.sleep(5)return self.record_omega, self.record_angle
2. IMU数据提取
首先我们来看JY901串口数据的帧结构:
加速度:0x55 0x51 AxL AxH AyL AyH AzL AzH TL TH SUM
角速度:0x55 0x52 wxL wxH wyL wyH wzL wzH TL TH SUM
角度: 0x55 0x53 RollL RollH PitchL PitchH YawL YawH TL TH SUM
这三种数据帧长度都是 11 Bytes,最后一位为校验位,我们从串口数据中提取IMU数据也是根据这个帧结构,先检测帧头,然后读取整个帧(代码里偷了懒,并没有核对校验位)
def extract_raw_data(self, data):# 根据报文格式读取角速度数据# 0x55 0x52 + data + CRC(8bits)length = 9ext_omega = Noneext_angle = Nonetry:st = data.index(b'\x55') # 寻找报文引导字if st >= 0:reserved = data[st+1] # 数据类型if reserved == 82: # 0x52,提取角速度消息if st+length+1 < len(data):if self.count_omega==0:self.time_now = self.time_last = time.time()else:self.time_last = self.time_nowself.time_now = time.time()ext_omega = data[st:st+length+2]temp = int.from_bytes(ext_omega[6:8], byteorder='little', signed=True)self.omega = temp/32768*2000self.record_omega.append(self.omega) #deg/sdata = data[st+length+2:]self.count_omega += 1self.omega_inte += self.omega*(self.time_now - self.time_last)self.omega_inte = (self.omega_inte+180)%360 - 180self.record_inte.append(self.omega_inte)elif reserved == 83: # 0x53,提取角度消息if st+length+1 < len(data):ext_angle = data[st:st+length+2]temp = int.from_bytes(ext_angle[6:8], byteorder='little', signed=True)self.yaw = temp/32768*180if self.count_yaw==0: #记录初始相位self.yaw_init = self.yawself.record_angle.append(self.yaw - self.yaw_init) #degdata = data[st+length+2:]self.count_yaw += 1elif reserved == 81: # 0x51, 丢弃加速度消息if st+length+1 < len(data):ext_data = Nonedata = data[st+length+2:]else:data = data[st+2:]except:return data, ext_omega, ext_angleif self.count_yaw%100 == 0 and self.count_yaw>0:self.save_data()print(len(self.record_omega),' extract omega ',ext_omega,self.omega_inte)print(len(self.record_angle),' extract angle ',ext_angle,self.yaw - self.yaw_init)print('*'*30)return data, ext_omega, ext_angle
3. 绘图显示
我把历史接收数据都存在一个 list
里面了,每过 0.1s 就重新绘图,看起来就像是在实时更新一样。
def plot(self):plt.ion()plt.figure()while True:try:if len(self.record_angle)>0 and len(self.record_inte)>0 :plt.clf()plt.plot(list(range(len(self.record_angle))),self.record_angle,'r')plt.plot(list(range(len(self.record_inte))),self.record_inte,'b')plt.xlim(max(0,self.count_yaw-3000),self.count_yaw+200)plt.legend(labels=['angle','integration'])plt.pause(0.1)plt.ioff()except Exception as e:print("exception ", e)
4. 运行效果
当时忘记保存截图了,这里就不放了 emmmm
5. 完整代码
为了便于共享数据,定义了一个类 JY901
,将上面的各个函数放在这个类里面,输出的数据也都记录在 JY901
的成员变量里。
import serial
import serial.tools.list_ports
import time
import struct
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import threadingclass JY901():def __init__(self):self.time_last = 0self.time_now = 0self.record_angle = []self.record_omega = []self.record_inte = []self.count_yaw = 0self.count_omega = 0self.omega_inte = 0 #角速度积分self.yaw_init = 0self.yaw = 0self.omega = 0def extract_raw_data(self, data):# 根据报文格式读取角速度数据# 0x55 0x52 + data + CRC(8bits)length = 9ext_omega = Noneext_angle = Nonetry:st = data.index(b'\x55') # 寻找报文引导字if st >= 0:reserved = data[st+1] # 数据类型if reserved == 82: # 0x52,提取角速度消息if st+length+1 < len(data):if self.count_omega==0:self.time_now = self.time_last = time.time()else:self.time_last = self.time_nowself.time_now = time.time()ext_omega = data[st:st+length+2]temp = int.from_bytes(ext_omega[6:8], byteorder='little', signed=True)self.omega = temp/32768*2000self.record_omega.append(self.omega) #deg/sdata = data[st+length+2:]self.count_omega += 1self.omega_inte += self.omega*(self.time_now - self.time_last)self.omega_inte = (self.omega_inte+180)%360 - 180self.record_inte.append(self.omega_inte)elif reserved == 83: # 0x53,提取角度消息if st+length+1 < len(data):ext_angle = data[st:st+length+2]temp = int.from_bytes(ext_angle[6:8], byteorder='little', signed=True)self.yaw = temp/32768*180if self.count_yaw==0: #记录初始相位self.yaw_init = self.yawself.record_angle.append(self.yaw - self.yaw_init) #degdata = data[st+length+2:]self.count_yaw += 1elif reserved == 81: # 0x51, 丢弃加速度消息if st+length+1 < len(data):ext_data = Nonedata = data[st+length+2:]else:data = data[st+2:]except:return data, ext_omega, ext_angleif self.count_yaw%100 == 0 and self.count_yaw>0:self.save_data()print(len(self.record_omega),' extract omega ',ext_omega,self.omega_inte)print(len(self.record_angle),' extract angle ',ext_angle,self.yaw - self.yaw_init)print('*'*30)return data, ext_omega, ext_angledef serial_readers(self, port = None, size = 22):# port : 串口端口# size : 默认一次读取数据长度(bytes)if not port:port = get_serial_port()total = bytearray()ser = Nonewhile True:try:if not ser:ser = serial.Serial(port, 115200, timeout=60)if not ser.is_open:ser.open()tmp = ser.read(size)total.extend(tmp)total, ext_omega, ext_angle = self.extract_raw_data(total)except Exception as e:print("exception ", e)if ser:ser.close()time.sleep(5)return self.record_omega, self.record_angledef save_data(self):np.savez('record.npz',record_omega=self.record_omega, record_angle=self.record_angle)def plot(self):plt.ion()plt.figure()while True:try:if len(self.record_angle)>0 and len(self.record_inte)>0 :plt.clf()plt.plot(list(range(len(self.record_angle))),self.record_angle,'r')plt.plot(list(range(len(self.record_inte))),self.record_inte,'b')plt.xlim(max(0,self.count_yaw-3000),self.count_yaw+200)plt.legend(labels=['angle','integration'])plt.pause(0.1)plt.ioff()except Exception as e:print("exception ", e)def get_serial_port():ports = list(serial.tools.list_ports.comports())for port in ports:print(ports.index(port), port)selected = -1while selected < 0 or selected >= len(ports):print("please input serial to use [start from 0]:")selected = int(input())print("selected: ", selected)port = ports[selected]print("use ", port)port = list(port)return port[0]if __name__ == '__main__':imu = JY901()thread_rcv = threading.Thread(target=imu.serial_readers)thread_plt = threading.Thread(target=imu.plot)thread_plt.start()thread_rcv.start()
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