Укрощение строптивого прибора или python в помощь инженеру16.12.2024 17:15

Здравствуйте товарищи!

В статье хочу поделиться с вами своим опытом по применению стандартных команд для программируемых инструментов (SCPI). Рассмотрим, как подключиться к установке проверки электрической безопасности GWINSTEK GPT-79803 и автоматизировать измерения и запись результатов.

Предприятие, на котором я работаю, занимается разработкой и производством интересных штук. В том числе специальных соединителей. Соединитель представляет собой кабель с разъемами на концах. К соединителю есть ряд требований и одно из них — сохранять работоспособность в условиях повышенного давления под водой. Соединители были разработаны и изготавливаются. Каждый соединитель в обязательном порядке проходит испытания повышенным давлением в воде. Тут и появляется наш прибор. Он может подать на исследуемые компоненты большую разность потенциалов и измерить сопротивление между ними (например, между чётными и нечётными проводниками в кабеле соединителя). Если в конструкции где-то нарушается герметичность (продавливается вода), то прибор покажет изменение сопротивления и, в зависимости от настроек, тест будет либо пройден либо нет.

Процесс испытания проходит следующим образом:

• сопротивление замеряется в нормальных условиях;

• потом постепенно повышается давление и на определенных отметках замеры повторяются;

• каждый замер документируется путём фотографирования экрана, скачивания фоток и занесения их в протокол испытаний.

На этом моменте мой коллега устал и спросил: «А можно ли как-то сделать, что бы результаты ч сразу в компьютере появлялись?». «Если на задней панели есть гнездо разъема USB type A, то, наверное, можно» — ответил я.

Подключаем прибор к компьютеру. В менеджере устройств он определяется как «конвертер USB COM CP210X». Настраиваем соединение и подключаемся терминалом. Соединение устанавливается … и всё. Немигающий зеленый курсор, ничего не появляется и ничего не вводится. Самое время заглянуть в документацию. (На самом деле всё вводилось и появлялось, но об этом позже, чтобы сохранить линейность произошедшего)

Снимок экрана руководства оператора из комплекта поставки

Ответов в рисунке выше найдено не было, дальнейший поиск шел на сайте производителя. И, что интересно, прибора с наименованием GPT-79803 на официальном сайте Gwinstek я не нашел. Но там были GPT-9803 c документацией и программами. Скорее всего прибор в моей компании был изготовлен по спецзаказу (русские буквы на рамке экрана и 7 в начале номера модели на это указывают, но это не точно).

Программа была загружена и установлена. По меню и главному окну понятно, что все необходимые функции реализованы. Бери и пользуйся.

У меня есть для вас программа, только именно с вашим прибором она работать не будет!

Но при попытке подключения выводилось окно с перечислением приборов к которым можно подключиться (естественно все индексы приборов были без семёрки).

С одной стороны опять не удача, с другой — программа как-то получила идентификатор моего прибора, сравнила его со своим списком разрешенных в Российской Федерации моделей, не нашла его там и отказала (наверное, санкции). Обмен данными происходит. Значит надо подсмотреть, почему программа обменивается данными, а через терминал не получается.

Для сниффинга USB использовалась программа USBPcap. Это консольное приложение позволяет перехватить обмен по USB и записать его в формате pcap. Этот формат можно открыть программой Wireshark. Процесс происходит следующим образом:

• запускается USBPcap;

• USBPcap выдает список подключенных устройств, цифрой выбираем интересующее устройство и вводим название файла для записи;

• рядом открывается окно программы прибора;

• в USBPcap начинаем запись, в программе прибора проводим процедуру подключения;

• останавливаем запись, в Wireshark открываем полученный файл.

  На рисунке ниже находим первую команду, которая была отправлена от хоста к устройству

*CLS — команда очищения регистров событий и очереди ошибок

Странно, ведь в руководстве оператора написано *IDN? (по этой команде прибор отвечает своим наименованием). Смотрим дальше.

Кто ты, воин?

А вот и интересующий ответ ниже.

Я GPT-79803, сын Gwinstek’а!

Дальше исследования переместились в Юпитер блокнот. Мне удобно проверять элементы кода в нем и смотреть вывод на разных этапах. Для попыток подключения к прибору использовалась библиотека pyvisa, но подключиться так и не удалось (хотя наличие прибора определялось).

Ошибка подключения при использовании pywisa

На этом этапе возникла идея, что при попытке подключения терминалом просто не выводилось эхо вводимых символов, а при попытке ввода команд *CLS *IDN? в слепую — прибор ответил (потом я включил эхо в настройках Putty и в терминале всё стало выглядеть ожидаемо). Можно смело вернуться в Юпитер блокнот и организовать обмен с прибором, на этот раз через pyserial. Методом проб было выяснено, что в конце команды надо добавлять символ новой линии и перевода каретки.

Команды для работы именно с этим прибором были найдены на официальном сайте (естественно для 9000 серии). Когда диалог налажен, можно спросить у прибора текущий режим и запустить измерение.

Обмен прибором

Для ускорения внедрения рационального предложения было решено написать небольшое приложение с использованием pyQt (ну не понравится моему коллеге работать с Юпитер блокнотом).

П р и м е ч, а н и е — Так-то я не программист, поэтому ниже представленный код можно и нужно критиковать.

Для создания интерфейса решено было использовать Qt Designer. Нужно всего лишь добавить…© QListWidget, QComBobox, QPushButton. Размещены элементы на вертикальном макете (Vertical Layout) — при масштабировании окна элементы будут масштабироваться автоматически. Сохраняем интерфейс (я назвал файл design.ui) и конвертируем ui файл в py файл. В составе pyQt для этого есть программа pyuic6. Конверсия происходит вызовом программы pyuic6 design.ui design.py из каталога с программой. Рекомендуется добавить путь к pyuic6 в переменную PATH, у меня путь выглядел примерно так — C:\Users\…\AppData\Roaming\Python\Python312\Scripts.

Графический интерфейс программы

Во избежание зависания интерфейса программы, функция измерения помещается в поток. Ещё мне захотелось изменять цвет кнопки во время измерения и оказалось, что из потока нельзя менять ui. Вопрос решается через механизм сигналов. Ниже представлен код программы.

import sys  # sys нужен для передачи argv в QApplication
from PyQt6 import QtWidgets
from PyQt6.QtCore import pyqtSignal, QObject, pyqtSlot
import serial.tools
import serial.tools.list_ports
import design  # Это наш конвертированный файл дизайна
import time 
import serial
from threading import *
import datetime as dt

class ExampleApp(QtWidgets.QMainWindow, design.Ui_MainWindow):
    sendChangeColorBusy = pyqtSignal()
    sendChangeColorReady = pyqtSignal()
    def __init__(self):
        # Это здесь нужно для доступа к переменным, методам
        # и т.д. в файле design.py
        super().__init__()
        self.setupUi(self)  # Это нужно для инициализации нашего дизайна
        self.PB_Mesure.clicked.connect(self.thread) # Запуск потока по кнопке
        # Изменение цвета кнопки
        self.sendChangeColorBusy.connect(
             lambda: self.PB_Mesure.setStyleSheet('background-color: red; color: yellow'))
        self.sendChangeColorReady.connect(
             lambda: self.PB_Mesure.setStyleSheet('background-color: light gray; color: black'))
        # Получаем список COM портов
        ports=serial.tools.list_ports.comports()
        # Пробум заполнить выпадающий список
        try:
            print(ports[0])
            for port in ports:
                self.comboBox.addItems(port)
        except:
            self.statusbar.showMessage('Прибор не обнаружен! 
                                  Проверьте подключение и перезапустите программу.')
    # Процесс измерения запускается в потоке
    def thread(self): 
        t1=Thread(target=self.measure,args=(self,)) 
        t1.start()
    # функция измерения
    def measure(self,obj):
        #Имя порта получаем из выпадающего списка                               
        port = str(self.comboBox.currentText()) 
        baudrate = 115200  # Скорость порта
        ser = serial.Serial(port, baudrate=baudrate)
        # Если удалось открыть порт, шлём команды и читаем ответы                               
        if(ser.is_open == True):  
            # Запрос профиля измерения
            message = b"*CLS\n\r"  
            ser.write(message)
            message = b"MANU15:EDIT:SHOW ?\n\r"  
            ser.write(message)
            data = ser.readline()  
            profile=data.decode("utf-8")
            # Вывод профиля в статус бр                           
            self.statusbar.showMessage('Профиль >>> '+profile.strip("\r\n"))
            # Команда на начало измерения
            message = b"*CLS\n\r"
            ser.write(message)
            message = b"FUNC:TEST ON\n\r"
            ser.write(message)
            # Сигнал изменения цвета кнопки                           
            obj.sendChangeColorBusy.emit()
            # Цикл ожидания измерения. Нужно как-то по другому реализовать
            for i in range (33):
                self.PB_Mesure.setText('Внимание, идет измерение! '+str(i)+'c')
                time.sleep(1)
            # Запрос результата измерения
            command = b'*CLS\n\r'
            ser.write(command)
            command = b'MEAS?\n\r'
            ser.write(command)
            data = ser.readline()
            # Ответ приходит в виде массива байт, конвертируем в строку                           
            answer=data.decode("utf-8")
            # Выводим ответ
            self.listWidget.addItem(dt.datetime.now().strftime("%H:%M:%S")
                                    +' '+answer.strip("\r\n"))
            # Сигнал на изменение цвета кнопки
            obj.sendChangeColorReady.emit()
            ser.close()
            self.statusbar.showMessage('Готов')
            self.PB_Mesure.setText('Измерить!')
            # Запись измерения в файл
            with open("test.txt", "a") as myfile:
                myfile.write(dt.datetime.now().strftime("%H:%M:%S")
                             +' '+answer.strip("\r"))
        else:
            self.statusbar.showMessage('Порт занят!')
def main():
    app = QtWidgets.QApplication(sys.argv)  # Новый экземпляр QApplication
    window = ExampleApp()  # Создаём объект класса ExampleApp
    window.show()  # Показываем окно
    app.exec()  # и запускаем приложение

if __name__ == '__main__':  # Если мы запускаем файл напрямую, а не импортируем
    main()  # то запускаем функцию main()

Уже глядя на код в статье появились такие мысли:

• получать время ожидания из профиля прибора, и как-то по таймеру опрашивать статус измерения;

• выделить отдельно функцию отправки команд и реализовать обработку ошибок;

• после подключения к прибору проверять действительно ли это целевой прибор.

  Ниже представлены снимки экрана в процессе измерения и ожидания.

Программа в процессе измерения

Программа в ожидании

В результате проделанной работы получаем дополнительный инструмент для упрощения рутинной работы, опыт и инженерное наслаждение (от того, что заработало).

Дальнейшее развитие может быть следующим. В составе испытательной камеры есть цифровой манометр. Его можно также подключить и запускать автоматически измерение при достижении определенного давления. А дальше — pandas — pydocx — шаблон документа — готовый отчет. Уже прям на измерительный комплекс тянет!

Скрытый текст

© Habrahabr.ru