📅 Jue, 17 Ene 2019 ⏲️ ~ 6 minutos

Arduino LiveSerial

Con frecuencia he necesitado en proyectos obtener una serie de datos enviados por puerto serie, por ejemplo, desde un microprocesador como Arduino, ESP8266 o ESP32. Sin embargo, no he encontrado un software, gratuito o comercial, que cumpliera lo que necesitaba.

Así surge LiveSerial, un programa que permite graficar y realizar estadísticas de los datos obtenidos por puerto serie en tiempo real, y exportar los datos obtenidos a diversos formatos.

Otra ventaja de LiveSerial es que almacena el instante en el que es recibido los valores. Así, las gráficas tienen un eje X temporal (en lugar de la mayoría de serial plotters que muestran los valores “todo seguidos”).

LiveSerial está programado en C# + WPF, y está disponible en Windows 7-10. Como sabemos, Windows no es un sistema de tiempo real, y eso tiene ciertas consecuencias. La primera es que podemos tener desfases al recibir algunos valores. Por ello se dispone de dos modos de funcionamiento, normal y síncrono, donde en este último el microprocesador marca el tiempo de cada punto enviando el tiempo (millis()).

Otra consecuencia es que LiveSerial tiene una velocidad máxima de muestreo relativamente limitada. No está pensando para hacer, por ejemplo, un osciloscopio. La tasa de refresco que podéis obtener depende de vuestro ordenador, pero esperar un máximo de 20-50 muestras por segundo.

Usando LiveSerial

La idea principal de LiveSerial es que sea mínimamente intrusivo con el código del microprocesador. No es necesario ninguna librería, ni ningún código complejo. Tenemos dos modos de funcionamiento:

Modo normal

Para comunicarnos con LiveSerial únicamente tenemos que enviarle por puerto serie un comando en formato

ID:value

Siendo:

ID el nombre de la serie
Value el valor numérico a almacenar

Por ejemplo,

Temp1:257.8

Cuando LiveSerial recibe un ID nuevo, crea una nueva serie, las añade a las anteriores, y comienza su registro.

Modo síncrono

En el modo “normal” la fecha y hora del punto es el instante en el que es recibido por el ordenador. Sin embargo, como decimos, Windows no es un sistema de tiempo real por lo que, dependiendo de la carga del SO, puede variaciones de milisegundos desde el envió.

Un ejemplo es que probéis a maximizar o cambiar el tamaño de LiveSerial, o ejecutar otro programa mientas está recibiendo datos. Veréis que la gráfica se deforma, por el retraso que el SO provoca para atender los datos recibidos por puerto serie.

En muchos casos el modo “normal” es suficiente, pero en ciertos casos en los que se requiere mayor precisión es posible enviar la marca temporal desde el microprocesador con el comando.

ID:value@millis

Siendo,

ID el nombre de la serie de datos
Value, el valor numérico a almacenar
Millis, los milisegundos enviados desde el procesador

LiveSerial recoge los datos y los ajusta, atendiendo a las marcas de tiempo enviados por el microprocesador, para que la escala temporal se ajuste con precisión.

Mensajes

Los datos recibidos por puerto serie que no contienen el identificador de serie (por defecto ’:’) son interpretados como “mensajes”. Estos se muestran en su propia ventana.

Así mismo es posible enviar mensajes al microprocesador. Estos mensajes son registrados y se muestran en su propia ventana.

Macros

Si bien no es necesario emplear ninguna librería para usar LiveSerial en el procesador, se facilitan las siguientes macros para hacer más sencillo su uso.

// modo normal

#define LIVESERIAL(id, value) { Serial.print(id);  Serial.print(':');  Serial.println(value); }

// modo sincrono

#define LIVESERIAL_MILLIS(id, value) { unsigned long ms = millis(); Serial.print(id);  Serial.print(':');  Serial.print(value);  Serial.print('@');  Serial.println(ms); }

Estas macros están disponibles a modo de recordatorio en LiveSerial pulsando el botón ”?”

Interface de usuario

arduino-liveserial-mainscreen

Conectar

Para conectar LiveSerial emplear el botón deslizante de la parte superior de la ventana. Si no aparece ningún puerto seleccionado, abrir la pestaña de opciones para recargar los puertos serie.

Área de gráficas

Aquí se muestran en una gráfica los N últimos valores recibidos (el número de elementos mostrados se controla desde las opciones, para evitar saturar el programa).

Área de mensajes

Desde aquí podemos enviar mensajes por puerto serie, así como ver los mensajes enviados y recibidos.

Área de estadísticas

A medida que se reciben datos de la serie, se calculan en tiempo real sus estadísticas. Estas estadísticas son:

Name, nombre de la serie
Count, número total de elementos recibidos
Value, último valor recibido
ΔValue, incremento respecto al valor anterior
Δt, incremento temporal respecto al anterior
Sum, suma total
Slope, pendiente de los últimos elementos
Min, valor mínimo recibido
Max, valor máximo recibodo
Range, diferencia entre Max y Min
MinT, tiempo del primer dato recibido
MaxT, tiempo del último dato recibido
Peak, valor del último pico registrado
PeakT, tiempo del último pico registrado
Interval, diferencia de tiempo entre dos últimos picos
Frequency, frecuencia basada en los últimos dos picos

Ver datos y exportar datos

arduino-liveserial-viewserie

Podemos visualizar todos los datos recibidos, haciendo click en el icono de la serie. Se abrirá una nueva ventana que muestra los datos de la serie.

Desde esta ventana podemos elegir exportar a diversos formatos, CSV, JSON, y Excel. En el caso de Excel, la hoja exportada contiene los datos y una gráfica de los valores.

arduino-liveserial-excel-export

Opciones

Pulsando el botón de opciones accedemos a la ventana para modificarlas. Las opciones se guardan de una ejecución a otra del programa, por usuario.

arduino-liveserial-options

En primer lugar, tenemos el puerto serie y velocidad de transmisión que queremos emplear.

Por otro lado, tenemos el número de elementos (por serie) a graficar. A medida que la gráfica aumenta de número de puntos la carga de procesado aumenta, especialmente si tenemos muchas series. Por ello, sólo se grafican los N últimos elementos recibidos.

Por ejemplo, en caso de una única serie valores de 1000-1000 son frecuentes, pero si tenemos varias series puede que tengamos que bajarlo a 100-500, o sobrecargaremos el programa.

Finalmente, podemos cambiar los separadores por defecto ’:’ y ’@’ por cualquier otro carácter.

Ejemplo de uso

Un ejemplo de uso de LiveSerial con Arduino sería el siguiente:


#define LIVESERIAL(id, value) { Serial.print(id);  Serial.print(':');  Serial.println(value); }

#define LIVESERIAL_MILLIS(id, value) { unsigned long ms = millis(); Serial.print(id);  Serial.print(':');  Serial.print(value);  Serial.print('@');  Serial.println(ms); }

void setup() {
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
    while(Serial.available())
    {
      Serial.print((char)Serial.read());
    }

    LIVESERIAL("NORMAL", 2.0*cos(millis()/500.0));
    LIVESERIAL_MILLIS("WITH_MILLIS", 2.0*cos(ms/500.0));
    delay(100);
}

Este ejemplo grafica dos funciones seno, uno con el modo “normal” y otro con el modo “síncrono”.

Además, el programa emite todo lo que recibe. De esta forma podéis probar a enviar mensajes, recibirlos, incluso probar a enviar nuevas series en tiempo real (enviando un ID)

TO-DOs

Triggers: Acciones que se realizan cuando el valor de una serie cumple una condición
Scripts: Archivos de comandos que se ejecutan de forma secuencia mediante LiveSerial