Укрощение строптивого прибора или python в помощь инженеру

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 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)

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.

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

С одной стороны опять неудача, 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

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

А вот и интересующий ответ ниже.

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).

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.

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…(с) 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.

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.

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!