使用 MatplotlibAnimation 进行 Arduino Live Serial Plotting 变慢

Posted 2023-03-25

【中文标题】使用 MatplotlibAnimation 进行 Arduino Live Serial Plotting 变慢

【英文标题】：Arduino Live Serial Plotting with a MatplotlibAnimation gets slow

【发布时间】：2017-05-04 08:07:51

【问题描述】：

我正在制作一个实时绘图仪来显示来自 Arduino 传感器的模拟变化。 Arduino 向串口打印一个波特率为 9600 的值。Python 代码如下所示：

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
import serial
import time

ser = serial.Serial("com3", 9600)
ser.readline()

optimal_frequency = 100

fig = plt.figure(figsize=(6, 6))
ax1 = fig.add_subplot(1, 1, 1)

# the following arrays must be initialized outside the loop

xar = []
yar = []

print(time.ctime())

def animate(i):
    global b, xar, yar # otherwise a

    for i in range(optimal_frequency):

        a = str(ser.readline(), 'utf-8')
        try:
            b = float(a)
        except ValueError:
            ser.readline()
        xar.append(str(time.time()))
        yar.append(b)
    ax1.clear()
    ax1.plot(xar, yar)

ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, interval=optimal_frequency)
plt.show()

在情节中得到一个好的响应时间，但是当我绘制超过 20 分钟时，反应时间增加到大约 1 分钟。 IE。用新值更新图表需要 1 分钟。我也尝试过使用 PyQtGraph，但这从一开始就被延迟了。

除了超过 20 分钟的延迟之外，我在情节中遇到了一些过冲和下冲。

有什么帮助吗？

【问题讨论】：

我认为问题在于 xar 和 yar 变量在一段时间后变得巨大。您可以尝试使用列表推导并改为执行列表的动态读取。

20 分钟后，您最好停止绘图，因为超过 1000 万个连接点的绘图将变得完全不可读。

@Jalo 谢谢。我看到变量太大了。问题是我需要再次重新绘制所有值，因为我每次都在清除绘图以免使其内存过载。我会降低采样频率:-)

您尝试管理的数据太多，无法在每次迭代时动态绘制所有历史数据。对于更简单的方法，我会将每次迭代时接收到的数据存储在一个文件中以供进一步分析，同时仅绘制最后 N 次迭代。

【参考方案1】：

如 cmets 中所述，您做错了两件事：

您不断将传入的数据附加到您的数组中，一段时间后这些数据会变得很大 您清除轴并在每次迭代时创建一个新的ax.plot()。

你想要做的是：

在初始化函数中，创建一个空的 Line2D 对象

def init():
    line, = ax.plot([], [], lw=2)
    return line,

然后在您的更新函数 (animate()) 中，您使用 line.set_data() 更新您的点的坐标。但是，为了保持性能，您必须将数组的大小保持在合理的大小，因此您必须在新数据进入时丢弃旧数据

def animate(i):
    (...)
    xar.append(str(time.time()))
    yar.append(b)
    line.set_data(xar, yar)
    return line,

查看一些教程like this one。还有很多关于 SO 的问题已经回答了你的问题。例如，this answer 包含使代码正常运行所需的所有元素。

【参考方案2】：

正如 cmets 所提到的，由于它们的大小，从数组中读取自然会变慢。波特率为 9600 时，我在 xar 和 yar 变量中每秒获得大约 130 个串行读数和时间戳； 20 分钟后得到 156000 的大小。将波特率降低到 2400 会将变量的长度降低到 36000，并且可以很容易地重新绘制。