用Python串口实时显示数据并绘图pyqtgraph（详细教程）

Posted 2023-01-15 王张飞

用Python串口实时显示数据并绘图

使用pyserial进行串口传输

一、安装pyserial以及基本用法

在cmd下输入命令pip install pyserial
注：升级pip后会出现 "‘E:\\Anaconda3\\Scripts\\pip-script.py’ is not present."错误
使用 easy_install pip命令就能解决，换一条重新能执行安装的命令

常用方法：
ser = serial.Serial(0) 是打开第一个串口
print ser.portstr 能看到第一个串口的标识，windows下是COM1
ser.write(“hello") 就是往串口里面写数据
ser.close() 就是关闭ser表示的串口
ser.open() 会打开这个串口
ser = serial.Serial(‘COM1’, 115200) 来设置波特率，当然还有专门的函数
data = ser.read()可以读一个字符
data = ser.read(20) 是读20个字符
data = ser.readline() 是读一行，以\\n结束，要是没有\\n就一直读，阻塞。
data = ser.readlines()和ser.xreadlines()都需要设置超时时间
ser.baudrate = 9600 设置波特率
ser 来查看当前串口的状态
ser.isOpen() 看看这个串口是否已经被打开

串行口的属性：
name:设备名字
portstr:已废弃，用name代替
port：读或者写端口
baudrate：波特率
bytesize：字节大小
parity：校验位
stopbits：停止位
timeout：读超时设置
writeTimeout：写超时
xonxoff：软件流控
rtscts：硬件流控
dsrdtr：硬件流控
interCharTimeout:字符间隔超时

注意：使用开发板printf函数，以\\n结束。使用serial.readline()进行读取数据，使用decode对其进行编码，编码之后使用split(’ ')[i]函数进行读取某个字节。

二、最基本的串口代码

import serial
portx="COM5"
bps=9600
timex=5
#串口执行到这已经打开 再用open命令会报错
ser = serial.Serial(portx, int(bps), timeout=1, parity=serial.PARITY_NONE,stopbits=1)
if (ser.isOpen()):
    print("open success")
     # 向端口些数据 字符串必须译码
    ser.write("hello".encode()) 
    while (True):
        line = ser.readline()  
        if(line):
            print(line)
            line=0
else:
	print("open failed")
ser.close()#关闭端口

三、pyqtgraph的使用

pip install pyqtgraph＃显示波形的界面
pip install PyQt5＃界面要Qt的支持

pyqtgraph是Python平台上一种功能强大的2D/3D绘图库，相对于matplotlib库，由于内部实现方式上，使用了高速计算的numpy信号处理库以及Qt的GraphicsView框架，因此，它在大数据量的数字处理和快速显示方面有着巨大的优势，它适合于需要快速绘图更新、视频或实时交互性的操作场合。另外，它不仅为各种数据提供了快速可交互式的图形显示，同时也提供了用于快速开发应用程序的各种小工具，如属性树、流程图等小部件，在数学、科学和工程领域都有着广泛的应用。

import pyqtgraph as pg
import numpy as np
import array

app = pg.mkQApp()#建立app
win = pg.GraphicsWindow()#建立窗口
win.setWindowTitle(u'pyqtgraph逐点画波形图')
win.resize(800, 500)#小窗口大小

data = array.array('d') #可动态改变数组的大小,double型数组
historyLength = 100#横坐标长度
p = win.addPlot()#把图p加入到窗口中
p.showGrid(x=True, y=True)#把X和Y的表格打开
p.setRange(xRange=[0,historyLength], yRange=[-1.2, 1.2], padding=0)
p.setLabel(axis='left', text='y / V')#靠左
p.setLabel(axis='bottom', text='x / point')
p.setTitle('y = sin(x)')#表格的名字
curve = p.plot()#绘制一个图形
idx = 0
def plotData():
    global idx#内部作用域想改变外部域变量
    tmp = np.sin(np.pi / 50 * idx)
    if len(data)<historyLength:
        data.append(tmp)
    else:
        data[:-1] = data[1:]#前移
        data[-1] = tmp
    curve.setData(data)
    idx += 1

timer = pg.QtCore.QTimer()
timer.timeout.connect(plotData)#定时调用plotData函数
timer.start(50)#多少ms调用一次

app.exec_()

四、通过多线程实现串口数据的实时绘图import pyqtgraph as pg

主要是开了一个线程去处理串口 剩下的和上面内容一样 就不过多解释了 直接上代码

import array
import serial
import threading
import numpy as np
import time


i = 0
def Serial():
    while(True):
        n = mSerial.inWaiting()
        if(n):
            if data!=" ":
                dat = int.from_bytes(mSerial.readline(1),byteorder='little')  # 格式转换
                n=0
                global i;
                if i < historyLength:
                    data[i] = dat
                    i = i+1
                else:
                    data[:-1] = data[1:]
                    data[i-1] = dat

def plotData():
    curve.setData(data)


if __name__ == "__main__":
    app = pg.mkQApp()  # 建立app
    win = pg.GraphicsWindow()  # 建立窗口
    win.setWindowTitle(u'pyqtgraph逐点画波形图')
    win.resize(800, 500)  # 小窗口大小
    data = array.array('i')  # 可动态改变数组的大小,double型数组
    historyLength = 200  # 横坐标长度
    a = 0
    data=np.zeros(historyLength).__array__('d')#把数组长度定下来
    p = win.addPlot()  # 把图p加入到窗口中
    p.showGrid(x=True, y=True)  # 把X和Y的表格打开
    p.setRange(xRange=[0, historyLength], yRange=[0, 255], padding=0)
    p.setLabel(axis='left', text='y / V')  # 靠左
    p.setLabel(axis='bottom', text='x / point')
    p.setTitle('semg')  # 表格的名字
    curve = p.plot()  # 绘制一个图形
    curve.setData(data)
    portx = 'COM24'
    bps = 19200
    # 串口执行到这已经打开 再用open命令会报错
    mSerial = serial.Serial(portx, int(bps))
    if (mSerial.isOpen()):
        print("open success")
        mSerial.write("hello".encode()) # 向端口些数据 字符串必须译码
        mSerial.flushInput()  # 清空缓冲区
    else:
        print("open failed")
        serial.close()  # 关闭端口
    th1 = threading.Thread(target=Serial)#目标函数一定不能带（）被这个BUG搞了好久
    th1.start()
    timer = pg.QtCore.QTimer()
    timer.timeout.connect(plotData)  # 定时刷新数据显示
    timer.start(50)  # 多少ms调用一次
    app.exec_()

效果如图

五、与下位机通讯实现波形实时监测

在这里与第四阶段基本相同，需要注意的是，如果收数据直接画图的话，波形会出现问题。所以串口传输数据时使用循环队列（先进先出），数据来之后先进队列，之后再定时器调用函数，出队列，更新图。理论上刷新数据的时间需要小于下位机发送数据的间隔时间，否则队列会越来越大，而且图的刷新不连贯。再就是有一个小问题，因为正弦波有负值，我又没找到很好的把Byte转为char的方法，所以只能手动代码处理，先转成int类型，再把第八位（符号位）清零，得到绝对值。然后再取负，得到我们需要的数据。但发现Python无法进行移位操作，python是int类型是无精度类型，不会发生溢出而进行截取的情况，所以只能先转为二进制在移位，太麻烦，直接通过减去一个数的方法来实现了。然后直接上代码吧

import pyqtgraph as pg
import array
import serial
import threading
import numpy as np
from queue import Queue
import time


i = 0
q = Queue(maxsize=0)
def Serial():
    global i;
    global q;
    while(True):
        n = mSerial.inWaiting()
        if(n):
            dat = int.from_bytes(mSerial.readline(1),byteorder='little')  # 格式转换
            if(dat>>7):
                dat =256-dat
                dat =0-dat
            q.put(dat)

def plotData():
    global i;
    if i < historyLength:
        data[i] = q.get()
        i = i+1
    else:
        data[:-1] = data[1:]
        data[i-1] = q.get()
    curve.setData(data)


if __name__ == "__main__":
    app = pg.mkQApp()  # 建立app
    win = pg.GraphicsWindow()  # 建立窗口
    win.setWindowTitle(u'pyqtgraph逐点画波形图')
    win.resize(800, 500)  # 小窗口大小
    data = array.array('i')  # 可动态改变数组的大小,double型数组
    historyLength = 100  # 横坐标长度
    a = 0
    data=np.zeros(historyLength).__array__('d')#把数组长度定下来
    p = win.addPlot()  # 把图p加入到窗口中
    p.showGrid(x=True, y=True)  # 把X和Y的表格打开
    p.setRange(xRange=[0, historyLength], yRange=[-50, 50], padding=0)
    p.setLabel(axis='left', text='y / V')  # 靠左
    p.setLabel(axis='bottom', text='x / point')
    p.setTitle('semg')  # 表格的名字
    curve = p.plot()  # 绘制一个图形
    curve.setData(data)
    portx = 'COM25'
    bps = 19200
    # 串口执行到这已经打开 再用open命令会报错
    mSerial = serial.Serial(portx, int(bps))
    if (mSerial.isOpen()):
        dat = 0xff;
        dat >> 2;
        print("open success")
        # 向端口些数据 字符串必须译码
        mSerial.write("hello".encode())
        mSerial.flushInput()  # 清空缓冲区
    else:
        print("open failed")
        serial.close()  # 关闭端口
    th1 = threading.Thread(target=Serial)
    th1.start()
    timer = pg.QtCore.QTimer()
    timer.timeout.connect(plotData)  # 定时刷新数据显示
    timer.start(1)  # 多少ms调用一次
    app.exec_()

Python＋pyqtgraph数据可视化：自定义坐标轴信息

方法1

其原则是，直接使用pyqtgraph库提供的轴项类AxisItem，定义它的一个实例对象，调用该类的setTicks函数设置横坐标轴的字符信息，代码如下：

代码简要说明如下：

1、第14-16行，产生波形的x、y数据及对应的x轴的字符信息列表

2、第20行，将x数值及字对应字符组成一个元组的列表

3、第25-26行，创建轴项类AxisItem的实例对象strAxis，并调用setTicks函数设置横坐标的字符信息

4、第29-30行，使用strAxis创建绘图对象并绘制波形图

方法2

其原则是，以pyqtgraph库提供的轴项类AxisItem作为基类，在程序中创建一个自定义的轴项类，类中重定义函数tickStrings来实现横坐标刻度的的字符信息显示，代码如下：

代码简要说明如下：

1、第13-29行，以pyqtgraph库提供的AxisItem作为基类自定义了一个轴项类MyStringAxis，在类中重定义tickStrings函数，实现横坐标刻度的的字符信息显示

2、第33-35行，产生波形的x、y数据及对应的x轴的字符信息列表

3、第39行，将x数值及字对应字符组成一个元组的列表

4、第42-44行，创建自定义类MyStringAxis的实例对象strAxis，用其创建绘图对象并绘制波形图

Python＋pyqtgraph数据可视化之多条曲线绘制方法

pyqtgraph是Python平台上一种功能强大的2D/3D绘图库，相对于matplotlib库，由于其在内部实现方式上，使用了高速计算的numpy信号处理库以及Qt的GraphicsView框架，因此它在大数据量的处理及快速显示方面有着天然的优势，非常适合于需要快速绘图更新、视频或实时交互性的操作场合，在数学、科学和工程领域都有着广泛的应用。

对于多条曲线的快速绘制方式，有两种方案可供选择，一种是将多条曲线合并显示在一幅绘图区域上，另一种方案是将多条曲线显示在不同的绘图区域上，对于这两种绘制方案，下面通过例子来演示在Python语言中使用pyqtgraph库编程实现的方法。

方案1：将多条曲线合并显示在一幅绘图区域
程序的运行效果如下图所示：

例子在图形的一幅绘图区域上显示了3条曲线，分别为正弦曲线、余弦曲线及sinc函数曲线。
主要实现代码如下：

代码主要部分说明如下：

1、第13行，创建应用程序实例app

2、第15-17行，创建一个图形显示窗口win，设置窗口属性，如窗口标题、窗口大小等

3、第19-22行，使用numpy库产生3条曲线即正弦曲线、余弦曲线及sinc函数曲线的x、y数据

4、第24行，在win上添加一个绘图区域对象p，参数中设置了X、Y轴label及图形标题等

5、第25-27行，在p上分别添加3条不同颜色的曲线

6、第28-29行，设置绘图区域的网格及坐标轴范围属性

7、第31行，使用app.exec_()函数运行实例，进入消息循环

方案2：将多条曲线显示在不同的绘图区域
程序的运行效果如下图所示：

对于上面的正弦曲线、余弦曲线及sinc函数曲线分别显示在了图形的3个绘图区域上。
主要实现代码如下：

代码主要部分说明如下：

1、第13-22行，和上例完全相同

2、第24-27行，在win上分别添加了3个绘图区域对象p1、p2、p3，其中，第26行，说明在绘图区域的下一行创建p3，第27行的参数“colspan=2”说明p3占的列宽为2列

3、第29-32行，在for循环中分别在3个绘图区域对象上绘制不同的曲线，并设置绘图区域的网格及坐标轴范围等属性

4、第34行，使用app.exec_()函数运行实例，进入消息循环

备注
在第2种方案中创建绘图区域对象p时，也可以在参数中直接指定p处于的位置及行宽、列宽等信息，如将上面例子中第26、27行合并写为如下代码也是等价的。

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感谢前辈：
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http://www.360doc.com/content/18/1007/18/29771970_792744060.shtml