如何修改代码实现树莓派与Arduino同步的3分钟定频LED闪烁数据采集

树莓派Python代码修改（实现3分钟定时采集+同步指令发送） #

以下代码实现3分钟定点数据采集，同时通过串口向Arduino发送LED频率与启停指令，确保两者同步：

import time
import csv
from ina219 import INA219
import serial

# 硬件配置参数
SHUNT_OHMS = 0.1  # 按你的INA219分流电阻实际值调整
MAX_EXPECTED_AMPS = 3.2
COLLECTION_DURATION = 180  # 采集时长：3分钟=180秒
LED_FREQUENCY = 100  # 可选值：1/5/10/50/100Hz
SERIAL_PORT = '/dev/ttyACM0'  # Arduino串口号，可能是ttyUSB0
BAUD_RATE = 9600

# 初始化传感器与串口
ina = INA219(SHUNT_OHMS, MAX_EXPECTED_AMPS)
ina.configure()
ser = serial.Serial(SERIAL_PORT, BAUD_RATE, timeout=1)
time.sleep(2)  # 等待Arduino完成初始化

# 发送配置与启动指令
ser.write(f"FREQ:{LED_FREQUENCY}\n".encode())
time.sleep(0.1)
ser.write(b"START\n")

# 写入CSV数据
with open('sensor_data.csv', 'w', newline='') as csvfile:
    fieldnames = ['timestamp', 'shunt_voltage(mV)', 'bus_voltage(V)', 'current(mA)', 'power(mW)']
    writer = csv.DictWriter(csvfile, fieldnames=fieldnames)
    writer.writeheader()

    start_time = time.time()
    while time.time() - start_time < COLLECTION_DURATION:
        # 采集传感器数据
        shunt_v = ina.shunt_voltage()
        bus_v = ina.bus_voltage()
        current = ina.current()
        power = ina.power()

        # 写入CSV
        writer.writerow({
            'timestamp': time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'),
            'shunt_voltage(mV)': round(shunt_v, 4),
            'bus_voltage(V)': round(bus_v, 4),
            'current(mA)': round(current, 2),
            'power(mW)': round(power, 2)
        })

        # 控制采集频率（可根据需求调整，示例为每秒10次）
        time.sleep(0.1)

# 发送停止指令，结束同步
ser.write(b"STOP\n")
ser.close()
print("采集完成，LED已停止闪烁")

核心要点 #

• 用time.time()计算运行时长，确保严格执行3分钟采集
• 串口先发送频率参数，再发送启动信号，保证Arduino与采集同步开始
• 采集循环的time.sleep(0.1)可按需调整数据采样密度
• 采集结束后发送停止信号，LED同步终止闪烁

Arduino代码修改（实现指定频率闪烁+同步启停） #

采用非阻塞式逻辑实现精准频率闪烁，避免高频率下的延迟误差：

const int LED_PIN = 13;  // LED连接引脚（需串联220Ω限流电阻）
unsigned long previousMillis = 0;
long interval = 500;  // 默认闪烁周期（对应1Hz）
bool ledState = LOW;
bool isRunning = false;
int targetFreq = 1;

void setup() {
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) {}  // 等待USB串口连接（仅用于电脑调试）
}

void loop() {
  // 处理串口指令
  if (Serial.available() > 0) {
    String cmd = Serial.readStringUntil('\n');
    cmd.trim();
    
    if (cmd.startsWith("FREQ:")) {
      targetFreq = cmd.substring(5).toInt();
      // 计算闪烁周期：1次闪烁=亮+暗，所以单状态时长为(1000ms/频率)/2
      interval = 500 / targetFreq;
      if (interval < 1) interval = 1;  // 最小周期限制，避免溢出
    } else if (cmd == "START") {
      isRunning = true;
      previousMillis = millis();
    } else if (cmd == "STOP") {
      isRunning = false;
      digitalWrite(LED_PIN, LOW);  // 停止后熄灭LED
    }
  }

  // 非阻塞式闪烁逻辑
  if (isRunning) {
    unsigned long currentMillis = millis();
    if (currentMillis - previousMillis >= interval) {
      previousMillis = currentMillis;
      ledState = !ledState;
      digitalWrite(LED_PIN, ledState);
    }
  }
}

核心要点 #

• 用millis()替代delay()，避免高频率下的阻塞问题，保证闪烁次数精准
• 自动根据接收的频率计算闪烁周期，亮暗状态各占一半时长
• 严格响应树莓派的启停指令，实现完全同步

关键注意事项 #

• 树莓派与Arduino的串口波特率必须完全一致（示例为9600）
• 树莓派需赋予串口权限：执行sudo usermod -a -G dialout pi后重启生效
• 高频率（50/100Hz）闪烁人眼无法察觉，可通过示波器验证闪烁次数
• 若需更高同步精度，可改用树莓派GPIO引脚发送硬件触发信号替代串口

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ZSupreme