总结Python连接CS2000的详细步骤
前言
记录CS2000设备使用串口连接以及相关控制。
CS2000是一台分光辐射亮度计，也就是可以测量光源的亮度。详细的规格网址参考CS2000/CS-2000A ，所有信息以柯尼卡美能达官网的参数以及使用手册为主。
使用目的及环境
当前的使用目的是使用PC端控制CS2000，测量屏幕的亮度数据。
PC端使用Python，在Win10环境下开发；
需要额外安装的模块：pySerial；
设备连接方法
这台设备是支持USB1.1 Full-Speed和RS-232C的。其配套的软件CS-S10是使用的USB1.1接口，如果安装了软件，也就相当于安装了对应驱动。当然，我这里则是使用了配置串行通讯端口COM Port(Cluster Communication Port)。
CS2000支持的通讯设定如下：
这里选用波特率115200，数据长度8 bits， 无校验，1 bit停止位的设定；至于Hardware(RTS/CTS)，即Require To Send和Clear To Send信号，这里先不做考虑。
程序主体流程
1.获取电脑COM列表；
2.连接并打开CS2000的设备端口；
3.设备初始化（设定控制模式，关闭测试按键操作，设定同步模式等）；
4.单次测量并获取测量值；
5.关闭串口；
接下来就开始结合手册进行操作。
获取端口
需要引入serial.tools.list_ports模块：
def port_list():
"""
获取电脑端口列表
:return: 端口列表
"""
pl = serial.tools.list_ports.comports()
# print(pl)
print("Port List:")
for item in pl:
print("{}\t\t:\t{}".format(item.usb_description(), item.manufacturer))
获取端口列表后，可以打印端口的描述和制造商，用于区分多个端口。
连接端口
需要引入serial模块：
def connect_com(port, baudrate=115200, timeout=0):
"""
配置串口参数并进行连接；
:param port: 端口号，“COM1”
:param baudrate: 波特率，115200
:param timeout: 超时时间，0
:return: 连接好的串口，ser
"""
# noinspection PyBroadException
try:
ser = serial.Serial(port, baudrate, timeout=timeout)
print("Port\t\t:\t{}".format(ser.name))
print("Baudrate\t:\t{}".format(ser.baudrate))
print("Status\t\t:\t{} Connect Successful!".format(port))
return ser
except Exception:
print("Status\t\t:\t\t\tConnect COM Failed!")
定义的函数，返回打开串口之后的对象。
发送格式
分隔符
使用PC发送命令到测量设备的时候，需要使用如下分隔符：
CR, LF对应的ASCII的0x0D和0x0A；也就是在命令结束后要加分隔符进行分割；
数据字符格式
发送的数据中，数字发送，必须要跟数字的字符一样。比如发送十进制数据886，就需要发送对应的字符886。如果需要输入的字符长度少，需要用空格补齐。
超时
PC通信的超时设定至少要10s。这里可以理解为设备测量亮度是需要积分时间的，比如说测试比较暗的画面，需要长时间的积分，因此测量的返回数据需要对应延迟很长时间，因此超时设定为至少10s。
实际使用的情况中，比较暗的画面可能需要超过7s的测量时间。
初始化
初始化包含以下以几个环节，包括设置远端模式（SCMS），关闭测量按键（MSWE），设定同步模式（SCMS）等；这里仔细参考手册，很容易就能理解，下面就直接贴出代码。
def remote_mode(ser):
"""
对cs2000进行远程控制设置
:param ser: cs2000的串口
:return: None
"""
data = b'RMTS,1\n'
tx_data(ser, data)
if rx_data(ser)[0] == "OK00":
print("Status\t\t:\tRemote Mode Setting OK!")
else:
print("Status\t\t:\tRemote Mode Setting ERROR!")
def meas_key_off(ser):
"""
关闭cs2000设备上的measure按键控制
:param ser: cs2000的串口
:return: None
"""
data = b'MSWE,0\n'
tx_data(ser, data)
if rx_data(ser)[0] == "OK00":
# print("Status\t\t:\tMeasure Key Disable OK!")
pass
else:
print("Status\t\t:\tMeasure Key Disable ERROR!")
def sync_mode_set(ser, freq):
"""
同步模式设定
:param ser: cs2000的串口
:param freq: 频率，单位Hz
:return: None
"""
mode = b'1,'
freq = freq.encode()
data = b'SCMS,' + mode + freq + b'00\n'
tx_data(ser, data)
if rx_data(ser)[0] == "OK00":
print("Status\t\t:\tSync Mode is {}, freq is {}Hz!".format(mode, freq))
pass
else:
print("Status\t\t:\tMeasure Key Disable ERROR!")
def sync_mode_read(ser):
"""
同步模式读取
:param ser: cs2000的串口
:return: None
"""
sync_mode_dict = {"0": "No sync",
"1": "Internal sync",
"2": "External sync"}
data = b'SCMR\n'
tx_data(ser, data)
rdata = rx_data(ser)
if rdata[0] == "OK00":
print("Status\t\t:\tSync Mode is {}. ".format(sync_mode_dict[rdata[1]]))
if rdata[1] == "1":
print("Status\t\t:\tSync frequency is {}Hz. ".format(rdata[2][:-2]))
pass
else:
print("Status\t\t:\tSync Mode read ERROR!")
def dev_init(ser):
"""
cs2000设备进行初始化，包含设置为远程控制，关闭测量按键，设置同步模式，查询同步模式数据
:param ser: cs2000的串口
:return: None
"""
remote_mode(ser)
meas_key_off(ser)
sync_mode_set(ser, SYNC_FREQ)
sync_mode_read(ser)
注意：这里每次发送命令之后，设备均会返回数据。如若返回的是OK00，则说明命令发送和接收都没有出现问题，如果返回的指令有ERxx等字样，需要根据手册中的错误代码列表查询错误原因，并进行改正。
测量数据
测量数据需要先发送测量指令，等待返回测量时间，等待测量结束；
再发送测量数据读取指令。
def measure(ser):
"""
向cs2000发出测量的命令
:param ser: cs2000的串口
:return: None
"""
data = b'MEAS,1\n'
tx_data(ser, data)
rdata = rx_data(ser)
if rdata[0] == "OK00":
# print("Status\t\t:\tMeasure time is {}s".format(rdata[1]))
pass
else:
print("Status\t\t:\tMeasure CMD ERROR Code {}".format(rdata[0]))
rdata_1 = rx_data(ser)
if rdata_1[0] == "OK00":
# print("Status\t\t:\tMeasurement completed!")
pass
else:
print("Status\t\t:\tMeasure Wait ERROR Code {}".format(rdata_1[0]))
def lv_read(ser):
"""
向cs2000发出测量的命令
:param ser: cs2000的串口
:return: 亮度值lv
"""
data = b'MEDR,2,0,101\n'
tx_data(ser, data)
rdata = rx_data(ser)
if rdata[0] == "OK00":
# print("Status\t\t:\tLuminance is {} cd/m²".format(rdata[1]))
return rdata[1]
else:
print("Status\t\t:\tLuminance Read ERROR Code {}".format(rdata[0]))
return None
def get_lv(ser):
"""
获取亮度值
:param ser: cs2000的串口
:return: 亮度值，单位cd/m²
"""
measure(ser)
return lv_read(ser)
def xylv_read(ser):
"""
向cs2000发出测量的命令
:param ser: cs2000的串口
:return: 色坐标，X，Y，亮度，LV
"""
data = b'MEDR,2,0,2\n'
tx_data(ser, data)
rdata = rx_data(ser)
if rdata[0] == "OK00":
print("Status\t\t:\tX，Y，LV are {} {} {}".format(rdata[1], rdata[2], rdata[3]))
return rdata[1:]
else:
print("Status\t\t:\tMeasure ERROR!")
return None
def get_xylv(ser):
"""
获取色坐标X，Y和亮度LV。
:param ser: cs2000的串口
:return: 色坐标，X，Y，亮度，LV
"""
measure(ser)
return xylv_read(ser)
其中，返回数据的格式需要根据发送的指令进行解析，对应在Datasheet中也有介绍。
串口收发数据的函数
对于串口收发数据，也封装了一层函数，方便调用：
def tx_data(ser, data):
# noinspection PyBroadException
try:
ser.write(data)
# print("Status\t\t:\tSend OK!")
except Exception:
print("Status\t\t:\tSend ERROR!")
def rx_data(ser):
# noinspection PyBroadException
try:
rdata = ser.readline().decode("utf-8").replace("\n", "").split(",")
# print("Status\t\t:\tReceived {}".format(rdata))
return rdata
except Exception:
print("Status\t\t:\tReceive ERROR!")
串口关闭
串口使用之后一定要进行合理的关闭，防止多个程序运行，出现连接问题。
def serial_close(ser):
"""
关闭串口连接
:return: None
"""
# noinspection PyBroadException
try:
ser.close()
print("Port {} has been closed!".format(ser.name))
except Exception:
print("----serial_close failed!")
主函数
所有的参数传递，都是将产生的串口对象作为参数传递。
if __name__ == '__main__':
port_list()
cs2000 = connect_com("COM1", timeout=5)
dev_init(cs2000)
get_lv(cs2000)
get_xylv(cs2000)
serial_close(cs2000)
写在后面
设备调试的要义在于，一切操作要参考Datasheet：cs_2000_technicalnote_en，可以在官网支持中下载到。熟悉了手册之后，后面的调试环节可以节省很多时间，调制的过程也会非常顺利。这里例举几个调试过程中遇到的问题：
1.合理设定超时（要根据最长的测量时间设定），在发送数据之后就可以等待接收数据；
2.这里的分隔符使用的就是\n，转换为byte类型后进行串口发送；
3.一些模式设定可以只进行一次设定，不需要每次上电都进行设定，为保险起见，统一放在初始化里面；
4.暗光环境下测试暗光源，需要的时间会很长，手动测试版有24s之多，亮光源的测试时间在1s一次左右；
5.程序中将串口直接作为参数传递有些不妥，可以将该模块改为class；
后面如果遇到了其他问题也会在此更新。
本项目源码地址：https://github.com/LJacki/CS2000
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