Kacper's Wiki

Ta strona jest tylko do odczytu. Możesz wyświetlić źródła tej strony ale nie możesz ich zmienić.
pliki:

{{ :projekty:trans_ard_wav.py |}}

{{ :projekty:translate_to_pwm.py |}}

{{ :projekty:wave_file_writer.py |}}

====== Arduino: ArdunioADCs-Hack ======

Proste rozwiązanie do przekształcania wygenerowanych przez Pythona fal do wartości PWM dla Arduino oraz konwertowania wartości wejścia analogowego Arduino na pliki WAV.

{{./arduino.jpg?400|Arduino}}
Arduino


===== Spis treści: =====

  - W jakich projektach możesz użyć tego narzędzia?
  - Jakie są części tego narzędzia?
  - Wyjaśnienie części narzędzi
  - Jak korzystać z tego narzędzia?
  - Lista rzeczy do zrobienia
  - Wnioski

==== Gdzie możesz użyć tego narzędzia? ====

Stworzyłem ten zestaw narzędzi, ponieważ pomyślałem, że będzie to interesujące, aby rejestrować fale za pomocą wejść analogowych Arduino, a następnie używać np. Audacity do edytowania i inspekcji zarejestrowanej fali za pomocą np. FFT. Może być także używane do rejestrowania odczytów z czujnika, można zostawić Raspberry Pi z prostym skryptem PyFirmata, który będzie odczytywał wartości i zapisywał je do pliku tekstowego, a potem po dłuższym czasie możesz wrócić, skopiować plik, wprowadzić go do mojego skryptu, który go przekonwertuje, a następnie narysować go lub zapisać w pliku WAV.

==== Części tego narzędzia. ====

To narzędzie składa się z kilku części:

  * values.txt - w tym pliku wklejasz wartości do wave_file_writer.py, powinny być w zakresie od -32768 do 32768
  * input.txt - w tym pliku wklejasz lub zapisujesz wartości odczytane przez ADC Arduino, powinny być w zakresie od 0 do 1024
  * pwm.txt - to plik, w którym umieszczasz wartości do translate_to_pwm.py, powinny być w zakresie od -1 do 1
  * pwm.txt - to plik, w którym umieszczasz wartości do translate_to_pwm.py, powinny być w zakresie od -1 do 1
  * wave_file_writer.py - ten skrypt służy, jak sama nazwa wskazuje, do zapisywania danych z values.txt do pliku .wav
  * translate_to_pwm.py - ten skrypt konwertuje wartości z zakresu -1, 1 do zakresu 0, 255, które są wartościami dla wyjścia PWM Arduino
  * trans_ard_wav.py - ten plik bierze wartości wejścia analogowego Arduino w zakresie od 0 do 1024 i konwertuje je na wartości 16-bitowego pliku .wav

==== Wyjaśnienie części ====

=== wave_file_writer.py ===

cały kod skryptu

<code python>
import wave, struct, math, random, numpy

text = open("./values.txt") 
string = text.read()
text.close()

sampleRate = 44100.0
duration = 100.0
frequency = 440.0
obj = wave.open('sound_writer.wav','w')
obj.setnchannels(1) # mono
obj.setsampwidth(2)
obj.setframerate(sampleRate)
audio=[]
audio = string.splitlines()
audio2 = []
for i in audio:
    audio2.append(int(i))
print(audio2)
for c in audio2:
    data = struct.pack('<h', c)
    obj.writeframesraw( data )
obj.close()
</code>

<code python>
text = open("./values.txt") 
string = text.read()
text.close()
</code>

  - Skrypt otwiera plik w bieżącym katalogu o nazwie values.txt
  - Odczytuje zawartość pliku i przypisuje ją do zmiennej o nazwie //string//
  - Zamyka plik o nazwie text

<code python>
sampleRate = 44100.0
duration = 100.0
frequency = 440.0
</code>

Tutaj przypisuję parametry pliku WAV

<code python>
obj = wave.open('sound_writer.wav','w')
obj.setnchannels(1) # mono
obj.setsampwidth(2)
obj.setframerate(sampleRate)
</code>

  - Skrypt otwiera plik o nazwie sound_writer.wav z uprawnieniami do zapisu w nim i przypisuje go do zmiennej //obj//
  - Określona jest liczba kanałów w pliku
  - Określona jest długość pojedynczego próbki
  - „Częstotliwość próbkowania” pliku audio jest określona i przypisana do zmiennej //sampleRate//

<code python>
audio=[]
audio = string.splitlines()
audio2 = []
</code>

  - Tworzymy listę //audio//
  - Wywołujemy metodę splitlines() na zmiennej //string//, która dzieli ją na linie i przypisuje do zmiennej //audio//
  - Tworzymy listę //audio2//

<code python>
for i in audio:
    audio2.append(int(i))
print(audio2)
</code>

  - Pętla for jest wywoływana na zmiennej //audio//
  - Każdy element //i// jest konwertowany na liczbę całkowitą
  - Następnie drukujemy zmienną //audio//

<code python>
for c in audio2:
    data = struct.pack('<h', c)
    obj.writeframesraw( data )
obj.close()
</code>

  - Używamy pętli for do iterowania przez listę //audio2//
  - Używamy funkcji struct.pack() do przypisania wartości do zmiennej //data//, która przygotowuje miejsce na zapis danych WAV
  - Następnie zapisujemy ramki danych do naszego pustego obiektu o nazwie //data//
  - Zamyka plik .wav

= To cały mechanizm działania tego narzędzia. Może być używane do zapisywania czegokolwiek do pliku audio, o ile jest to w pliku values.txt i mieści się w zakresie +/- 32768 =

=== translate_to_pwm.py ===

cały kod skryptu

<code python>
import numpy as np

text = open("./pwm.txt")
string = text.read()
text.close()
lines = string.splitlines()
values = []
result = []
counter = 0
for i in lines:
    values.append(float(i)) 
for i in values:
    counter += 1
    result.append(int(round(np.interp
    (i,[-1,1],[0,255]),0)))
print(result)
</code>

<code python>
text = open("./pwm.txt")
string = text.read()
text.close()
lines = string.splitlines()
values = []
result = []
counter = 0
</code>

  - Skrypt otwiera plik pwm.txt i zapisuje go w zmiennej //text//
  - Plik przypisany do zmiennej //text// jest odczytywany i wynik zapisany w zmiennej //string//
  - Następnie plik //text// jest zamykany
  - Rozdzielamy zmienną //string// na linie
  - Tworzymy listę //values//
  - Tworzymy listę //result//
  - Tworzymy zmienną //counter//

<code python>
for i in lines:
    values.append(float(i))
</code>

W tej pętli przechodzimy przez wartości w liście //lines// i dodajemy je do listy //values//, po konwersji na typ float

<code python>
for i in values:
    counter += 1
    result.append(int(round(np.interp
    (i,[-1,1],[0,255]),0)))
print(result)
</code>

W tej pętli przechodzimy przez dane w liście //values//, dodajemy 1 do zmiennej //counter// (która nie jest używana), dodajemy wartość zmiennej //i// po jej zaokrągleniu (bez miejsc po przecinku) oraz interpolujemy ją z zakresu -1, 1 do zakresu 0, 255, a następnie drukujemy wynik ###### to wszystko, co powinieneś wiedzieć o tym narzędziu, może być używane do konwersji dowolnej wartości na wartość cyklu PWM. Poniżej znajduje się mały przykład, jak obliczyć wartości sinusoidalne do pliku pwm.txt, aby przekonwertować je na PWM

<code python>
Python 3.6.9 (default, Nov  7 2019, 10:44:02) 
[GCC 8.3.0] na linuxie
Typ "help", "copyright", "credits" lub "license", aby uzyskać więcej informacji.
>>> import math as mth
>>> import numpy as np
>>> range = np.arange(0,6.28,0.01)
>>> result = []
>>> for i in range:
...     result.append(mth.sin(i))
... 
>>> print(result)
[0.0, 0.009999833334166664, 0.01999866669333308, 0.02999550020249566, 0.03998933418663416, 0.04997916927067833, 0.059964006479444595, 0.06994284733753277, 0.0799146939691727, 0.08987854919801104, 0.09983341664682815, 0.10977830083717481, 0.11971220728891936, 0.12963414261969486, 0.1395431146442365, 0.14943813247359922, 0.15931820661424598, 0.16918234906699603, 0.17902957342582418, 0.18885889497650057, 0.19866933079506122, 0.20845989984609956, 0.21822962308086932, 0.2279775235351884, 0.23770262642713458, 0.24740395925452294, 0.2570805518921551, 0.26673143668883115, 0.27635564856411376, 0.28595222510483553, 0.29552020666133955, 0.3050586364434435, # i tak dalej ... w nieskończoność ...
</code>

= Spróbuj eksperymentować z różnymi wartościami kroków (ostatnia wartość w funkcji np.arange()), np. 0.1; 0.5; 1. Zobacz, jak jakość fali zmieni się po interpolacji ich do zakresu +/- 32768 i zapisaniu ich za pomocą wave_file_writer.py do pliku =

=== trans_ard_wav.py ===

<code python>
import numpy as np


text = open("./input.txt")
string = text.read()
text.close()
lines = string.splitlines()
values = []
result = []
counter = 0;
for i in lines:
    values.append(int(i))   
for i in values:
    counter += 1
    result.append(int(round(np.interp
    (i,[0,1024],[-32768,32768]),0)))
for i in result:
    print(i)
</code>

<code python>
text = open("./input.txt")
string = text.read()
text.close()
lines = string.splitlines()
values = []
result = []
counter = 0;
</code>

Dobrze, teraz sprawdźmy, co robi ten fragment kodu. Pierwsza linia otwiera plik, potem standardowo odczytujemy jego zawartość i zamykamy plik. Następnie pod zmienną „lines” przypisujemy tekst z pliku, ale jest on podzielony na oddzielne linie. Tworzymy kilka zmiennych, które będą przydatne później.

<code python>
for i in lines:
    values.append(int(i))   
for i in values:
    counter += 1
    result.append(int(round(np.interp
    (i,[0,1024],[-32768,32768]),0)))
for i in result:
    print(i)
</code>

Pierwsza pętla for odczytuje każdą wartość i konwertuje ją z typu str na int, następnie w kolejnej pętli dodajemy 1 do zmiennej „counter” (która nie jest używana), zaokrąglamy wartości (bez miejsc po przecinku) i interpolujemy je z zakresu 0,1024 na zakres 16-bitowego pliku audio. Ostatnia pętla for drukuje wynik każdej wartości w nowej linii, a po tym możemy przekierować wynik do innego pliku.

=== Lista rzeczy do zrobienia ===

  * ☒ przetłumaczenie z Pythona na cykl PWM
  * ☒ przetłumaczenie z wejścia analogowego Arduino na plik WAV
  * ☐ generowanie prostych fal w plikach .wav
  * ☐ przetłumaczenie z wejścia analogowego Arduino na wykres matplotlib
  * ☐ stworzenie GUI dla całego projektu
  * ☐ stworzenie prostego generatora tonów .wav w oparciu o GUI/tekst
  * ☐ konwerter ASCII na sygnał cyfrowy w formacie .wav i dla Arduino

Jeśli masz pomysły na ciekawe ulepszenia tego projektu, skontaktuj się ze mną lub po prostu wyślij swoją zmianę.

==== Wnioski ====

Moim zdaniem to był interesujący projekt. Może nauczyć trochę o cyfrowym przetwarzaniu sygnałów .wav i trochę o Arduino. Jeśli masz trochę więcej wolnego czasu i chcesz obejrzeć filmy wyjaśniające podobne projekty do tego, odwiedź moją [[http://www.ostrowski.net.pl|stronę internetową]]
Kacper's Wiki

Narzędzia użytkownika

Narzędzia witryny

Narzędzia strony
