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

Arduino

1. W jakich projektach możesz użyć tego narzędzia?
2. Jakie są części tego narzędzia?
3. Wyjaśnienie części narzędzi
4. Jak korzystać z tego narzędzia?
5. Lista rzeczy do zrobienia
6. Wnioski

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.

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 * 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

cały kod skryptu

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()

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

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

sampleRate = 44100.0
duration = 100.0
frequency = 440.0

Tutaj przypisuję parametry pliku WAV

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

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

audio=[]
audio = string.splitlines()
audio2 = []

1. Tworzymy listę audio
2. Wywołujemy metodę splitlines() na zmiennej string, która dzieli ją na linie i przypisuje do zmiennej audio
3. Tworzymy listę audio2

for i in audio:
    audio2.append(int(i))
print(audio2)

1. Pętla for jest wywoływana na zmiennej audio
2. Każdy element i jest konwertowany na liczbę całkowitą
3. Następnie drukujemy zmienną audio

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

1. Używamy pętli for do iterowania przez listę audio2
2. Używamy funkcji struct.pack() do przypisania wartości do zmiennej data, która przygotowuje miejsce na zapis danych WAV
3. Następnie zapisujemy ramki danych do naszego pustego obiektu o nazwie data
4. 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 =

cały kod skryptu

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)

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

1. Skrypt otwiera plik pwm.txt i zapisuje go w zmiennej text
2. Plik przypisany do zmiennej text jest odczytywany i wynik zapisany w zmiennej string
3. Następnie plik text jest zamykany
4. Rozdzielamy zmienną string na linie
5. Tworzymy listę values
6. Tworzymy listę result
7. Tworzymy zmienną counter

for i in lines:
    values.append(float(i))

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

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

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

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 ...

= 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 =

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)

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

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.

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)

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.

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 stronę internetową