最近在研究 Arduino 讀取電子羅盤 GY-273 / HMC5883L的座標，將讀取的座標顯示在Console上，只要使用Serial.print()就可以簡單做到，可是如果要呈現一個 3D的圖像，經由 GY-273座標值的改變，讓畫面上的3D圖樣也跟著轉動。在Arduino 的環境下，我不確定圖形介面的Scratch for Arduino (簡稱S4A)是否可以完成？
先前寫過一篇：「Arduino筆記(十三)：使用Firmata 協定，Arduino 也可以執行 Python」，如果將 Arduino測得的資料，透過 PyMata 及 Python 的3D 函式庫，將結果呈現在螢幕上，應該是一個很不錯的想法。
另一個作法是將Arduino 測得的資料，透過 Serial Port單向傳給 Python，再由 Python根據接收的資料，改變圖形的形狀或角度。
在搜尋Python 繪圖庫的文件時，找到一個很容易就可以畫出3D圖形的程式: VPython，我試著用 Python 接收來自 Serial Port 的資料，結合座標軸，畫出立體的影像。以下就是在 Vpython畫出一個地球的畫面。
如有興趣可到以下 vPython 的文件網站，查詢相關指令：
網址是：http://vpython.org/contents/docs/
網址是：https://pypi.python.org/pypi/pyserial/2.7
• GY-273 / HMC5883L x1
• 連接線 x 4條
打開Serial串列的視窗，已經可以看到座標值，如上圖。
接下來要在電腦端安裝 Python所需的軟體，包括 Serial 跟 vPython兩種。 vPython 分成32跟64位元兩種，且分為Python 2.7 跟3.2兩個版本，安裝時要對應 Python 安裝的版本，否則會產生錯誤。我是採用比較傳統的作法，安裝 Python 2.7.13 版，vPython安裝2.7-6.11，執行時沒有發生問題。以下是軟體取得的位址與安裝方式(略) ：
(1) 下載安裝 Python 2.7.x 版 32位元程式 (目前最新是2.7.13) 。 下載後執行接著按「下一步」即可完成安裝。
(2) 下載安裝 PySerial 2.7 版 。下載後執行接著按「下一步」即可完成安裝。
(3) 下載安裝 VPython-Win-32-Py2.7-6.11 。下載後執行，會詢問Python 2.7的目錄，接著按「下一步」即可完成安裝。
完成上述安裝後，開啟「VIDLE for python」視覺化的開發環境(Python's Integrated DeveLopment Environment)，輸入以下程式，按「F5」(Run Module)或是從視窗選單「Run」➔ 「Run Module」。
• 以下是Python 程式：
程式中有幾個要注意的地方：
• 我的 Arduino Serial 通訊埠是 COM4，如果不同時，記得要修改。
• 傳輸速率 38400 是我試過比較剛好的，在畫面上顯示3D的圖時，不會因畫面顯示來不及，而造成資料在背景儲存多筆在緩衝區。
• xPos、yPos及zPos各除以100，是因為該數字常超過座標的值，造成程式錯誤中斷，除以100，可套用於目前座標中。
• github：jarzebski/Arduino-HMC5883L
• Palma Quarter：Using Python with Arduino
先前寫過一篇：「Arduino筆記(十三)：使用Firmata 協定，Arduino 也可以執行 Python」，如果將 Arduino測得的資料，透過 PyMata 及 Python 的3D 函式庫，將結果呈現在螢幕上，應該是一個很不錯的想法。
另一個作法是將Arduino 測得的資料，透過 Serial Port單向傳給 Python，再由 Python根據接收的資料，改變圖形的形狀或角度。
在搜尋Python 繪圖庫的文件時，找到一個很容易就可以畫出3D圖形的程式: VPython，我試著用 Python 接收來自 Serial Port 的資料，結合座標軸，畫出立體的影像。以下就是在 Vpython畫出一個地球的畫面。
[vPython]
Vpython 是 Python 的一個套裝軟體，可以在螢幕上呈現出 3D 的圖形，包括球形體、長方體、彈簧、金字塔體、箭號等形狀，所有的圖形都以 3 維座標表示，並以向量控制位置或方向。如有興趣可到以下 vPython 的文件網站，查詢相關指令：
網址是：http://vpython.org/contents/docs/
[pySerial]
pyserial程式的功能，是要讓 Python 程式透過 Serial Port (RS232) 來進行通訊傳輸。傳輸前需進行速率()設定程式下載位置及相關文件，可參考 pyserial 的網站：網址是：https://pypi.python.org/pypi/pyserial/2.7
[材料]
• Arduino Nano x 1• GY-273 / HMC5883L x1
• 連接線 x 4條
[接線圖]
•GY-273 / HMC5883L 電子羅盤模組連接線路| Arduino | GY-273/HMC5883 |
|---|---|
| VCC | VCC |
| GND | GND |
| Pin A5 | SCL |
| Pin A4 | SDA |
| - | DRDY |
[Arduino程式一]
以下是修改自Korneliusz Jarzebski的程式，產生一列X,Y,Z座標的數字，以逗號隔開。#include <Wire.h>
#include <HMC5883L.h>
HMC5883L compass;
void setup()
{
Serial.begin(38400);
// Initialize HMC5883L
while (!compass.begin())
{
delay(500);
}
// +/- 1.30 Ga: HMC5883L_RANGE_1_3GA (default)
compass.setRange(HMC5883L_RANGE_1_3GA);
// Set measurement mode
// Continuous-Measurement: HMC5883L_CONTINOUS (default)
compass.setMeasurementMode(HMC5883L_CONTINOUS);
// Set data rate
// 15.00Hz: HMC5883L_DATARATE_15HZ (default)
compass.setDataRate(HMC5883L_DATARATE_15HZ);
// Set number of samples averaged
// 1 sample: HMC5883L_SAMPLES_1 (default)
compass.setSamples(HMC5883L_SAMPLES_1);
}
void loop()
{
Vector raw = compass.readRaw();
Vector norm = compass.readNormalize();
Serial.print(norm.XAxis);
Serial.print(", ");
Serial.print(norm.YAxis);
Serial.print(", ");
Serial.print(norm.ZAxis);
Serial.println();
delay(100);
}
[Arduino程式二]
以下是修改自 Henry's Bench的 HMC5883 Arduino 程式，使用I2C讀取 HMC5883的暫存器，再利用位移的方式計算X,Y,Z座標的值。#include <Wire.h>: //I2C Arduino Library
#define addr 0x1E //I2C Address for The HMC5883
void setup(){
Serial.begin(38400);
Wire.begin();
Wire.beginTransmission(addr); //start talking
Wire.write(0x02); // Set the Register
Wire.write(0x00); // Tell the HMC5883 to Continuously Measure
Wire.endTransmission();
}
void loop(){
int x,y,z; //triple axis data
//Tell the HMC what regist to begin writing data into
Wire.beginTransmission(addr);
Wire.write(0x03); //start with register 3.
Wire.endTransmission();
//Read the data.. 2 bytes for each axis.. 6 total bytes
Wire.requestFrom(addr, 6);
if(6 <= Wire.available()){
x = Wire.read() <<8; //MSB x
x |= Wire.read(); //LSB x
z = Wire.read() <<8; //MSB z
z |= Wire.read(); //LSB z
y = Wire.read() <<8; //MSB y
y |= Wire.read(); //LSB y
}
// Show Values
Serial.print(x);
Serial.print(", ");
Serial.print(y);
Serial.print(", ");
Serial.println(z);
delay(10);
}
打開Serial串列的視窗，已經可以看到座標值，如上圖。
接下來要在電腦端安裝 Python所需的軟體，包括 Serial 跟 vPython兩種。 vPython 分成32跟64位元兩種，且分為Python 2.7 跟3.2兩個版本，安裝時要對應 Python 安裝的版本，否則會產生錯誤。我是採用比較傳統的作法，安裝 Python 2.7.13 版，vPython安裝2.7-6.11，執行時沒有發生問題。以下是軟體取得的位址與安裝方式(略) ：
(1) 下載安裝 Python 2.7.x 版 32位元程式 (目前最新是2.7.13) 。 下載後執行接著按「下一步」即可完成安裝。
(2) 下載安裝 PySerial 2.7 版 。下載後執行接著按「下一步」即可完成安裝。
(3) 下載安裝 VPython-Win-32-Py2.7-6.11 。下載後執行，會詢問Python 2.7的目錄，接著按「下一步」即可完成安裝。
完成上述安裝後，開啟「VIDLE for python」視覺化的開發環境(Python's Integrated DeveLopment Environment)，輸入以下程式，按「F5」(Run Module)或是從視窗選單「Run」➔ 「Run Module」。
• 以下是Python 程式：
import serial #import serial library
from visual import * #import vPython library
scene2 = display(title='Examples of HMC5883L Triple Axis Digital Compass', x=0, y=0, width=600, height=600, center=(5,0,0), background=(0,0,0))
scene2.fullscreen = True
Earth = sphere(raduis = 100, material = materials.earth) # print Earth
PosLabel = label(text='Position is: ', box=false, height=15) # print position
sensorData= serial.Serial('com4',38400) # Get data from serial port
while True:
rate(50) # Delay
if (sensorData.inWaiting()>0):
textline = sensorData.readline()
str2 = 'Position is: ' + textline
Pos = textline.split(',')
xPos = float(Pos[0]) /100
yPos = float(Pos[1]) /100
zPos = float(Pos[2]) /100
Earth.pos = vector(xPos, yPos, zPos)
PosLabel.text= str2
程式中有幾個要注意的地方：
• 我的 Arduino Serial 通訊埠是 COM4，如果不同時，記得要修改。
• 傳輸速率 38400 是我試過比較剛好的，在畫面上顯示3D的圖時，不會因畫面顯示來不及，而造成資料在背景儲存多筆在緩衝區。
• xPos、yPos及zPos各除以100，是因為該數字常超過座標的值，造成程式錯誤中斷，除以100，可套用於目前座標中。
[執行結果]
看到一個地球及座標的畫面，會隨著HCM5883L的轉動而改變位置。[後記]
在執行 Python 的過程中，使用 vPython 的 函數 sphere 畫一個地球，只要一行指令即可。但執行的過程中，都沒有改變地球的半徑 raduis 的值，可是在畫面上的地球，會忽大忽小的改變，一直讓我找不出原因。其次是地球只是在座標平移，而非真的做到 3D 的旋轉。還有座標的位置，我也常無法有效的控制物件所在位置，這些小地方還不熟悉，後續還有很大的努力空間。下次有些研究的心得再跟各位分享。
[參考資料]
• Henry's Bench：Arduino GY-273 HMC5883L Magnetometer Compass Tutorial• github：jarzebski/Arduino-HMC5883L
• Palma Quarter：Using Python with Arduino
請問大大，我用了第二段的程式碼，但是輸出一直持續都是0,0,0 請問有遇過類似的情況嗎?
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