liyujie
2025-08-29 87c7c0d90966d729ca3d39cbfca77a39a43960eb
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
#!/usr/bin/env python
 
# Copyright (C) 2014 The Android Open Source Project
#
# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
# you may not use this file except in compliance with the License.
# You may obtain a copy of the License at
#
#       http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
#
# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
# See the License for the specific language governing permissions and
# limitations under the License.
 
"""Interface for a USB-connected Monsoon power meter
(http://msoon.com/LabEquipment/PowerMonitor/).
This file requires gflags, which requires setuptools.
To install setuptools: sudo apt-get install python-setuptools
To install gflags, see http://code.google.com/p/python-gflags/
To install pyserial, see http://pyserial.sourceforge.net/
 
Example usages:
  Set the voltage of the device 7536 to 4.0V
  python monsoon.py --voltage=4.0 --serialno 7536
 
  Get 5000hz data from device number 7536, with unlimited number of samples
  python monsoon.py --samples -1 --hz 5000 --serialno 7536
 
  Get 200Hz data for 5 seconds (1000 events) from default device
  python monsoon.py --samples 100 --hz 200
 
  Get unlimited 200Hz data from device attached at /dev/ttyACM0
  python monsoon.py --samples -1 --hz 200 --device /dev/ttyACM0
 
Output columns for collection with --samples, separated by space:
 
  TIMESTAMP OUTPUT OUTPUT_AVG USB USB_AVG
   |                |          |   |
   |                |          |   ` (if --includeusb and --avg)
   |                |          ` (if --includeusb)
   |                ` (if --avg)
   ` (if --timestamp)
"""
 
import fcntl
import os
import select
import signal
import stat
import struct
import sys
import time
import collections
 
import gflags as flags  # http://code.google.com/p/python-gflags/
 
import serial           # http://pyserial.sourceforge.net/
 
FLAGS = flags.FLAGS
 
class Monsoon:
  """
  Provides a simple class to use the power meter, e.g.
  mon = monsoon.Monsoon()
  mon.SetVoltage(3.7)
  mon.StartDataCollection()
  mydata = []
  while len(mydata) < 1000:
    mydata.extend(mon.CollectData())
  mon.StopDataCollection()
  """
 
  def __init__(self, device=None, serialno=None, wait=1):
    """
    Establish a connection to a Monsoon.
    By default, opens the first available port, waiting if none are ready.
    A particular port can be specified with "device", or a particular Monsoon
    can be specified with "serialno" (using the number printed on its back).
    With wait=0, IOError is thrown if a device is not immediately available.
    """
 
    self._coarse_ref = self._fine_ref = self._coarse_zero = self._fine_zero = 0
    self._coarse_scale = self._fine_scale = 0
    self._last_seq = 0
    self.start_voltage = 0
 
    if device:
      self.ser = serial.Serial(device, timeout=1)
      return
 
    while True:  # try all /dev/ttyACM* until we find one we can use
      for dev in os.listdir("/dev"):
        if not dev.startswith("ttyACM"): continue
        tmpname = "/tmp/monsoon.%s.%s" % (os.uname()[0], dev)
        self._tempfile = open(tmpname, "w")
        try:
          os.chmod(tmpname, 0666)
        except OSError:
          pass
        try:  # use a lockfile to ensure exclusive access
          fcntl.lockf(self._tempfile, fcntl.LOCK_EX | fcntl.LOCK_NB)
        except IOError as e:
          print >>sys.stderr, "device %s is in use" % dev
          continue
 
        try:  # try to open the device
          self.ser = serial.Serial("/dev/%s" % dev, timeout=1)
          self.StopDataCollection()  # just in case
          self._FlushInput()  # discard stale input
          status = self.GetStatus()
        except Exception as e:
          print >>sys.stderr, "error opening device %s: %s" % (dev, e)
          continue
 
        if not status:
          print >>sys.stderr, "no response from device %s" % dev
        elif serialno and status["serialNumber"] != serialno:
          print >>sys.stderr, ("Note: another device serial #%d seen on %s" %
                               (status["serialNumber"], dev))
        else:
          self.start_voltage = status["voltage1"]
          return
 
      self._tempfile = None
      if not wait: raise IOError("No device found")
      print >>sys.stderr, "waiting for device..."
      time.sleep(1)
 
 
  def GetStatus(self):
    """ Requests and waits for status.  Returns status dictionary. """
 
    # status packet format
    STATUS_FORMAT = ">BBBhhhHhhhHBBBxBbHBHHHHBbbHHBBBbbbbbbbbbBH"
    STATUS_FIELDS = [
        "packetType", "firmwareVersion", "protocolVersion",
        "mainFineCurrent", "usbFineCurrent", "auxFineCurrent", "voltage1",
        "mainCoarseCurrent", "usbCoarseCurrent", "auxCoarseCurrent", "voltage2",
        "outputVoltageSetting", "temperature", "status", "leds",
        "mainFineResistor", "serialNumber", "sampleRate",
        "dacCalLow", "dacCalHigh",
        "powerUpCurrentLimit", "runTimeCurrentLimit", "powerUpTime",
        "usbFineResistor", "auxFineResistor",
        "initialUsbVoltage", "initialAuxVoltage",
        "hardwareRevision", "temperatureLimit", "usbPassthroughMode",
        "mainCoarseResistor", "usbCoarseResistor", "auxCoarseResistor",
        "defMainFineResistor", "defUsbFineResistor", "defAuxFineResistor",
        "defMainCoarseResistor", "defUsbCoarseResistor", "defAuxCoarseResistor",
        "eventCode", "eventData", ]
 
    self._SendStruct("BBB", 0x01, 0x00, 0x00)
    while True:  # Keep reading, discarding non-status packets
      bytes = self._ReadPacket()
      if not bytes: return None
      if len(bytes) != struct.calcsize(STATUS_FORMAT) or bytes[0] != "\x10":
        print >>sys.stderr, "wanted status, dropped type=0x%02x, len=%d" % (
                ord(bytes[0]), len(bytes))
        continue
 
      status = dict(zip(STATUS_FIELDS, struct.unpack(STATUS_FORMAT, bytes)))
      assert status["packetType"] == 0x10
      for k in status.keys():
        if k.endswith("VoltageSetting"):
          status[k] = 2.0 + status[k] * 0.01
        elif k.endswith("FineCurrent"):
          pass # needs calibration data
        elif k.endswith("CoarseCurrent"):
          pass # needs calibration data
        elif k.startswith("voltage") or k.endswith("Voltage"):
          status[k] = status[k] * 0.000125
        elif k.endswith("Resistor"):
          status[k] = 0.05 + status[k] * 0.0001
          if k.startswith("aux") or k.startswith("defAux"): status[k] += 0.05
        elif k.endswith("CurrentLimit"):
          status[k] = 8 * (1023 - status[k]) / 1023.0
      return status
 
  def RampVoltage(self, start, end):
    v = start
    if v < 3.0: v = 3.0       # protocol doesn't support lower than this
    while (v < end):
      self.SetVoltage(v)
      v += .1
      time.sleep(.1)
    self.SetVoltage(end)
 
  def SetVoltage(self, v):
    """ Set the output voltage, 0 to disable. """
    if v == 0:
      self._SendStruct("BBB", 0x01, 0x01, 0x00)
    else:
      self._SendStruct("BBB", 0x01, 0x01, int((v - 2.0) * 100))
 
 
  def SetMaxCurrent(self, i):
    """Set the max output current."""
    assert i >= 0 and i <= 8
 
    val = 1023 - int((i/8)*1023)
    self._SendStruct("BBB", 0x01, 0x0a, val & 0xff)
    self._SendStruct("BBB", 0x01, 0x0b, val >> 8)
 
  def SetUsbPassthrough(self, val):
    """ Set the USB passthrough mode: 0 = off, 1 = on,  2 = auto. """
    self._SendStruct("BBB", 0x01, 0x10, val)
 
 
  def StartDataCollection(self):
    """ Tell the device to start collecting and sending measurement data. """
    self._SendStruct("BBB", 0x01, 0x1b, 0x01) # Mystery command
    self._SendStruct("BBBBBBB", 0x02, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x03, 0xe8)
 
 
  def StopDataCollection(self):
    """ Tell the device to stop collecting measurement data. """
    self._SendStruct("BB", 0x03, 0x00) # stop
 
 
  def CollectData(self):
    """ Return some current samples.  Call StartDataCollection() first. """
    while True:  # loop until we get data or a timeout
      bytes = self._ReadPacket()
      if not bytes: return None
      if len(bytes) < 4 + 8 + 1 or bytes[0] < "\x20" or bytes[0] > "\x2F":
        print >>sys.stderr, "wanted data, dropped type=0x%02x, len=%d" % (
            ord(bytes[0]), len(bytes))
        continue
 
      seq, type, x, y = struct.unpack("BBBB", bytes[:4])
      data = [struct.unpack(">hhhh", bytes[x:x+8])
              for x in range(4, len(bytes) - 8, 8)]
 
      if self._last_seq and seq & 0xF != (self._last_seq + 1) & 0xF:
        print >>sys.stderr, "data sequence skipped, lost packet?"
      self._last_seq = seq
 
      if type == 0:
        if not self._coarse_scale or not self._fine_scale:
          print >>sys.stderr, "waiting for calibration, dropped data packet"
          continue
 
        def scale(val):
          if val & 1:
            return ((val & ~1) - self._coarse_zero) * self._coarse_scale
          else:
            return (val - self._fine_zero) * self._fine_scale
 
        out_main = []
        out_usb = []
        for main, usb, aux, voltage in data:
          out_main.append(scale(main))
          out_usb.append(scale(usb))
        return (out_main, out_usb)
 
      elif type == 1:
        self._fine_zero = data[0][0]
        self._coarse_zero = data[1][0]
        # print >>sys.stderr, "zero calibration: fine 0x%04x, coarse 0x%04x" % (
        #     self._fine_zero, self._coarse_zero)
 
      elif type == 2:
        self._fine_ref = data[0][0]
        self._coarse_ref = data[1][0]
        # print >>sys.stderr, "ref calibration: fine 0x%04x, coarse 0x%04x" % (
        #     self._fine_ref, self._coarse_ref)
 
      else:
        print >>sys.stderr, "discarding data packet type=0x%02x" % type
        continue
 
      if self._coarse_ref != self._coarse_zero:
        self._coarse_scale = 2.88 / (self._coarse_ref - self._coarse_zero)
      if self._fine_ref != self._fine_zero:
        self._fine_scale = 0.0332 / (self._fine_ref - self._fine_zero)
 
 
  def _SendStruct(self, fmt, *args):
    """ Pack a struct (without length or checksum) and send it. """
    data = struct.pack(fmt, *args)
    data_len = len(data) + 1
    checksum = (data_len + sum(struct.unpack("B" * len(data), data))) % 256
    out = struct.pack("B", data_len) + data + struct.pack("B", checksum)
    self.ser.write(out)
 
 
  def _ReadPacket(self):
    """ Read a single data record as a string (without length or checksum). """
    len_char = self.ser.read(1)
    if not len_char:
      print >>sys.stderr, "timeout reading from serial port"
      return None
 
    data_len = struct.unpack("B", len_char)
    data_len = ord(len_char)
    if not data_len: return ""
 
    result = self.ser.read(data_len)
    if len(result) != data_len: return None
    body = result[:-1]
    checksum = (data_len + sum(struct.unpack("B" * len(body), body))) % 256
    if result[-1] != struct.pack("B", checksum):
      print >>sys.stderr, "invalid checksum from serial port"
      return None
    return result[:-1]
 
  def _FlushInput(self):
    """ Flush all read data until no more available. """
    self.ser.flush()
    flushed = 0
    while True:
      ready_r, ready_w, ready_x = select.select([self.ser], [], [self.ser], 0)
      if len(ready_x) > 0:
        print >>sys.stderr, "exception from serial port"
        return None
      elif len(ready_r) > 0:
        flushed += 1
        self.ser.read(1)  # This may cause underlying buffering.
        self.ser.flush()  # Flush the underlying buffer too.
      else:
        break
    if flushed > 0:
      print >>sys.stderr, "dropped >%d bytes" % flushed
 
def main(argv):
  """ Simple command-line interface for Monsoon."""
  useful_flags = ["voltage", "status", "usbpassthrough", "samples", "current"]
  if not [f for f in useful_flags if FLAGS.get(f, None) is not None]:
    print __doc__.strip()
    print FLAGS.MainModuleHelp()
    return
 
  if FLAGS.includeusb:
    num_channels = 2
  else:
    num_channels = 1
 
  if FLAGS.avg and FLAGS.avg < 0:
    print "--avg must be greater than 0"
    return
 
  mon = Monsoon(device=FLAGS.device, serialno=FLAGS.serialno)
 
  if FLAGS.voltage is not None:
    if FLAGS.ramp is not None:
      mon.RampVoltage(mon.start_voltage, FLAGS.voltage)
    else:
      mon.SetVoltage(FLAGS.voltage)
 
  if FLAGS.current is not None:
    mon.SetMaxCurrent(FLAGS.current)
 
  if FLAGS.status:
    items = sorted(mon.GetStatus().items())
    print "\n".join(["%s: %s" % item for item in items])
 
  if FLAGS.usbpassthrough:
    if FLAGS.usbpassthrough == 'off':
      mon.SetUsbPassthrough(0)
    elif FLAGS.usbpassthrough == 'on':
      mon.SetUsbPassthrough(1)
    elif FLAGS.usbpassthrough == 'auto':
      mon.SetUsbPassthrough(2)
    else:
      sys.exit('bad passthrough flag: %s' % FLAGS.usbpassthrough)
 
  if FLAGS.samples:
    # Make sure state is normal
    mon.StopDataCollection()
    status = mon.GetStatus()
    native_hz = status["sampleRate"] * 1000
 
    # Collect and average samples as specified
    mon.StartDataCollection()
 
    # In case FLAGS.hz doesn't divide native_hz exactly, use this invariant:
    # 'offset' = (consumed samples) * FLAGS.hz - (emitted samples) * native_hz
    # This is the error accumulator in a variation of Bresenham's algorithm.
    emitted = offset = 0
    chan_buffers = tuple([] for _ in range(num_channels))
    # past n samples for rolling average
    history_deques = tuple(collections.deque() for _ in range(num_channels))
 
    try:
      last_flush = time.time()
      while emitted < FLAGS.samples or FLAGS.samples == -1:
        # The number of raw samples to consume before emitting the next output
        need = (native_hz - offset + FLAGS.hz - 1) / FLAGS.hz
        if need > len(chan_buffers[0]):     # still need more input samples
          chans_samples = mon.CollectData()
          if not all(chans_samples): break
          for chan_buffer, chan_samples in zip(chan_buffers, chans_samples):
            chan_buffer.extend(chan_samples)
        else:
          # Have enough data, generate output samples.
          # Adjust for consuming 'need' input samples.
          offset += need * FLAGS.hz
          while offset >= native_hz:  # maybe multiple, if FLAGS.hz > native_hz
            this_sample = [sum(chan[:need]) / need for chan in chan_buffers]
 
            if FLAGS.timestamp: print int(time.time()),
 
            if FLAGS.avg:
              chan_avgs = []
              for chan_deque, chan_sample in zip(history_deques, this_sample):
                chan_deque.appendleft(chan_sample)
                if len(chan_deque) > FLAGS.avg: chan_deque.pop()
                chan_avgs.append(sum(chan_deque) / len(chan_deque))
              # Interleave channel rolling avgs with latest channel data
              data_to_print = [datum
                               for pair in zip(this_sample, chan_avgs)
                               for datum in pair]
            else:
              data_to_print = this_sample
 
            fmt = ' '.join('%f' for _ in data_to_print)
            print fmt % tuple(data_to_print)
 
            sys.stdout.flush()
 
            offset -= native_hz
            emitted += 1              # adjust for emitting 1 output sample
          chan_buffers = tuple(c[need:] for c in chan_buffers)
          now = time.time()
          if now - last_flush >= 0.99:  # flush every second
            sys.stdout.flush()
            last_flush = now
    except KeyboardInterrupt:
      print >>sys.stderr, "interrupted"
 
    mon.StopDataCollection()
 
 
if __name__ == '__main__':
  # Define flags here to avoid conflicts with people who use us as a library
  flags.DEFINE_boolean("status", None, "Print power meter status")
  flags.DEFINE_integer("avg", None,
                       "Also report average over last n data points")
  flags.DEFINE_float("voltage", None, "Set output voltage (0 for off)")
  flags.DEFINE_float("current", None, "Set max output current")
  flags.DEFINE_string("usbpassthrough", None, "USB control (on, off, auto)")
  flags.DEFINE_integer("samples", None,
                       "Collect and print this many samples. "
                       "-1 means collect indefinitely.")
  flags.DEFINE_integer("hz", 5000, "Print this many samples/sec")
  flags.DEFINE_string("device", None,
                      "Path to the device in /dev/... (ex:/dev/ttyACM1)")
  flags.DEFINE_integer("serialno", None, "Look for a device with this serial number")
  flags.DEFINE_boolean("timestamp", None,
                       "Also print integer (seconds) timestamp on each line")
  flags.DEFINE_boolean("ramp", True, "Gradually increase voltage")
  flags.DEFINE_boolean("includeusb", False, "Include measurements from USB channel")
 
  main(FLAGS(sys.argv))