Pythonを使ってオシロスコープを遠隔操作したり、画面キャプチャをしてみよう
2021.12.20
python でオシロスコープを操作しよう！
オシロスコープなどの計測器は「NI-VISA」という通信規格に対応しています。
NI-VISA を使えば、PC から簡単にオシロスコープを制御したり、データ転送することができます。
今回は「PyVISA」モジュールを使い、オシロスコープを操作する Python プログラムを作ってみましょう！
準備
PyVISA とは？
「PyVISA」は、NI-VISA を通して、Python コード上で計測器を制御するモジュールです。
【PyVISA 公式サイト】
https://pyvisa.readthedocs.io/en/latest/index.html
おなじみの pip を使えば、簡単にインストールできます。
1 | pip install -U pyvisa |
インストールが必要なもの
- Python の開発環境
- PyVISA モジュール
- NI-VISA
この中で、NI-VISA のインストールには注意が必要です。
公式サイトの最新バージョンでは Full 版しかダウンロードできませんが、バージョンを17.5まで落とせば Runtime 版をダウンロードできます。
最低限 NI-VISA のドライバが使えればいいので、他の機能はインストール不要ということです。
筆者の実行環境
- Python（3.6）
- Spyder（3.2.6）
- PyVISA（1.9.1）
- オシロスコープ（Tektronix 社 MSO58 シリーズ）
①PyVISA でオシロスコープのアドレスを取得する
それではさっそく、Python でコードを書いていきましょう！
PC とオシロスコープを接続
まずは、Python を通して PC とオシロスコープを接続する処理を行います。
1 2 3 4 | import pyvisa rm = pyvisa.ResourceManager() print(rm.list_resources()) |
ResourceManager が、PC と計測器をつなぐクラスです。
このスクリプトを実行する前に、オシロスコープと PC が USB ケーブルで接続されているか確認してください。
オシロスコープのアドレスを取得
実行すると…
1 | ('USB0::0x___::____::INSTR', 'ASRL1::INSTR', 'ASRL2::INSTR') |
このような表示がされます。
この 'USB0::～' がオシロスコープのアドレスで、この値を使うことで通信の確立を行います。
※接続した USB の端子の箇所によっては、USB1 や USB2 となったりもします。
②オシロスコープと接続し、遠隔操作する
オシロスコープのアドレスが分かったら、次は接続です。
さっき取得したアドレスを、括弧内に入力することを忘れずに！
1 2 3 4 5 6 | import pyvisa import time from datetime import datetime inst = rm.open_resource('USB0::0x___::____::INSTR') print(inst.query('*IDN?')) |
実行し、下記のようなコードが表示されれば接続成功です。
1 2 | <'USBInstrument'('USB0::0x___::____::INSTR')> TEKTRONIX,MSO58,_____,______ |
接続されているオシロスコープの情報が表示されていますね（__はシリアル番号の略です）。
この .query は、オシロスコープに NI-VISA コマンドを送信し、戻り値を要求しています。
NI-VISA のコマンドに「?」が付いているのも、戻り値を要求するコマンドだからです。
接続に失敗した場合
1 | VI_ERROR_RSRC_NFOUND (-1073807343): Insufficient location information or the requested device or resource is not present in the system. |
万が一接続に失敗すると、このような表示がされます。
こんな時には、下記の方法を試してみてください。
- rm.close()で ResourceManager のクローズ処理を実行
- USB ケーブルを再接続
- オシロスコープを再起動
オシロスコープを遠隔操作してみよう
接続に成功したら、下記のコマンドを実行してみましょう。
1 | inst.write('ACQuire:STATE STOP') |
オシロスコープの測定が停止したことが分かります。
次は、下記のコマンドです。
1 | inst.write('ACQuire:STATE RUN') |
今度は逆に、オシロスコープの測定が再開します。
これで、PC 上からオシロスコープの測定開始・停止ができるようになりました。
PyVISA は命令するだけ
PyVISA で行っていることは、 .write のコマンドで（）内の NI-VISA コマンドをオシロスコープに命令するだけです。
.query と異なり、戻り値を要求せず、命令を実行するだけなので、NI-VISA のコマンドにも「？」は付いていません。
③オシロスコープの画面をキャプチャして、PC に送信
次に、測定停止中のオシロスコープの画面をキャプチャして、PC に送信するコードを書いてみましょう。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 | #オシロスコープの内蔵HDにテンポラリのキャプチャ画像を保存 inst.write('SAVE:IMAGe \"C:/Temp.png\"') #画像のキャプチャ処理が終了するまで待つ while inst.query('*OPC?')[0]!="1": print("Waiting") time.sleep(1) #保存された画像ファイルをPC側へ読み出す inst.write('FILESystem:READFile \"C:/Temp.png\"') img_data = inst.read_raw() #PC側に保存する際にdatetimeモジュールを使い、日付＋時間のファイル名で保存する dt=datetime.now() filename = dt.strftime("IMG_%Y%m%d_%H%M%S,png") file = open(filename,"wb") file.write(img_data) file.close() #測定終了後にオシロスコープとの通信を切断する inst.close() rm.close() |
上記コードの原理を説明すると、こんな感じです。
- 画面キャプチャをしたら、オシロスコープの内蔵ハードディスクに「Temp.png」として保存するよう命令
- コマンド OPC？を .queryで送信し続け、1が返ってくるまで Wait
- オシロスコープの内蔵ハードディスクから、PC へ画像ファイルを転送
処理が全て終わったら、オシロスコープとの接続をクローズすることを忘れずに！
応用例：タイマー制御の自動キャプチャ
最後に、ひとつ応用例をご紹介します！
「Python のタイマー制御により、自動でオシロスコープの RUN/STOP と画面キャプチャを行う」というものです。
オシロスコープに一切触れることなく、数秒単位で波形画面を次々に取得できますよ。
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 | import pyvisa import time from datetime import datetime VISAAddr = "USB0::___::____::INSTR" #rm.list_resources()にて得られる接続先のアドレス GET_INT_SEC = 3 #画像をキャプチャするまでの待ち時間[sec] GET_COUNT = 3 #タイマーによる画像キャプチャを繰り返す回数 #リソースマネージャを実体化し、オシロスコープと接続を行う rm = pyvisa.ResourceManager() inst = rm.open_resource(VISAAddr) #接続先のオシロスコープの情報を表示（表示できない場合はエラーで終了） print(inst.query('*IDN?')) #タイマーカウントによる画像キャプチャ処理の開始 for i in range(GET_COUNT): #timeモジュールを使い、待ち時間が０になるまでカウントを繰り返す cnt_sec = GET_INT_SEC while cnt_sec!=0: print("Timer Count:" + str(cnt_sec)) time.sleep(1) cnt_sec = cnt_sec-1 print("Image Capture Start") #オシロスコープの画面を停止させる inst.write('ACQuire:STATE STOP') time.sleep(1) #オシロスコープの内蔵HDにテンポラリのキャプチャ画像を保存 inst.write('SAVE:IMAGe \"C:/Temp.png\"') #画像のキャプチャ処理が終了するまで待つ while inst.query('*OPC?')[0]!="1": print("Waiting") time.sleep(1) #保存された画像ファイルをPC側へ読み出す inst.write('FILESystem:READFile \"C:/Temp.png\"') img_data = inst.read_raw() #PC側に保存する際にdatetimeモジュールを使い、日付＋時間のファイル名で保存する dt=datetime.now() filename = dt.strftime("IMG_%Y%m%d_%H%M%S,png") file = open(filename,"wb") file.write(img_data) file.close() #オシロスコープ側のテンポラリ画像ファイルを削除 inst.write('FILESystem:DELEte \"C:/Temp.png\"') #オシロスコープの画面の停止を解除する inst.write('ACQuire:STATE RUN') #測定終了後にオシロスコープとの通信を切断する inst.close() rm.close() |
繰り返しの回数や時間間隔は、使いやすいようにカスタマイズしてください。
さいごに
Python の良いところは、デバッガなしでも、コードの途中で処理が実行できるところだと思います。
特に NI-VISA コマンドは使ってみないとわからないものも多いので、Python との相性は良さそうですね。
次回は「オシロスコープの波形データを自動転送」する方法をご紹介します。
お楽しみに！
次回の記事はこちら！
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書いた人はこんな人
- 「好きを仕事にするエンジニア集団」の（株）ライトコードです！
ライトコードは、福岡、東京、大阪の3拠点で事業展開するIT企業です。
現在は、国内を代表する大手IT企業を取引先にもち、ITシステムの受託事業が中心。
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