python-client-for-helmholtz-rig

Helmholtz Control Suite

Este repositorio contiene una suite de software en Python diseñada para controlar remotamente un sistema de generación de campo magnético basado en bobinas de Helmholtz y para recibir datos de telemetría de sensores de un dispositivo Android.

El sistema completo se compone de tres partes que trabajan juntas:

1. Servidor de Control (BHC2000 - Delphi): Una aplicación de escritorio para Windows que controla directamente tres fuentes de alimentación Wanptek a través de Modbus para generar el campo magnético.
2. Servidor de Sensores (Sensor Android SCOA - B4A): Una aplicación Android que lee el acelerómetro y el magnetómetro del dispositivo y los transmite por la red.
3. Suite de Cliente (Python): Este repositorio. Contiene las librerías y scripts para comunicarse con ambos servidores, permitiendo la automatización y el control remoto de todo el sistema.

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Arquitectura del Sistema

El proyecto sigue una arquitectura de cliente-servidor distribuida:

• PC de Control (Python): Actúa como el cerebro del sistema. Ejecuta los scripts de Python que envían comandos y reciben datos.
  • wanptek_control.py: Se conecta por TCP al Servidor de Control para ajustar voltajes, corrientes y encender/apagar las fuentes.
  • read_android_sensor.py: Se suscribe por UDP al Servidor de Sensores para recibir datos de movimiento y campo magnético en tiempo real.
• PC de Laboratorio (Delphi): Ejecuta la aplicación BHC2000.exe, que está conectada físicamente a las fuentes de alimentación por un puerto serie (Modbus RTU). Escucha comandos a través de su servidor TCP integrado.
• Dispositivo Móvil (Android): Ejecuta la app Sensor Android SCOA, que actúa como una unidad de medición inercial (IMU) inalámbrica, enviando sus lecturas por UDP a los clientes suscritos.

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Componentes

1. Servidor de Control: BHC2000 (Delphi)

Aplicación de escritorio que sirve como puente entre la red y el hardware.

• Interfaz Gráfica: Permite el control manual de cada una de las 3 fuentes de alimentación (ejes X, Y, Z).
• Comunicación: Utiliza el protocolo Modbus RTU sobre un puerto serie para comunicarse con las fuentes de alimentación.
• API Remota: Implementa un servidor TCP en un puerto configurable (por defecto 4444) que acepta comandos de texto simples para control remoto. Comandos soportados:
  • PING: Verifica la conexión.
  • SET V<canal> <voltaje>: Fija el voltaje de un canal.
  • SET I<canal> <corriente>: Fija la corriente de un canal.
  • OUT <canal> ON|OFF: Activa o desactiva la salida de un canal.
  • GET V|I|P <canal>: Obtiene el voltaje, corriente o potencia medidos.
  • READ ALL: Devuelve el estado completo de los tres canales.
  • ALL OFF: Apaga todas las salidas.

2. Servidor de Sensores: Sensor Android SCOA (B4A)

Aplicación para Android que convierte el móvil en un sensor inalámbrico.

• Sensores: Captura datos del acelerómetro y magnetómetro del dispositivo.
• Protocolo de Comunicación:
  1. Un cliente se suscribe enviando un mensaje UDP con el texto HOLA al puerto 51042 del móvil.
  2. El servidor añade la IP del cliente a su lista de distribución.
  3. Cada ~200ms, el servidor envía un paquete JSON con los datos de los sensores a todos los clientes suscritos, al puerto de destino 51043.
• Formato de Datos (JSON):

  {
    "accelerometer": { "x": 1.23, "y": 0.45, "z": 9.81 },
    "magnetometer": { "x": 30.1, "y": -15.6, "z": 22.8 }
  }

3. Suite de Cliente (Python)

Este repositorio contiene las herramientas para controlar el sistema.

• wanptek_control.py: Una librería de cliente orientada a objetos para interactuar con el servidor Delphi.
  • Clase WanptekClient que encapsula la lógica de conexión TCP y el envío de comandos.
  • Métodos de alto nivel como set_voltage(ch, v), get_current(ch), etc.
• test_wanptek.py: Un script de ejemplo que muestra cómo usar la librería WanptekClient para realizar operaciones comunes como leer valores, fijar un voltaje y apagar las fuentes.
• read_android_sensor.py: Un script cliente que se registra en el servidor de sensores Android y muestra en consola los datos JSON recibidos en tiempo real.

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Guía de Inicio Rápido

1. Configurar Hardware: Conecta las 3 fuentes de alimentación Wanptek al PC de laboratorio mediante un adaptador USB a RS-485.
2. Iniciar Servidor de Control:
   • Ejecuta BHC2000.exe en el PC de laboratorio.
   • Configura el puerto COM, los parámetros serie y las direcciones Modbus de cada fuente.
   • Asegúrate de que el servidor TCP esté activado y anota la dirección IP del PC y el puerto.
3. Iniciar Servidor de Sensores:
   • Instala y ejecuta la APK Sensor Android SCOA en un móvil Android.
   • Asegúrate de que el móvil esté en la misma red WiFi que el PC de control.
   • La app mostrará su dirección IP. Anótala.
4. Configurar y Ejecutar Clientes Python:
   • Clona este repositorio en tu PC de control.
   • Abre wanptek_control.py o test_wanptek.py y modifica la IP y el puerto para que apunten al PC de laboratorio donde corre el servidor Delphi.
   • Abre read_android_sensor.py y modifica la SERVER_IP para que sea la IP del móvil Android.
   • Ejecuta los scripts:

     # Para controlar las fuentes
     python test_wanptek.py
     
     # Para ver los datos de los sensores
     python read_android_sensor.py