ProWaveDAQ 即時資料可視化系統

系統概述

ProWaveDAQ 即時資料可視化系統是一個基於 Python 的振動數據採集與可視化平台，用於從 PW-RVT-2-4（Modbus RTU）設備取得振動數據，並在瀏覽器中即時顯示所有資料點的連續曲線，同時自動進行 CSV 儲存和 SQL 資料庫上傳。

本系統提供完整的 Web 介面，讓使用者可以透過瀏覽器操作，不需進入終端機，即可：

修改設定檔（ProWaveDAQ.ini、csv.ini、sql.ini）
輸入資料標籤（Label）
設定 SQL 伺服器上傳（可選）
按下「開始讀取」即啟動採集與即時顯示
系統同時自動分檔儲存資料（根據 csv.ini 的秒數）
按下「停止」即可安全結束，並自動上傳剩餘資料

功能特性

核心功能

即時資料採集：透過 Modbus RTU 協議從 ProWaveDAQ 設備讀取振動數據
即時資料可視化：使用 Chart.js 在瀏覽器中顯示多通道連續曲線圖
自動 CSV 儲存：根據設定檔自動分檔儲存資料
SQL 資料庫上傳：可選的 SQL 伺服器上傳功能，支援 MySQL/MariaDB
Web 介面控制：完整的瀏覽器操作介面，無需終端機
設定檔管理：透過 Web 介面使用固定輸入框編輯設定檔（防止誤刪參數）

技術特性

降頻佇列架構：使用 web_data_queue 存儲降頻後的資料（50:1 降頻），大幅減少前端資料傳輸量和繪圖負擔
增量更新機制：前端使用增量更新方式，只處理新資料，維持固定視窗大小（500 點）
原廠手冊規範：ProWaveDAQ 模組嚴格遵循原廠手冊 Page 5 規範，使用 FC04 讀取完整封包
多執行緒架構：5 個獨立執行緒（Flask、DAQ Reading、Collection、CSV Writer、SQL Writer），確保各組件不互相干擾
執行緒安全通訊：使用 queue.Queue 進行執行緒間通訊，確保資料一致性
即時資料可視化：使用 Chart.js 實現即時圖表（每 100ms 更新），關閉動畫以提升效能
自動分檔儲存：根據設定檔自動分檔儲存 CSV 檔案，確保樣本邊界正確
SQL 批次上傳：使用暫存檔案機制，批次上傳資料到 SQL 伺服器，提升效能
資料保護機制：重試機制、失敗保留，確保資料不遺失
統一日誌系統：自動時間戳記和日誌級別管理
通道錯位保護：確保資料順序正確，避免通道錯位
時間戳記精確計算：根據取樣率自動計算每個樣本的時間

系統需求

硬體需求

ProWaveDAQ 設備（透過 Modbus RTU 連接）
串列埠（USB 轉串列埠或直接串列埠）
支援 Python 3.10+ 的系統（建議 DietPi 或其他 Debian-based 系統）
（可選）SQL 伺服器（MySQL/MariaDB）用於資料上傳

軟體需求

Python 3.10 或更高版本
支援的作業系統：
- DietPi（建議）
- Debian-based Linux 發行版
- Ubuntu
- Raspberry Pi OS

Python 套件依賴

請參考 requirements.txt 檔案，主要依賴包括：

pymodbus>=3.11.3 - Modbus 通訊
pyserial>=3.5 - 串列埠通訊
Flask>=3.1.2 - Web 伺服器
pymysql>=1.0.2 - SQL 資料庫連線（MySQL/MariaDB）

安裝說明

1. 克隆或下載專案

cd /path/to/ProWaveDAQ_Python_Visualization_Unit

簡易安裝指令

./deploy.sh

注意：deploy.sh 腳本在以下情況需要 sudo 權限：

系統未安裝 Python 3、pip3 或 venv 模組時（需要安裝系統套件）
需要將用戶加入 dialout 群組以存取串列埠時

如果系統已安裝 Python 環境且用戶已在 dialout 群組中，則不需要 sudo。

若需要 sudo，請執行：

sudo ./deploy.sh

2. 安裝 Python 依賴套件

pip install -r requirements.txt

或使用 pip3：

pip3 install -r requirements.txt

3. 設定權限

確保 Python 腳本有執行權限：

chmod +x src/main.py
chmod +x src/prowavedaq.py
chmod +x src/csv_writer.py
chmod +x src/sql_uploader.py

4. 設定串列埠權限（Linux）

如果使用 USB 轉串列埠設備，可能需要將使用者加入 dialout 群組：

sudo usermod -a -G dialout $USER

然後重新登入或執行：

newgrp dialout

5. 確認設定檔

檢查 API/ 目錄下的設定檔：

API/ProWaveDAQ.ini - ProWaveDAQ 設備設定
API/csv.ini - CSV 分檔間隔設定
API/sql.ini - SQL 伺服器連線設定和上傳間隔設定

6. 設定 SQL 資料庫（可選）

如果啟用 SQL 上傳功能，需要在 MariaDB/MySQL 中建立資料表：

CREATE TABLE IF NOT EXISTS vibration_data (
    id BIGINT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    timestamp DATETIME NOT NULL,
    label VARCHAR(255) NOT NULL,
    channel_1 DOUBLE NOT NULL,
    channel_2 DOUBLE NOT NULL,
    channel_3 DOUBLE NOT NULL,
    INDEX idx_timestamp (timestamp),
    INDEX idx_label (label)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

注意：如果資料表不存在，程式會在首次連線時自動建立。

7. 設定 OpenVPN 連線（如需連線至 IMSL 實驗室 MariaDB 伺服器）

背景說明：由於逢甲大學防火牆政策，如需連線至 IMSL 實驗室的 MariaDB 伺服器，需要透過 OpenVPN 建立 VPN 連線。

安裝 OpenVPN（如果尚未安裝）：

sudo apt-get update
sudo apt-get install openvpn

設定 OpenVPN 連線：

首次設定連線資訊：
```
./connection.sh --setup
```
腳本會提示輸入：
- 私鑰密碼（Private Key Password）
- OVPN 帳號（Username）
- OVPN 密碼（Password）
- OVPN 伺服器位址（可選）
確認 OVPN 設定檔存在：
- 確保 API/imCloud.ovpn 檔案存在
- 如果不存在，腳本會建立基本設定檔，需要手動編輯以添加完整設定
建立 OpenVPN 連線：
```
./connection.sh
```
或使用 sudo 權限：
```
sudo ./connection.sh
```

檢查連線狀態：

# 檢查 OpenVPN 程序是否運行
pgrep -x openvpn

# 查看連線狀態
ip addr show tun0

中斷連線：

./connection.sh --disconnect

或：

sudo killall openvpn

重要提示：

連線資訊會儲存在 API/connection_config.txt（權限 600，僅擁有者可讀寫）
請勿將 API/connection_config.txt 和 API/imCloud.ovpn 提交到版本控制系統
建議將這些檔案加入 .gitignore
連線成功後，即可正常使用 SQL 上傳功能連線至 IMSL 實驗室的 MariaDB 伺服器

使用說明

啟動系統

方式 1：使用啟動腳本（推薦）

使用預設 port 8080：

./run.sh

指定自訂 port：

./run.sh 3000    # 使用 port 3000
./run.sh 9000    # 使用 port 9000

使用日誌記錄功能：

./run_with_logs.sh          # 使用預設 port 8080，並保存日誌
./run_with_logs.sh 3000     # 使用 port 3000，並保存日誌

方式 2：直接執行 Python 程式

使用預設 port 8080：

cd src
python3 main.py

指定自訂 port：

cd src
python3 main.py --port 3000    # 使用 port 3000
python3 main.py -p 9000        # 使用 port 9000（簡短形式）

查看所有可用選項：

python3 src/main.py --help

啟動成功後，您會看到類似以下的訊息：

============================================================
ProWaveDAQ Real-time Data Visualization System
============================================================
Web interface will be available at http://0.0.0.0:8080/
Press Ctrl+C to stop the server
============================================================

使用 Web 介面

開啟瀏覽器
- 在本地機器：開啟 http://localhost:<port>/（預設為 8080）
- 在遠端機器：開啟 http://<設備IP>:<port>/（預設為 8080）
範例：
- 使用預設 port：http://localhost:8080/
- 使用自訂 port 3000：http://localhost:3000/
輸入資料標籤
- 在「資料標籤 (Label)」欄位輸入本次測量的標籤名稱
- 例如：test_001、vibration_20240101 等
設定 SQL 上傳（可選）
- 勾選「啟用 SQL 伺服器上傳」
- 選擇「使用 INI 檔案設定」或「手動輸入設定」
- 如果選擇使用 INI 設定，系統會自動讀取 sql.ini 中的設定
- 如果選擇手動輸入，可以覆蓋 INI 設定
開始資料收集
- 點擊「開始讀取」按鈕
- 系統會自動：
  - 連接 ProWaveDAQ 設備
  - 開始讀取資料
  - 即時顯示資料曲線
  - 自動儲存 CSV 檔案
  - （如果啟用）自動上傳資料至 SQL 伺服器
查看即時資料
- 即時曲線圖會自動更新（每 200ms）
- 可以同時查看三個通道的資料
- 顯示最近 10 秒的資料（每個通道約 78,120 個資料點）
- 資料點數會即時顯示
停止資料收集
- 點擊「停止讀取」按鈕
- 系統會安全地停止採集並關閉連線
- 自動上傳剩餘資料至 SQL 伺服器（如果啟用）
管理設定檔
- 點擊「設定檔管理」連結
- 使用固定輸入框編輯設定檔（防止誤刪參數）
- 可以編輯 ProWaveDAQ.ini、csv.ini 和 sql.ini
- 修改後點擊「儲存設定檔」
瀏覽和下載檔案
- 點擊「檔案瀏覽」連結
- 可以瀏覽 output/ProWaveDAQ/ 目錄中的所有資料夾和檔案
- 點擊資料夾名稱或「進入」按鈕可以進入資料夾
- 點擊「下載」按鈕可以下載 CSV 檔案
- 使用麵包屑導航可以返回上層目錄

設定檔說明

ProWaveDAQ.ini

[ProWaveDAQ]
serialPort = /dev/ttyUSB0    # 串列埠路徑
baudRate = 3000000           # 鮑率
sampleRate = 7812            # 取樣率（Hz）
slaveID = 1                  # Modbus 從站 ID

csv.ini

[CSVServer]
enabled = false

[DumpUnit]
second = 60                  # 每個 CSV 檔案的資料時間長度（秒）

分檔邏輯說明：

系統會根據 sampleRate × channels × second 計算每個 CSV 檔案應包含的資料點數
當累積的資料點數達到目標值時，自動建立新檔案
例如：取樣率 7812 Hz，3 通道，60 秒 → 每個檔案約 1,406,160 個資料點

sql.ini

[SQLServer]
enabled = false             # 是否啟用 SQL 上傳（true/false）
host = 192.168.9.13         # SQL 伺服器位置
port = 3306                 # 連接埠
user = raspberrypi          # 使用者名稱
password = Raspberry@Pi     # 密碼
database = daq-data         # 資料庫名稱

[DumpUnit]
second = 5                  # SQL 上傳間隔（秒），運作方式與 CSV 的 second 相同

SQL 設定說明：

enabled：控制是否啟用 SQL 上傳功能
如果 enabled = true，前端會自動勾選「啟用 SQL 伺服器上傳」
前端可以選擇使用 INI 設定或手動輸入（覆蓋 INI 設定）
重要：如果連線至 IMSL 實驗室的 MariaDB 伺服器，由於逢甲大學防火牆政策，需要先透過 connection.sh 建立 OpenVPN 連線（詳見「設定 OpenVPN 連線」章節）

SQL 上傳邏輯說明：

SQL 上傳採用暫存檔案機制，資料先寫入暫存 CSV 檔案
系統會建立暫存檔案目錄（.sql_temp），檔案命名格式：{timestamp}_sql_temp.csv
每 second 秒定時檢查並上傳暫存檔案
上傳成功後自動刪除暫存檔案，並立即建立新暫存檔案（避免資料溢出）
停止時會檢查並上傳所有剩餘暫存檔案
例如：取樣率 7812 Hz，3 通道，5 秒 → 每 5 秒上傳一次暫存檔案

輸出檔案

CSV 檔案

CSV 檔案會儲存在 output/ProWaveDAQ/ 目錄下，檔案命名格式：

YYYYMMDDHHMMSS_<Label>_001.csv
YYYYMMDDHHMMSS_<Label>_002.csv
...

每個 CSV 檔案包含：

Timestamp - 時間戳記（根據取樣率精確計算）
Channel_1(X) - 通道 1 資料（對應 X 軸）
Channel_2(Y) - 通道 2 資料（對應 Y 軸）
Channel_3(Z) - 通道 3 資料（對應 Z 軸）

資料格式說明：

資料格式：[長度, X, Y, Z, X, Y, Z, ...]
從設備讀取時，第0格為長度，之後依序為 X, Y, Z 循環
時間戳記根據取樣率自動計算，確保每個樣本的時間間隔正確

SQL 資料庫

如果啟用 SQL 上傳，資料會儲存在 vibration_data 資料表中，包含：

id - 自動遞增主鍵
timestamp - 資料時間戳記
label - 資料標籤
channel_1 - 通道 1 資料
channel_2 - 通道 2 資料
channel_3 - 通道 3 資料

檔案架構

ProWaveDAQ_Python_Visualization_Unit/
│
├── API/
│   ├── ProWaveDAQ.ini      # ProWaveDAQ 設備設定檔
│   ├── csv.ini              # CSV 分檔間隔設定檔
│   ├── sql.ini              # SQL 伺服器連線設定檔和上傳間隔設定檔
│   ├── imCloud.ovpn         # OpenVPN 連線設定檔（用於連線至 IMSL 實驗室）
│   └── connection_config.txt # OpenVPN 連線資訊設定檔（自動產生，請勿提交到版本控制）
│
├── connection.sh            # OpenVPN 連線腳本（用於連線至 IMSL 實驗室 MariaDB 伺服器）
│
├── output/
│   └── ProWaveDAQ/         # CSV 輸出目錄
│       └── YYYYMMDDHHMMSS_<Label>/
│           ├── YYYYMMDDHHMMSS_<Label>_*.csv
│           └── .sql_temp/  # SQL 暫存檔案目錄（如果啟用 SQL）
│               └── YYYYMMDDHHMMSS_sql_temp.csv
│
├── src/
│   ├── prowavedaq.py       # ProWaveDAQ 核心模組（Modbus 通訊）
│   ├── csv_writer.py       # CSV 寫入器模組
│   ├── sql_uploader.py     # SQL 上傳器模組
│   ├── logger.py           # 統一日誌系統模組
│   ├── main.py             # 主控制程式（Web 介面）
│   ├── requirements.txt    # Python 依賴套件列表
│   └── templates/          # HTML 模板目錄
│       ├── index.html      # 主頁模板
│       ├── config.html     # 設定檔管理頁面模板
│       └── files.html      # 檔案瀏覽頁面模板
│
├── README.md               # 本文件
├── deploy.sh               # 部署腳本
└── run.sh                  # 啟動腳本（進入虛擬環境並啟動程式）

API 路由說明

路由	方法	功能說明
`/`	GET	主頁，顯示設定表單、Label 輸入、SQL 設定、開始/停止按鈕與折線圖
`/data`	GET	回傳目前最新資料 JSON 給前端
`/status`	GET	檢查資料收集狀態
`/sql_config`	GET	取得 SQL 設定（從 sql.ini）
`/config`	GET	顯示設定檔編輯頁面（固定輸入框，包含 ProWaveDAQ.ini、csv.ini、sql.ini）
`/config`	POST	儲存修改後的設定檔
`/start`	POST	啟動 DAQ、CSVWriter、SQLUploader 與即時顯示
`/stop`	POST	停止所有執行緒、安全關閉，並上傳剩餘資料
`/files_page`	GET	檔案瀏覽頁面
`/files`	GET	列出 output 目錄中的檔案和資料夾（查詢參數：path）
`/download`	GET	下載檔案（查詢參數：path）

API 回應格式

`/data` (GET)

{
  "success": true,
  "data": [0.123, 0.456, 0.789, ...],
  "counter": 12345
}

`/sql_config` (GET)

{
  "success": true,
  "sql_config": {
    "enabled": false,
    "host": "localhost",
    "port": "3306",
    "user": "root",
    "password": "",
    "database": "prowavedaq"
  }
}

`/start` (POST)

請求：

{
  "label": "test_001",
  "sql_enabled": true,
  "sql_host": "192.168.9.13",
  "sql_port": "3306",
  "sql_user": "raspberrypi",
  "sql_password": "Raspberry@Pi",
  "sql_database": "daq-data"
}

回應：

{
  "success": true,
  "message": "資料收集已啟動 (取樣率: 7812 Hz, 分檔間隔: 600 秒, SQL 上傳間隔: 600 秒)"
}

注意：

如果選擇「使用 INI 檔案設定」，只需傳送 sql_enabled: true
如果選擇「手動輸入設定」，需要傳送所有 SQL 設定參數

`/stop` (POST)

回應：

{
  "success": true,
  "message": "資料收集已停止"
}

`/status` (GET)

回應：

{
  "success": true,
  "is_collecting": true,
  "counter": 12345
}

`/files` (GET)

查詢參數：

path (可選)：要瀏覽的子目錄路徑

回應：

{
  "success": true,
  "items": [
    {
      "name": "20240101120000_test_001",
      "type": "directory",
      "path": "20240101120000_test_001"
    },
    {
      "name": "data.csv",
      "type": "file",
      "path": "data.csv",
      "size": 1024
    }
  ],
  "current_path": ""
}

`/download` (GET)

查詢參數：

path (必需)：要下載的檔案路徑

回應：直接下載檔案

資料流程與運作機制

整體資料流程

ProWaveDAQ 設備 (Modbus RTU)
    ↓
    資料格式：[長度, X, Y, Z, X, Y, Z, ...]
    ↓
ProWaveDAQ._read_loop() [背景執行緒]
    ├─→ 讀取資料長度（第0格）
    ├─→ 讀取完整資料（包含長度）
    ├─→ 處理長度不是3的倍數的情況（remaining_data 機制）
    ├─→ 確保只處理完整的樣本（X, Y, Z 組合）
    └─→ 資料轉換（16位元整數 → 浮點數）
    ↓ (放入佇列)
data_queue (queue.Queue, 最大 1000 筆)
    ↓
collection_loop() [背景執行緒]
    ├─→ update_realtime_data()
    │       ↓
    │   realtime_data_buffer (np.ndarray, 固定 234,360 點)
    │   realtime_time_buffer (np.ndarray, 固定 10 個時間點)
    │       ↓
    │   Flask /data API (HTTP GET, 每 200ms)
    │       ↓
    │   前端 Chart.js (templates/index.html)
    │
    ├─→ CSV Writer
    │   ├─→ 根據取樣率計算時間戳記
    │   ├─→ 確保分檔時時間戳記連續
    │   └─→ CSV 檔案 (分檔儲存，確保樣本邊界)
    │
    └─→ SQL Uploader（如果啟用）
            ├─→ 寫入暫存 CSV 檔案
            │   └─→ .sql_temp/{timestamp}_sql_temp.csv
            │
            └─→ 定時上傳執行緒（每 sql_upload_interval 秒）
                ├─→ 讀取暫存檔案
                ├─→ 批次上傳至 SQL
                ├─→ 刪除暫存檔案
                └─→ 建立新暫存檔案
                    ↓
                MariaDB/MySQL 資料庫

即時資料回傳機制

機制：HTTP 輪詢（Polling）+ 降頻佇列

請求頻率：每 100 毫秒（0.1 秒）請求一次
資料傳輸：JSON 格式（降頻後的增量資料）
降頻架構：降頻佇列（Downsampling Queue）
- 降頻比例：50（每 50 點取 1 點）
- 原始採樣率：7812 Hz → 降頻後約 156 Hz
- 前端資料傳輸量減少約 98%
- 前端繪圖負擔大幅降低
佇列架構：
- web_data_queue：存儲降頻後的資料供前端使用（最大 10,000 筆）
- csv_data_queue：存儲原始資料供 CSV 寫入（最大 1,000 筆）
- sql_data_queue：存儲原始資料供 SQL 上傳（最大 1,000 筆）
顯示限制：前端顯示最多 500 個點（約 5-10 秒的降頻資料）
增量更新：前端只處理新資料，使用 push() 和 splice() 維持固定視窗大小

前端處理：

// 每 200ms 執行一次
setInterval(updateChart, 200);

function updateChart() {
    fetch('/data')
        .then(response => response.json())
        .then(data => {
            // 將資料按通道分組（每3個為一組）
            // 更新 Chart.js 圖表
            // 限制顯示最近 10 秒的資料（78,120 個資料點/通道）
        });
}

CSV 分檔機制

觸發方式：基於資料量

計算目標大小：

target_size = second × sampleRate × channels

累積計數器：
```
current_data_size += len(data)
```
分檔邏輯：
- 如果 current_data_size < target_size：直接寫入當前檔案
- 如果 current_data_size >= target_size：分批處理，建立新檔案
- 重要：確保切斷位置在樣本邊界（3的倍數），避免通道錯位
時間戳記計算：
- 每個樣本的時間間隔 = 1 / sample_rate 秒
- 時間戳記 = 全局起始時間 + (樣本計數 × 樣本間隔)
- 確保分檔時時間戳記連續

SQL 上傳機制

觸發方式：基於時間間隔（定時上傳）

暫存檔案機制：
- 資料收集開始時，在輸出目錄下建立 .sql_temp 暫存目錄
- 建立第一個暫存檔案（檔名格式：{timestamp}_sql_temp.csv）
- 所有 SQL 資料直接寫入當前暫存檔案
定時上傳執行緒：
- 啟動獨立的背景執行緒（sql_upload_timer_loop）
- 每 sql_upload_interval 秒檢查一次
- 時間到達時：
  - 上傳當前暫存檔案到 SQL 伺服器
  - 上傳成功後刪除暫存檔案
  - 立即建立新的暫存檔案（避免資料溢出）
資料保護機制：
- 重試機制：上傳失敗時最多重試 3 次，遞增延遲（0.1s, 0.2s, 0.3s）
- 失敗保留：上傳失敗時暫存檔案保留，等待下次重試
- 成功確認：只有上傳成功後才刪除暫存檔案
- 自動重連：連線中斷時自動重連
批次插入：
- 從暫存 CSV 檔案讀取所有資料
- 使用 executemany() 批次插入，提升效能
- 自動建立對應的 SQL 資料表（表名與 CSV 檔名對應）
停止時處理：
- 停止時上傳當前暫存檔案
- 檢查並上傳所有剩餘暫存檔案（確保資料不遺失）
- 上傳成功後刪除所有暫存檔案

暫存檔案結構：

output/ProWaveDAQ/{timestamp}_{label}/
├── {timestamp}_{label}_001.csv
├── {timestamp}_{label}_002.csv
└── .sql_temp/                    # 暫存檔案目錄
    ├── 20250106120000_sql_temp.csv
    ├── 20250106120600_sql_temp.csv
    └── ...

優勢：

降低記憶體使用：資料直接寫入檔案，不佔用記憶體緩衝區
資料持久化：即使程式異常終止，暫存檔案仍保留
定時上傳：避免頻繁的 SQL 連線，提升效能
自動清理：上傳成功後自動刪除暫存檔案

故障排除

常見問題

1. 無法連接設備

症狀：啟動後無法讀取資料

解決方法：

檢查串列埠路徑是否正確（/dev/ttyUSB0 或其他）
確認設備已正確連接
檢查使用者是否有串列埠存取權限
嘗試使用 ls -l /dev/ttyUSB* 確認設備存在

2. Web 介面無法開啟

症狀：無法在瀏覽器中開啟網頁

解決方法：

確認防火牆允許使用的埠號（預設為 8080）
檢查是否有其他程式佔用該埠號
如果使用自訂 port，請確認瀏覽器中的 URL 使用正確的埠號
確認 Python 程式正在執行
檢查系統日誌是否有錯誤訊息

3. 資料顯示不正確

症狀：圖表顯示異常或資料點不正確

解決方法：

檢查設定檔中的取樣率是否正確
確認通道數設定（預設為 3）
檢查瀏覽器控制台是否有 JavaScript 錯誤

4. CSV 檔案未產生

症狀：資料收集正常但沒有 CSV 檔案

解決方法：

檢查 output/ProWaveDAQ/ 目錄是否有寫入權限
確認 Label 已正確輸入
檢查磁碟空間是否充足

5. SQL 上傳失敗

症狀：SQL 上傳功能無法正常運作

解決方法：

檢查 sql.ini 中的連線設定是否正確
如果連線至 IMSL 實驗室 MariaDB 伺服器：
- 確認 OpenVPN 連線已建立（執行 ./connection.sh）
- 檢查 OpenVPN 連線狀態：pgrep -x openvpn
- 確認 VPN 連線正常：ip addr show tun0
- 如果連線失敗，檢查：
  - API/imCloud.ovpn 檔案是否存在且正確
  - API/connection_config.txt 中的連線資訊是否正確
  - 執行 ./connection.sh --setup 重新設定連線資訊
一般連線問題：
- 確認 SQL 伺服器是否可連線（測試：mysql -h <host> -P <port> -u <user> -p）
- 檢查資料庫是否存在
- 確認使用者權限是否足夠（CREATE TABLE、INSERT）
- 查看終端機的錯誤訊息
- 檢查網路連線（特別是跨網段時）

6. 資料採集停止

症狀：資料採集中途停止

解決方法：

檢查 Modbus 連線是否中斷
查看終端機的錯誤訊息
確認設備是否正常運作
檢查 SQL 連線是否正常（如果啟用 SQL 上傳）

7. 記憶體使用過高

症狀：系統記憶體使用過高

解決方法：

檢查 sql_upload_interval 設定是否過大
系統會自動限制緩衝區大小（最多 10,000,000 個資料點）
如果持續出現記憶體問題，可以降低 sql_upload_interval 值

8. 通道順序錯位

症狀：CSV 檔案或圖表中的通道順序不正確

解決方法：

系統已自動處理此問題（使用 remaining_data 機制）
如果仍有問題，檢查：
- 資料格式是否正確：[長度, X, Y, Z, X, Y, Z, ...]
- 檢查日誌中是否有「Remaining data points」警告
- 查看 通道錯誤可能性分析.md 文件了解詳細情況

日誌系統

系統使用統一的日誌系統（logger.py），提供以下日誌級別：

[INFO] - 一般資訊訊息
[Debug] - 調試訊息（可透過 Logger.set_debug_enabled(False) 關閉）
[Error] - 錯誤訊息
[Warning] - 警告訊息

所有日誌訊息自動包含時間戳記，格式為：

[YYYY-MM-DD HH:MM:SS] [LEVEL] 訊息內容

注意：Flask 的 HTTP 請求日誌已預設隱藏，只顯示應用程式的日誌訊息。

除錯模式

如需查看詳細的除錯資訊，可以：

查看終端機的日誌輸出
使用 Logger.set_debug_enabled(True) 啟用 Debug 訊息
檢查 通道錯誤可能性分析.md 文件了解可能的問題

技術架構

執行緒設計

執行緒	功能	備註
主執行緒	控制流程、等待使用者中斷	同步主控核心
Flask Thread	提供 HTTP 介面與 API	daemon=True
Collection Thread	資料收集迴圈（處理 CSV 和 SQL）	在 `/start` 時啟動
DAQ Reading Thread	從 Modbus 設備讀取資料	在 `start_reading()` 時啟動，執行 `_read_loop()`

程式碼架構

`prowavedaq.py` 模組結構

公開 API（供外部使用）：

scan_devices() - 掃描可用的 Modbus 設備
init_devices(filename) - 從 INI 檔案初始化設備並建立連線
start_reading() - 啟動資料讀取（背景執行緒）
stop_reading() - 停止資料讀取並關閉連線
get_data() - 非阻塞取得最新一批資料
get_data_blocking(timeout) - 阻塞取得最新一批資料
get_counter() - 取得讀取批次計數
get_sample_rate() - 取得取樣率

內部方法（模組內部使用）：

_connect() - 建立 Modbus RTU 連線
_disconnect() - 關閉 Modbus 連線
_ensure_connected() - 確保連線存在（自動重連）
_read_chip_id() - 讀取晶片 ID（初始化時）
_set_sample_rate() - 設定取樣率（初始化時）
_read_registers_with_header() - 讀取寄存器（包含 Header）
_read_normal_data() - Normal Mode 讀取（Address 0x02）
_read_bulk_data() - Bulk Mode 讀取（Address 0x15）
_get_buffer_status() - 讀取緩衝區狀態
_convert_raw_to_float_samples() - 轉換為浮點數（確保 XYZ 不錯位）
_read_loop() - 主要讀取迴圈（背景執行緒）

讀取模式：

Normal Mode：當緩衝區資料量 ≤ 123 時使用，從 Address 0x02 讀取
Bulk Mode：當緩衝區資料量 > 123 時使用，從 Address 0x15 讀取，最多讀取 9 個樣本
自動根據緩衝區狀態切換模式，優化讀取效率

設計原則：

每次讀取只處理完整的 XYZ 三軸組，避免通道錯位
FIFO buffer size(0x02) 連同資料一起讀出，確保一致性
自動重連機制，確保連線穩定性
模組化設計，方便未來擴展和維護

資料流詳細說明

ProWaveDAQ 設備
    ↓ (Modbus RTU)
ProWaveDAQ._read_loop() [背景執行緒]
    ├─ _get_buffer_status()      # 讀取緩衝區狀態（寄存器 0x02）
    ├─ 模式判斷
    │   ├─ buffer_count ≤ 123 → Normal Mode
    │   │   └─ _read_normal_data()  # 從 Address 0x02 讀取
    │   └─ buffer_count > 123 → Bulk Mode
    │       └─ _read_bulk_data()     # 從 Address 0x15 讀取（最多 9 個樣本）
    ├─ _read_registers_with_header() # 讀取 Header + 資料
    └─ _convert_raw_to_float_samples()  # 轉換為浮點數（確保 XYZ 不錯位）
    ↓ (放入佇列)
data_queue (queue.Queue, 最大 10000 筆)
    ↓
collection_loop() [背景執行緒]
    │
    ├─→ update_realtime_data()
    │   │
    │   ▼
    │   realtime_data (List[float], 最多 234,360 個點)
    │   │   - 智慧緩衝區：僅在有活躍連線時更新
    │   │   - 限制為 10 秒的資料量（7812 Hz × 3 通道 × 10 秒）
    │   │
    │   ▼
    │   Flask /data API (HTTP GET, 每 200ms)
    │   │
    │   ▼
    │   前端 Chart.js (templates/index.html)
    │       - 每 200ms 更新一次
    │       - 限制顯示最近 10 秒的資料（78,120 個資料點/通道）
    │
    ├─→ CSV 資料佇列 (csv_data_queue)
    │   │
    │   ▼
    │   CSV Writer Thread (獨立執行緒)
    │   │
    │   ▼
    │   分檔邏輯判斷
    │   │
    │   ├─→ current_data_size < target_size
    │   │   └─→ 直接寫入當前檔案
    │   │
    │   └─→ current_data_size >= target_size
    │       ├─→ 寫入完整批次
    │       ├─→ update_filename() (建立新檔案)
    │       └─→ 處理剩餘資料
    │           │
    │           ▼
    │       CSV 檔案
    │       output/ProWaveDAQ/{timestamp}_{label}/{timestamp}_{label}_{001-999}.csv
    │
    └─→ SQL 資料佇列 (sql_data_queue)
        │
        ▼
        SQL Writer Thread (獨立執行緒)
        │
        ▼
        SQL 暫存檔案寫入
        │
        ├─→ sql_current_data_size < sql_target_size
        │   └─→ 累積資料，不上傳
        │
        └─→ sql_current_data_size >= sql_target_size
            ├─→ 定時上傳 (executemany)
            ├─→ 重試機制 (最多 3 次)
            ├─→ 失敗保留 (資料不遺失)
            └─→ 成功後刪除暫存檔案
                │
                ▼
            MariaDB/MySQL 資料庫
            vibration_data 資料表

技術限制

不使用 asyncio 或 WebSocket
不使用檔案中介資料交換
所有資料傳遞均在記憶體中完成
使用 Python 變數或全域狀態保存資料
SQL 上傳使用 HTTP 連線，不支援 WebSocket

記憶體管理

即時資料緩衝區：
- 最多保留 234,360 個資料點（約 1.87 MB，10 秒的資料量）
- 計算：7812 Hz × 3 通道 × 10 秒 = 234,360 個資料點
- 僅在有活躍前端連線時更新
- 前端顯示限制：最近 10 秒的資料（每個通道 78,120 個資料點）
SQL 資料緩衝區：
- 上限：min(sql_target_size × 2, 10,000,000) 個資料點
- 超過上限時強制上傳
DAQ 資料佇列：
- 最多 1000 筆（每筆約 123 個點，約 1 MB）

開發說明

擴展功能

如需擴展系統功能，可以：

修改前端介面：編輯 src/templates/index.html 和 src/templates/config.html 模板
調整圖表設定：在 src/templates/index.html 中修改 Chart.js 的配置選項
新增 API 路由：在 src/main.py 中新增路由處理函數
自訂 CSV 格式：修改 src/csv_writer.py 中的寫入邏輯
自訂 SQL 格式：修改 src/sql_uploader.py 中的資料表結構和插入邏輯

程式碼結構

src/prowavedaq.py：負責 Modbus RTU 通訊與資料讀取
- 處理資料格式：[長度, X, Y, Z, X, Y, Z, ...]
- 自動處理長度不是3的倍數的情況（使用 remaining_data 機制）
- 多執行緒安全保護（使用鎖定機制）
- 資料完整性檢查
src/csv_writer.py：負責 CSV 檔案的建立與寫入
- 根據取樣率自動計算時間戳記
- 確保分檔時時間戳記連續
- 通道標示：Channel_1(X), Channel_2(Y), Channel_3(Z)
src/sql_uploader.py：負責 SQL 資料庫連線與資料上傳
- 支援 MySQL/MariaDB
- 重試機制和資料保護
src/logger.py：統一日誌系統
- 提供統一的日誌格式
- 支援多種日誌級別
- 自動時間戳記
src/main.py：整合所有功能，提供 Web 介面（使用 Flask + templates）
- 分檔邏輯確保樣本邊界（3的倍數）
- SQL 上傳確保樣本邊界
- 智慧緩衝區管理
src/templates/index.html：主頁 HTML 模板（包含 Chart.js 圖表、SQL 設定）
src/templates/config.html：設定檔管理頁面模板（固定輸入框）
src/templates/files.html：檔案瀏覽頁面模板

關鍵設計決策

資料保護：
- SQL 上傳失敗時保留資料在緩衝區
- 只有上傳成功後才從緩衝區移除
- 最多重試 3 次，遞增延遲
記憶體保護：
- SQL 緩衝區設定上限，防止記憶體溢出
- 超過上限時強制上傳
設定檔管理：
- 使用固定輸入框，防止使用者誤刪參數
- SQL 設定獨立為 sql.ini 檔案
智慧緩衝區：
- 僅在有活躍前端連線時更新即時資料緩衝區
- 節省 CPU 和記憶體資源

授權資訊

本專案為內部使用專案，請遵循相關使用規範。

聯絡資訊

如有問題或建議，請聯絡專案維護者。

最後更新：2025年12月22日
作者：王建葦
當前版本：8.1.0

詳細的版本更新記錄請參考 CHANGELOG.md

Name		Name	Last commit message	Last commit date
Latest commit History 55 Commits
API		API
docs		docs
src		src
.gitignore		.gitignore
CHANGELOG.md		CHANGELOG.md
LICENSE		LICENSE
README.md		README.md
connection.sh		connection.sh
deploy.sh		deploy.sh
run.sh		run.sh
程式運作說明.md		程式運作說明.md

License

JW-Albert/ProWaveDAQ-Python-Visualization-Unit

Folders and files

Latest commit

History

Repository files navigation

ProWaveDAQ 即時資料可視化系統

系統概述

功能特性

核心功能

技術特性

系統需求

硬體需求

軟體需求

Python 套件依賴

安裝說明

1. 克隆或下載專案

簡易安裝指令

2. 安裝 Python 依賴套件

3. 設定權限

4. 設定串列埠權限（Linux）

5. 確認設定檔

6. 設定 SQL 資料庫（可選）

7. 設定 OpenVPN 連線（如需連線至 IMSL 實驗室 MariaDB 伺服器）

使用說明

啟動系統

方式 1：使用啟動腳本（推薦）

方式 2：直接執行 Python 程式

使用 Web 介面

設定檔說明

ProWaveDAQ.ini

csv.ini

sql.ini

輸出檔案

CSV 檔案

SQL 資料庫

檔案架構

API 路由說明

API 回應格式

/data (GET)

/sql_config (GET)

/start (POST)

/stop (POST)

/status (GET)

/files (GET)

/download (GET)

資料流程與運作機制

整體資料流程

即時資料回傳機制

CSV 分檔機制

SQL 上傳機制

故障排除

常見問題

1. 無法連接設備

2. Web 介面無法開啟

3. 資料顯示不正確

4. CSV 檔案未產生

5. SQL 上傳失敗

6. 資料採集停止

7. 記憶體使用過高

8. 通道順序錯位

日誌系統

除錯模式

技術架構

執行緒設計

程式碼架構

prowavedaq.py 模組結構

資料流詳細說明

技術限制

記憶體管理

開發說明

擴展功能

程式碼結構

關鍵設計決策

授權資訊

聯絡資訊

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Resources

License

`/data` (GET)

`/sql_config` (GET)

`/start` (POST)

`/stop` (POST)

`/status` (GET)

`/files` (GET)

`/download` (GET)

`prowavedaq.py` 模組結構