【开源分享】STC8H 触摸传感器实时监控系统（Python 可视化 + 串口通信）
前因：修改“STC8H4K64Txx-触摸按键校验检测工程”至 STC8H1K08T-33I未果索性自己问AI写了一个可视化监控程序。
程序功能：
[*]支持 3 路触摸通道的实时波形显示（采样值 + 基线值）
[*]单独展示所有通道的差值波形
[*]串口自动扫描、一键连接 / 断开，状态可视化提示
[*]实时显示通道最新数值，差值实时更新
[*]纵轴自适应数据范围，X 轴固定 200 个数据点
[*]效果图片：
单片机代码：
while(1) {
touch_scan();
// 发送：基线0 基线1 基线2 当前0 当前1 当前2
printf("%u %u %u %u %u %u %x\r\n",
TK_zero, TK_zero, TK_zero,
TK_cnt,TK_cnt,TK_cnt,);
delay_ms(50); // ~20Hz 发送频率
}
上位机代码：
import serial
import serial.tools.list_ports
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.animation import FuncAnimation
from matplotlib.backends.backend_tkagg import FigureCanvasTkAgg
import numpy as np
import threading
import time
import tkinter as tk
from tkinter import ttk, messagebox
from collections import deque
import queue
# # 中文字体设置（放在导入 matplotlib 之后）
# plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei', 'Microsoft YaHei', 'Arial Unicode MS', 'DejaVu Sans']
# # 优先尝试常见的中文字体，如果都没有会自动回退
# plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False# 解决负号显示问题
# ================== 配置与全局变量 ==================
# 优先使用Windows原生中文等宽字体，兜底兼容
plt.rcParams['font.sans-serif'] = [
'Microsoft YaHei Mono',# 核心：Win10+ 中文等宽（优先）
'SimSun-ExtB', # 兜底：Win全版本中文等宽
'Courier New' # 备用：跨平台等宽（防止前两者缺失）
]
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False# 解决负号显示问题
plt.rcParams['font.family'] = 'monospace' # 强制启用等宽模式（关键）
plt.rcParams['font.size'] = 10 # 可选：统一字体大小
DATA_POINTS = 200
BAUDRATE = 9600
ANIMATE_INTERVAL = 50# 动画刷新间隔(ms)
SERIAL_READ_INTERVAL = 0.01# 串口读取间隔(s)
Y_AXIS_MARGIN = 50# Y轴边距（缩小边距，适配更精准）
class SerialApp:
def __init__(self, root):
self.root = root
self.root.title("STC8H 触摸监控系统")
# 串口对象及状态
self.ser = serial.Serial()
self.is_running = False
self.read_thread = None
self.data_lock = threading.Lock()# 线程安全锁
self.data_queue = queue.Queue(maxsize=100)# 数据缓冲队列
# 数据存储 - 使用deque替代numpy数组，优化数据更新
self.cnt_data = * DATA_POINTS, maxlen=DATA_POINTS) for _ in range(3)]
self.zero_data = * DATA_POINTS, maxlen=DATA_POINTS) for _ in range(3)]
self.current_delta =
# 预计算X轴数据
self.x_data = np.arange(DATA_POINTS)
# 绘图对象缓存
self.line_objects = []
self.baseline_objects = []
self.delta_line_objects = []
# 动画控制标志
self.animation_running = False
self.ani = None# 延迟初始化动画
self.setup_ui()
self.setup_plot()
def setup_ui(self):
"""创建控制面板"""
control_frame = ttk.Frame(self.root)
control_frame.pack(side=tk.TOP, fill=tk.X, padx=10, pady=5)
# 1. 串口选择
ttk.Label(control_frame, text="串口选择:").grid(row=0, column=0, padx=5)
self.port_combo = ttk.Combobox(control_frame, width=15)
self.port_combo.grid(row=0, column=1, padx=5)
self.refresh_ports()# 初始化扫描
# 2. 刷新串口列表按钮
ttk.Button(control_frame, text="刷新串口", command=self.refresh_ports).grid(row=0, column=2, padx=5)
# 3. 开始/断开按钮
self.btn_start = ttk.Button(control_frame, text="开始连接", command=self.toggle_serial)
self.btn_start.grid(row=0, column=3, padx=10)
self.status_label = ttk.Label(control_frame, text="状态: 未连接", foreground="red")
self.status_label.grid(row=0, column=4, padx=10)
def setup_plot(self):
"""创建嵌入式 Matplotlib 图表 - 优化版本"""
# 创建图表时减少不必要的参数，优化布局
self.fig, (self.ax1, self.ax2, self.ax3, self.ax4) = plt.subplots(
4, 1, figsize=(10, 8), gridspec_kw={'height_ratios': },
tight_layout=True# 自动优化布局，替代tight_layout调用
)
self.fig.suptitle('Touch Channel Monitor', y=0.98)
# 将图表嵌入 Tkinter 窗口
self.canvas = FigureCanvasTkAgg(self.fig, master=self.root)
self.canvas.get_tk_widget().pack(side=tk.TOP, fill=tk.BOTH, expand=1)
# 初始化绘图对象（只创建一次，后续更新数据）
colors = ['blue', 'green', 'red']
axes =
# 初始化通道波形图
for i, (ax, color) in enumerate(zip(axes, colors)):
# 主数据线条
line, = ax.plot(self.x_data, list(self.cnt_data),
label=f'CH{i} Count', color=color, linewidth=1)
self.line_objects.append(line)
# 基线线条
baseline, = ax.plot(self.x_data, list(self.zero_data),
color='black', linestyle='--', alpha=0.6,
label='Baseline', linewidth=1)
self.baseline_objects.append(baseline)
# 初始化坐标轴设置（只做一次）
ax.set_title(f'Channel {i} (Delta: 0)')
ax.set_ylim(-Y_AXIS_MARGIN, Y_AXIS_MARGIN)
ax.grid(True, alpha=0.3)
ax.legend(loc='upper right', fontsize='small')
# 关闭x轴自动缩放，避免布局抖动
ax.set_xlim(0, DATA_POINTS - 1)
# 初始化差值图
for i, color in enumerate(colors):
delta_line, = self.ax4.plot(self.x_data, * DATA_POINTS,
label=f'CH{i} Δ (0)', color=color, linewidth=1)
self.delta_line_objects.append(delta_line)
self.ax4.set_title('Real-time Channel Differences (Baseline - Count)')
self.ax4.set_ylim(-50, 50)# 初始值，后续动态更新
self.ax4.legend(loc='upper right', ncol=3)
self.ax4.grid(True, alpha=0.3)
self.ax4.set_xlim(0, DATA_POINTS - 1)# 固定x轴范围
def start_animation(self):
"""启动动画（仅在连接时）"""
if not self.animation_running:
self.ani = FuncAnimation(
self.fig,
self.animate,
interval=ANIMATE_INTERVAL,
cache_frame_data=False,
blit=True,# 开启blit优化
repeat=True
)
self.animation_running = True
def stop_animation(self):
"""停止动画（断开连接时）"""
if self.animation_running and self.ani:
self.ani.event_source.stop()
self.animation_running = False
def refresh_ports(self):
"""扫描当前可用串口 - 优化：减少不必要的刷新"""
ports = serial.tools.list_ports.comports()
port_list =
self.port_combo['values'] = port_list
if port_list and not self.port_combo.get():
self.port_combo.current(0)
def toggle_serial(self):
"""切换开始/断开状态"""
if not self.is_running:
self.start_serial()
else:
self.stop_serial()
def start_serial(self):
"""打开串口并启动读取线程"""
port = self.port_combo.get()
if not port:
messagebox.showwarning("警告", "请先选择一个串口！")
return
try:
self.ser.port = port
self.ser.baudrate = BAUDRATE
self.ser.timeout = 0.5# 优化超时时间
self.ser.open()
self.is_running = True
self.btn_start.config(text="断开连接")
self.status_label.config(text=f"状态: 已连接 {port}", foreground="green")
self.port_combo.config(state="disabled")
# 启动动画
self.start_animation()
# 启动线程
self.read_thread = threading.Thread(target=self.read_serial_data, daemon=True)
self.read_thread.start()
except Exception as e:
messagebox.showerror("错误", f"无法打开串口: {e}")
def stop_serial(self):
"""停止读取并关闭串口 - 优化：更安全的线程退出"""
self.is_running = False
# 停止动画，减少资源占用
self.stop_animation()
# 清空数据队列
while not self.data_queue.empty():
try:
self.data_queue.get_nowait()
except queue.Empty:
break
# 等待线程退出
if self.read_thread and self.read_thread.is_alive():
self.read_thread.join(timeout=0.5)
if self.ser.is_open:
self.ser.close()
self.btn_start.config(text="开始连接")
self.status_label.config(text="状态: 未连接", foreground="red")
self.port_combo.config(state="normal")
def read_serial_data(self):
"""后台读取线程 - 大幅优化"""
buffer = ""# 串口数据缓冲
while self.is_running:
if self.ser.is_open:
try:
# 读取可用数据（而非整行），减少阻塞
if self.ser.in_waiting > 0:
data = self.ser.read(self.ser.in_waiting).decode('utf-8', errors='ignore')
buffer += data
# 按行分割处理
while '\n' in buffer:
line, buffer = buffer.split('\n', 1)
line = line.strip()
if line:
parts = line.split()
if len(parts) >= 6:
try:
zeros = ), int(parts), int(parts)]
cnts = ), int(parts), int(parts)]
# 使用队列传递数据，避免直接操作共享变量
if not self.data_queue.full():
self.data_queue.put((zeros, cnts))
except ValueError:
# 数据格式错误时忽略，不中断线程
continue
# 优化休眠时间，减少CPU占用
time.sleep(SERIAL_READ_INTERVAL)
except Exception as e:
print(f"读取异常: {e}")
time.sleep(0.1)
else:
time.sleep(0.1)
def update_data(self):
"""更新数据缓存 - 线程安全"""
if self.data_queue.empty():
return False
try:
# 批量处理队列中的数据（最多处理10条，避免阻塞）
for _ in range(min(10, self.data_queue.qsize())):
zeros, cnts = self.data_queue.get_nowait()
with self.data_lock:
# 更新数据 - 使用deque的append自动维护长度，无需roll
for i in range(3):
self.zero_data.append(zeros)
self.cnt_data.append(cnts)
self.current_delta = zeros - cnts
return True
except queue.Empty:
return False
def animate(self, i):
"""图表刷新逻辑 - 核心优化（解决卡顿+纵轴自适应）"""
# 只在有数据更新时才处理绘图逻辑
data_updated = self.update_data()
if not data_updated:
return []
with self.data_lock:
# 转换为numpy数组用于绘图
cnt_arrays =
zero_arrays =
# 更新通道波形 + 纵轴自适应
axes =
for i in range(3):
# 更新线条数据（不重建，只更新）
self.line_objects.set_ydata(cnt_arrays)
self.baseline_objects.set_ydata(zero_arrays)
# 【关键修复】强制更新Y轴范围，确保自适应
ax = axes
all_vals = np.concatenate(, zero_arrays])
val_min, val_max = all_vals.min(), all_vals.max()
# 计算新的Y轴范围（加边距）
new_ylim = (val_min - Y_AXIS_MARGIN, val_max + Y_AXIS_MARGIN)
ax.set_ylim(new_ylim)
# 更新标题（只更新文本，不重建）- 显示当前通道最新值（6位补零）
latest_value = self.cnt_data[-1]# 获取deque最后一个元素（最新值）
ax.set_title(f'Channel {i} ({latest_value:06d})')
# 更新差值图 + 纵轴自适应
delta_arrays = []
for i in range(3):
delta = zero_arrays - cnt_arrays
delta_arrays.append(delta)
self.delta_line_objects.set_ydata(delta)
# self.delta_line_objects.set_label(f'CH{i}Δ:({self.current_delta:06d})')
self.ax4.set_title(f'CH0Δ:({self.current_delta:06d}) CH1Δ:({self.current_delta:06d}) CH2Δ:({self.current_delta:06d})')
# 差值图纵轴自适应
all_delta = np.concatenate(delta_arrays)
delta_min, delta_max = all_delta.min(), all_delta.max()
self.ax4.set_ylim(delta_min - 20, delta_max + 20)
self.ax4.legend(loc='upper right', ncol=3)
# 返回需要更新的对象（blit优化）
return self.line_objects + self.baseline_objects + self.delta_line_objects
if __name__ == "__main__":
root = tk.Tk()
# 优化Tkinter渲染优先级
root.attributes('-topmost', False)
root.update_idletasks()
# 减少Tkinter事件循环负载
root.after(100, lambda: root.update())
app = SerialApp(root)
root.mainloop()
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