Serial Plotter: график показаний в реальном времени

Термометр с термистором я вылизывал неделю: столбик чисел в мониторе выдавал 23.4, 23.7, 23.2, 23.5, и я, честно листая прокрутку, сравнивал соседние строки глазами, как будто в них можно что-то понять. Отличить шум датчика от настоящих скачков температуры по такому столбику — гадание на кофейной гуще. Потом я открыл Serial Plotter — и всё стало видно за пять секунд: линия дрожала на две десятых градуса, а редкие иголки вниз оказались моим же проводом, который я время от времени трогал рукой. График — не украшение, это способ видеть данные вместо их перечитывания.

В этом уроке наладим живой график: как открывается Serial Plotter в Arduino IDE 2, в каком формате кормить его числами, как нарисовать два ряда на одном экране — сырой raw и масштабированный pwm — и почему среди чисел нельзя писать прозу. Повторить всё это можно без единого провода: в симуляторе на сайте есть вкладка «Плоттер» рядом с «Монитором», с кнопками «пауза» и «сброс графика» — двигаете ползунок сенсора, и кривая едет вживую. Если монитор порта для вас ещё в новинку, сначала загляните в первый урок про Serial Monitor: плоттер живёт на тех же проводах и той же скорости.

Монитор порта выдаёт историю списком, а график — формой, и разница видна на трёх классических задачах. Тренд: температура в теплице ползёт вверх на градус в час — в столбике чисел это не замечаешь, на графике это наклонная линия, которую видно с первого взгляда. Шум: датчик дрожит на пять единиц туда-сюда — в числах это «всё время разное», на графике это ровная толстая полоса, которую сразу можно усреднить и забыть. Выбросы: раз в минуту приходит ноль вместо 512 — в бегущем списке глаз такое пропускает, а на графике иголка вниз торчит как заноза. Шум мы уже обсуждали в уроке про термистор и Стейнхарта — там десятые градуса дрожали в каждой строке; на графике их характер виден без всякой прокрутки.

Дребезг — отдельная песня. В уроке про debounce я уверял, что кнопка дребезжит миллисекунды при нажатии, но увидеть это глазами было негде. На графике — можно: печатайте чтение кнопки числом, нулём или единицей, пощёлкайте без подтяжки — в момент нажатия линия подпрыгнет зубцами, и вы своими глазами увидите тот самый переходный хаос, который лечат программные паузы. После этого приёмы debounce перестают быть магией: они просто сглаживают зубцы, которые вы уже видели.

Формат данных у плоттера аскетичный: он читает те же строки, что и монитор, и строит кривые по числам в них. Одна строка — один набор точек; сколько чисел в строке — столько кривых двинутся на шаг. Перевод строки обязателен: Serial.println() закрывает кадр, а Serial.print() собирает его по кускам — эту склейку мы тренировали, когда печатали значения с подписями. Стили два: «метка=значение», как raw=512 pwm=130, — ряды получат подписи; или голые числа через пробел и запятую — 512, 130, тогда кривые будут позиционными: первая, вторая, третья без имён.

В Arduino IDE 2 плоттер открывается из меню Инструменты → Плоттер по последовательному соединению (в английской версии Tools → Serial Plotter); рядом, в правом верхнем углу, есть и кнопка с иконкой графика. Внизу окна выбирается скорость порта — и она обязана совпадать с числом в Serial.begin(). Поставили 9600 в скетче и 115200 в окне — получите не график, а кашу из бессмысленных точек: байты режутся на чужих границах, и число 512 превращается в невиданную 5. Та же ловушка была и с монитором порта, только здесь она заметнее: кривая либо есть, либо это мусор, середины не дано.

В симуляторе на сайте всё то же самое, только без железа: вкладка «Плоттер» переключается рядом с «Монитором», и Serial остаётся тем же. Кнопка «пауза» замораживает картинку, чтобы рассмотреть участок; «сброс графика» очищает ряды и начинает запись заново. Подписи рядов берутся из строк «метка=значение», цвета подбираются сами; в каждом ряду хранится около 240 последних точек — при шаге 200 мс это почти минута истории, дальше старое выталкивается новыми точками. Периферия заводится ползунками: двигаете сенсор A0 — кривая ползёт следом. Это самый быстрый способ выучить формат: три секунды на ползунок — и понятно, что рисует подписи, а что ломает строку.

Чего у плоттера нет: памяти. Закрыли окно — история ушла; для длинных записей пишут в таблицу или на SD-карту, это другой инструмент с другими задачами. Масштаб по вертикали — автоматический: ось подстраивается под минимум и максимум ряда, и один резкий выброс сожмёт остальную кривую в нижнюю треть экрана. Два ряда сильно разных амплитуд — 0–1023 и 0–255 — рисуются честно, но маленький прижмётся к полу; иногда полезнее выводить оба в одном масштабе или жертвовать одним из двух.

Три скетча ниже закрывают форматы, которые встречаются в живых проектах. Первый — минимальный: одно число в строке, println(raw), никаких подписей. Плоттер нарисует один безымянный ряд — этого хватает, чтобы оценить шум или дребезг, но как только кривых станет две, без имён не разберёшься, какая из них чья.

Второй скетч — рабочий формат с метками: raw=512 pwm=130 в одной строке. Оба значения собираются Serial.print'ом по кускам и закрываются одним println — плоттер увидит два подписанных ряда от одного датчика: сырой raw из 0–1023 и масштабированный pwm из 0–255, знакомые по уроку про map и диммер. Именно такую пару стоит держать на графике, когда настраиваешь пороги: сразу видно, где сырое значение, а где то, что реально уходит в analogWrite.

Третий скетч рисует синус от millis(): если датчика под рукой нет, он нарисует идеальную плавную волну и покажет, как ведёт себя график на чистых данных. Он же — быстрая проверка канала: волна пришла, значит порт и скорость в порядке, и если дальше тишина, виноват формат строки, а не связь.

График закрыл последнюю слепую зону отладки без железа: теперь вы видите не только то, что печатается, но и то, как это меняется. Дальше по разделу — таблица данных: несколько переменных в одной строке и аккуратный CSV, который читают и плоттер, и редактор таблиц. Навык же остаётся с вами навсегда: любой датчик курса — потенциометр, термистор, фоторезистор — после этого урока проверяется на глазах, а не прокруткой. Прогоните оба стиля формата на вкладке «Плоттер», поморгайте паузой и сбросом — и когда откроете настоящий Serial Plotter в Arduino IDE, он поведёт себя как старый знакомый.