Interfaz de Python

El miniSMU MS01 puede controlarse mediante programación con la biblioteca oficial de Python, minismu_py. Esta interfaz ofrece una forma cómoda de automatizar mediciones, realizar secuencias de prueba complejas e integrar el miniSMU en sus aplicaciones personalizadas y sus flujos de trabajo de investigación.

Instalación

Instale la biblioteca minismu_py directamente desde PyPI con pip:

pip install minismu_py

La biblioteca tiene pocas dependencias y requiere:

Python 3.6 o posterior
El paquete pyserial, para las conexiones USB
El paquete tqdm (opcional, se utiliza para las barras de progreso de los ejemplos)

Primeros pasos

Conexión básica

Para empezar a utilizar la interfaz de Python, primero debe establecer una conexión con su miniSMU MS01:

from minismu_py import SMU, ConnectionType

# For USB connection
smu = SMU(ConnectionType.USB, port="/dev/ttyACM0")  # Linux/Mac
# or
smu = SMU(ConnectionType.USB, port="COM3")  # Windows

# For WiFi connection
smu = SMU(ConnectionType.NETWORK, host="192.168.1.100", tcp_port=3333)

# Verify connection
print("Device Info:", smu.get_identity())

Uso del gestor de contexto

La clase SMU admite el protocolo de gestores de contexto de Python, que se encarga automáticamente de liberar los recursos:

from minismu_py import SMU, ConnectionType

# Using context manager ensures proper cleanup
with SMU(ConnectionType.USB, port="COM3") as smu:
    # Work with the SMU
    print("Device Info:", smu.get_identity())
    
    # No need to explicitly close the connection
    # It will be closed automatically when exiting the 'with' block

Ejemplo de medición básica

Este es un ejemplo sencillo que configura un canal, establece una tensión y realiza mediciones:

from minismu_py import SMU, ConnectionType
import time

with SMU(ConnectionType.USB, port="COM3") as smu:
    # Configure channel 1
    smu.set_mode(1, "FVMI")  # Force Voltage, Measure Current mode
    smu.set_voltage_range(1, "AUTO")
    smu.enable_channel(1)
    
    # Set voltage to 3.3V
    smu.set_voltage(1, 3.3)
    time.sleep(0.1)  # Allow settling time
    
    # Take measurements
    voltage, current = smu.measure_voltage_and_current(1)
    print(f"Voltage: {voltage:.6f}V")
    print(f"Current: {current:.6f}A")
    
    # Disable the channel when done
    smu.disable_channel(1)

Conceptos clave

Tipos de conexión

La biblioteca admite dos métodos de conexión:

Conexión USB: conexión directa mediante un cable USB
```
smu = SMU(ConnectionType.USB, port="COM3")
```

Conexión de red: conexión por wifi

smu = SMU(ConnectionType.NETWORK, host="192.168.1.100")

Modos de medición

El miniSMU admite dos modos de medición principales:

FVMI (Force Voltage, Measure Current: forzar tensión, medir corriente)
- Aplica una tensión especificada y mide la corriente resultante
- Adecuado para la caracterización de resistencias, las pruebas de diodos, etc.
```
smu.set_mode(1, "FVMI")
```
FIMV (Force Current, Measure Voltage: forzar corriente, medir tensión)
- Aplica una corriente especificada y mide la tensión resultante
- Adecuado para las pruebas de LED, la caracterización de baterías, etc.
```
smu.set_mode(1, "FIMV")
```

Gestión de errores

La biblioteca incluye una gestión de excepciones propia mediante la clase SMUException:

from minismu_py import SMU, ConnectionType, SMUException

try:
    with SMU(ConnectionType.USB, port="COM3") as smu:
        # SMU operations
        pass
except SMUException as e:
    print(f"SMU Error: {e}")
except Exception as e:
    print(f"Unexpected error: {e}")

Operaciones habituales

Información del dispositivo

# Get device identity
identity = smu.get_identity()
print(f"Connected to: {identity}")

# Get system temperatures
adc_temp, ch1_temp, ch2_temp = smu.get_temperatures()
print(f"Temperatures: ADC: {adc_temp}°C, CH1: {ch1_temp}°C, CH2: {ch2_temp}°C")

Configuración de los canales

# Select channel to configure
channel = 1

# Set mode (FVMI: Force Voltage, Measure Current)
smu.set_mode(channel, "FVMI")

# Set voltage range (AUTO, LOW, HIGH)
smu.set_voltage_range(channel, "AUTO")

# Enable channel
smu.enable_channel(channel)

Ajuste de los valores de salida

# Set voltage (in volts)
smu.set_voltage(1, 3.3)

# Set current (in amperes)
smu.set_current(2, 0.01)  # 10mA

Realización de mediciones

# Measure voltage only
voltage = smu.measure_voltage(1)
print(f"Voltage: {voltage}V")

# Measure current only
current = smu.measure_current(1)
print(f"Current: {current}A")

# Measure both voltage and current in one command
voltage, current = smu.measure_voltage_and_current(1)
print(f"Voltage: {voltage}V, Current: {current}A")

Control del estado de los canales

# Enable channel
smu.enable_channel(1)

# Disable channel
smu.disable_channel(1)

Funciones avanzadas

Barrido de tensión

Puede realizar un barrido de tensión para obtener curvas I-V:

import csv
from tqdm import tqdm
import time

def voltage_sweep(smu, channel=1, start=-1.0, stop=1.0, step=0.1):
    """Perform a voltage sweep and measure current"""
    try:
        # Configure channel
        smu.set_mode(channel, "FVMI")
        smu.set_voltage_range(channel, "AUTO")
        smu.enable_channel(channel)
        
        # Create voltage points
        voltages = [round(v, 3) for v in 
                   [start + step*i for i in range(int((stop-start)/step) + 1)]]
        results = []
        
        # Create progress bar
        for voltage in tqdm(voltages, desc="Voltage Sweep"):
            smu.set_voltage(channel, voltage)
            time.sleep(0.1)  # Allow settling time
            v, i = smu.measure_voltage_and_current(channel)
            results.append({
                'target_voltage': voltage,
                'measured_voltage': v,
                'measured_current': i
            })
        
        return results
            
    finally:
        # Always disable channel after measurement
        smu.disable_channel(channel)

# Run voltage sweep and save results
with SMU(ConnectionType.USB, port="COM3") as smu:
    sweep_results = voltage_sweep(smu, channel=1, start=-1.0, stop=1.0, step=0.05)
    
    # Save results to CSV
    with open('voltage_sweep_results.csv', 'w', newline='') as f:
        writer = csv.DictWriter(f, fieldnames=[
            'target_voltage', 'measured_voltage', 'measured_current'])
        writer.writeheader()
        writer.writerows(sweep_results)
    print("Results saved to voltage_sweep_results.csv")

Transmisión de datos

Para la adquisición de datos a alta velocidad, el miniSMU admite la transmisión continua de datos (streaming):

import time
import csv
from tqdm import tqdm
from datetime import datetime

def stream_data(smu, channel=1, duration=10.0, sample_rate=100.0, voltage=3.3):
    """Stream data from the SMU for a specified duration"""
    try:
        # Configure channel
        smu.set_mode(channel, "FVMI")
        smu.enable_channel(channel)
        smu.set_voltage(channel, voltage)
        
        # Configure streaming
        smu.set_sample_rate(channel, sample_rate)
        
        # Set miniSMU's internal time for timestamping
        current_time = int(time.time() * 1000)  # Convert to milliseconds
        smu.set_time(current_time)
        
        # Calculate number of samples
        num_samples = int(duration * sample_rate)
        
        # Prepare data storage
        timestamps = []
        voltages = []
        currents = []
        
        # Start streaming
        print("Starting streaming...")
        smu.start_streaming(channel)
        
        # Collect data with progress bar
        pbar = tqdm(total=num_samples, desc="Streaming Data")
        while len(timestamps) < num_samples:
            try:
                # Read streaming data packet
                data_channel, t, v, i = smu.read_streaming_data()
                
                # Only process data from the requested channel
                if data_channel == channel:
                    timestamps.append(t)
                    voltages.append(v)
                    currents.append(i)
                    pbar.update(1)
                
            except Exception as e:
                print(f"\nError reading streaming data: {e}")
                break
        
        # Stop streaming
        smu.stop_streaming(channel)
        pbar.close()
        
        # Save data to CSV
        filename = f'streaming_data_{datetime.now().strftime("%Y%m%d_%H%M%S")}.csv'
        with open(filename, 'w', newline='') as f:
            writer = csv.writer(f)
            writer.writerow(['Timestamp (s)', 'Voltage (V)', 'Current (A)'])
            for t, v, i in zip(timestamps, voltages, currents):
                writer.writerow([t, v, i])
        
        print(f"Data saved to {filename}")
        return timestamps, voltages, currents
            
    finally:
        # Always cleanup
        smu.disable_channel(channel)
        smu.stop_streaming(channel)

# Stream data for 5 seconds at 100Hz
with SMU(ConnectionType.USB, port="COM3") as smu:
    timestamps, voltages, currents = stream_data(
        smu,
        channel=1,
        duration=5.0,
        sample_rate=100.0,
        voltage=3.3
    )

Mediciones Kelvin a 4 hilos

Para mediciones de alta exactitud que eliminan la resistencia de los cables:

with SMU(ConnectionType.USB, port="COM3") as smu:
    # Enable 4-wire mode (CH2 becomes sense channel)
    smu.enable_fourwire_mode()

    # Configure CH1 as voltage source
    smu.set_mode(1, "FVMI")
    smu.set_voltage(1, 1.0)
    smu.enable_channel(1)

    # Measure - returns CH1 current and CH2 (sense) voltage
    voltage, current = smu.measure_voltage_and_current(1)
    resistance = voltage / current
    print(f"True resistance: {resistance:.6f} Ohm")

    # Disable 4-wire mode when done
    smu.disable_fourwire_mode()

Configuración del wifi

La biblioteca ofrece funciones para gestionar la configuración wifi:

# Scan for available networks
networks = smu.wifi_scan()
for network in networks:
    print(f"SSID: {network['ssid']}, RSSI: {network['rssi']}")

# Configure WiFi credentials
smu.set_wifi_credentials("YourNetworkSSID", "YourPassword")

# Enable WiFi
smu.enable_wifi()

# Check WiFi status
status = smu.get_wifi_status()
print(f"Connected: {status.connected}")
print(f"SSID: {status.ssid}")
print(f"IP Address: {status.ip_address}")
print(f"Signal Strength: {status.rssi}dBm")

Ejemplos de aplicación

Caracterización de dispositivos

Este ejemplo caracteriza un diodo realizando un barrido de tensión y analizando los resultados:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from minismu_py import SMU, ConnectionType

with SMU(ConnectionType.USB, port="COM3") as smu:
    # Configure channel
    smu.set_mode(1, "FVMI")
    smu.enable_channel(1)
    
    # Perform voltage sweep
    voltages = np.linspace(-0.5, 1.0, 100)  # -0.5V to 1.0V in 100 steps
    measured_voltages = []
    measured_currents = []
    
    for v in voltages:
        smu.set_voltage(1, v)
        time.sleep(0.05)  # Allow settling time
        mv, mi = smu.measure_voltage_and_current(1)
        measured_voltages.append(mv)
        measured_currents.append(mi)
    
    # Disable channel when done
    smu.disable_channel(1)
    
    # Plot results
    plt.figure(figsize=(10, 6))
    plt.plot(measured_voltages, measured_currents * 1000)  # Convert to mA
    plt.grid(True)
    plt.xlabel('Voltage (V)')
    plt.ylabel('Current (mA)')
    plt.title('Diode I-V Characteristic')
    plt.savefig('diode_iv_curve.png')
    plt.show()

Secuencia de prueba automatizada

Este ejemplo muestra una secuencia de prueba automatizada para una batería:

import time
import csv
from datetime import datetime
from minismu_py import SMU, ConnectionType

def battery_discharge_test(smu, channel=1, discharge_current=0.01, cutoff_voltage=3.0):
    """Perform battery discharge test until cutoff voltage is reached"""
    try:
        # Configure for constant current discharge (FIMV mode)
        smu.set_mode(channel, "FIMV")
        smu.enable_channel(channel)
        
        # Set discharge current (negative for discharge)
        smu.set_current(channel, -discharge_current)
        
        # Prepare data storage
        start_time = time.time()
        results = []
        
        print(f"Starting battery discharge test at {discharge_current*1000:.1f}mA")
        print(f"Test will run until battery voltage reaches {cutoff_voltage}V")
        
        # Run test until cutoff voltage is reached
        while True:
            # Measure voltage and current
            voltage, current = smu.measure_voltage_and_current(channel)
            
            # Calculate elapsed time
            elapsed_time = time.time() - start_time
            
            # Record data
            results.append({
                'time': elapsed_time,
                'voltage': voltage,
                'current': current
            })
            
            # Display progress
            print(f"\rTime: {elapsed_time:.1f}s, Voltage: {voltage:.3f}V, Current: {current*1000:.1f}mA", end="")
            
            # Check if cutoff voltage reached
            if voltage <= cutoff_voltage:
                print("\nCutoff voltage reached. Test complete.")
                break
            
            # Wait before next measurement
            time.sleep(5)  # Take measurements every 5 seconds
        
        # Save results
        filename = f'battery_discharge_{datetime.now().strftime("%Y%m%d_%H%M%S")}.csv'
        with open(filename, 'w', newline='') as f:
            writer = csv.DictWriter(f, fieldnames=['time', 'voltage', 'current'])
            writer.writeheader()
            writer.writerows(results)
        print(f"Results saved to {filename}")
        
        return results
    
    finally:
        # Always disable channel when done
        smu.disable_channel(channel)

# Run battery discharge test
with SMU(ConnectionType.USB, port="COM3") as smu:
    battery_discharge_test(
        smu,
        channel=1,
        discharge_current=0.01,  # 10mA discharge
        cutoff_voltage=3.0       # 3.0V cutoff
    )

Referencia de la API

Gestión de la conexión

Método	Descripción
`SMU(connection_type, port, host, tcp_port)`	Inicializa la conexión con la SMU
`close()`	Cierra la conexión
`get_identity()`	Obtiene la identificación del dispositivo
`reset()`	Reinicia el dispositivo

Suministro y medición

Método	Descripción
`set_voltage(channel, voltage)`	Establece la tensión del canal especificado
`set_current(channel, current)`	Establece la corriente del canal especificado
`measure_voltage(channel)`	Mide la tensión en el canal especificado
`measure_current(channel)`	Mide la corriente en el canal especificado
`measure_voltage_and_current(channel)`	Mide la tensión y la corriente

Configuración de los canales

Método	Descripción
`enable_channel(channel)`	Activa el canal especificado
`disable_channel(channel)`	Desactiva el canal especificado
`set_voltage_range(channel, range_type)`	Establece el rango de tensión (AUTO/LOW/HIGH)
`set_mode(channel, mode)`	Establece el modo del canal (FIMV/FVMI)

Transmisión de datos

Método	Descripción
`start_streaming(channel)`	Inicia la transmisión de datos
`stop_streaming(channel)`	Detiene la transmisión de datos
`read_streaming_data()`	Lee un paquete de datos de la transmisión (canal, marca de tiempo, tensión, corriente)
`set_sample_rate(channel, rate)`	Establece la frecuencia de muestreo en Hz

Configuración del sistema

Método	Descripción
`set_led_brightness(brightness)`	Establece el brillo de los LED (0-100)
`get_led_brightness()`	Obtiene el brillo actual de los LED
`get_temperatures()`	Obtiene las temperaturas del sistema (ADC, canal 1, canal 2)
`set_time(timestamp)`	Ajusta el reloj interno del dispositivo (marca de tiempo Unix en milisegundos)
`enable_fourwire_mode()`	Activa el modo de medición Kelvin a 4 hilos
`disable_fourwire_mode()`	Desactiva el modo de 4 hilos y restablece los canales independientes
`get_fourwire_mode()`	Consulta el estado del modo de 4 hilos (devuelve un valor booleano)

Configuración del wifi

Método	Descripción
`wifi_scan()`	Busca las redes wifi disponibles
`get_wifi_status()`	Obtiene el estado actual del wifi
`set_wifi_credentials(ssid, password)`	Establece las credenciales wifi
`enable_wifi()`	Activa el wifi
`disable_wifi()`	Desactiva el wifi

Buenas prácticas

Estas son algunas prácticas recomendadas para trabajar con la biblioteca minismu_py:

1. Utilice gestores de contexto

Utilice siempre los gestores de contexto de Python para garantizar que los recursos se liberen correctamente:

with SMU(ConnectionType.USB, port="COM3") as smu:
    # Code here

2. Desactive siempre los canales

Desactive los canales cuando terminen las mediciones:

try:
    smu.enable_channel(1)
    # Your measurement code
finally:
    smu.disable_channel(1)

3. Añada un tiempo de establecimiento

Incluya un tiempo de establecimiento para obtener mediciones estables:

smu.set_voltage(1, 3.3)
time.sleep(0.1)  # Allow settling time before measuring

4. Gestione correctamente las excepciones

Implemente una gestión de excepciones adecuada:

try:
    # SMU operations
except SMUException as e:
    print(f"SMU Error: {e}")

5. Compruebe el estado de la conexión

Verifique la conexión antes de ejecutar operaciones:

identity = smu.get_identity()
if not identity:
    print("Device not responding")

6. Cierre las conexiones

Cierre siempre las conexiones al terminar:

smu.close()

Solución de problemas

Problemas habituales

No es posible conectarse al dispositivo
- Verifique que el dispositivo esté encendido
- Compruebe la conexión del cable USB
- Confirme que el nombre del puerto es correcto
- Asegúrese de que ningún otro software esté utilizando el puerto
Errores de comunicación
- Reinicie el dispositivo
- Cierre la conexión y vuelva a abrirla
- Compruebe si hay interferencias o problemas con el cable
- Verifique que la velocidad en baudios sea la correcta (115200)
Resultados de medición inesperados
- Compruebe la configuración del canal (modo, rango)
- Deje un tiempo de establecimiento suficiente
- Verifique las conexiones con el dispositivo bajo prueba
- Compruebe los límites de protección
Problemas de conexión wifi
- Asegúrese de que la antena wifi esté bien colocada
- Verifique las credenciales wifi
- Compruebe la intensidad de la señal
- Pruebe primero la conexión USB para configurar el wifi

Más recursos

Para ver ejemplos más avanzados y documentación detallada, visite el repositorio oficial y los enlaces a la documentación que figuran arriba.