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# Python env :
# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time : 2024/5/9 14:04
# @Author : 李清水
# @File : Parallel.py
# @Description : Python并行相关程序
# 串口相关
import serial
# 并行并发相关
from threading import Thread
from multiprocessing import Process
from multiprocessing import Queue , SimpleQueue
from multiprocessing import Lock
# 数学计算相关
import math
import random
# 时间操作相关
import time
# 曲线作图相关库
import pyqtgraph as pg
from pyqtgraph.Qt import QtCore
# 使用typing模块提供的复合注解功能
from typing import List
# 主机多进程类
class MasterProcess(Process):
'''
主机多进程类
'''
# 类变量:
# START_CMD - 开启命令 -0
# STOP_CMD - 关闭命令 -1
# SENDID_CMD - 发送ID命令 -2
# SENDVALUE_CMD - 发送数据命令 -3
START_CMD, STOP_CMD, SENDID_CMD, SENDVALUE_CMD = (0, 1, 2, 3)
def __init__(self,
lock,
Queue,
simplequeue,
port:str = "COM17",
baudrate:int = 115200,
bytesize:int = serial.EIGHTBITS,
parity :str = serial.PARITY_NONE,
stopbits:int = serial.STOPBITS_ONE):
'''
MasterProcess初始化函数
:param lock: 互斥锁
:param Queue: 队列
:param port: 端口号
:param baudrate: 波特率
:param bytesize: 数据位
:param parity: 校验位
:param stopbits: 停止位
'''
self.lock = lock
self.Queue = Queue
self.simplequeue = simplequeue
self.dev = serial.Serial()
self.dev.port = port
self.dev.baudrate = baudrate
self.dev.bytesize = bytesize
self.dev.parity = parity
self.dev.stopbits = stopbits
# 设置读取timeout超时时间
self.dev.timeout = 0.3
# 设置写入timeout超时时间
self.dev.write_timeout = 0.3
# 数据缓存
self.datalist = []
# 滤波器长度
self.filterlength = 3
# 数据处理类实例
self.dataprocessobj = DateProcessClass(self.datalist,self.filterlength)
# Process初始化方法
Process.__init__(self)
def StartMasterSerial(self):
'''
打开主机串口
:return: None
'''
self.dev.open()
def StopMasterSerial(self):
'''
停止主机串口
:return: None
'''
self.dev.close()
def __ReadMasterSerial(self):
'''
读取主机串口,私有方法
:return data[int] : 读取的数据
'''
# 按行读取
data = self.dev.readline()
# 如果接收到字节的情况下,进行处理
if data != b'':
# 收到为二进制数据
# 用utf-8编码将二进制数据解码为unicode字符串
# 字符串转为int类型
data = int(data.decode('utf-8', 'replace'))
# 否则,设置data为-1
else:
data = -1
return data
def __WriteMasterSerial(self,write_data):
'''
写入主机串口,私有方法
:param write_data: 写入的数据
:return:
'''
# 非阻塞方式写入
self.dev.write(write_data.encode())
# 输出换行符
# write的输入参数必须是bytes格式
# 字符串数据需要encode()函数将其编码为二进制数据,然后才可以顺利发送
# \r\n表示换行回车
self.dev.write('\r\n'.encode())
def RecvSensorID(self):
'''
读取传感器ID
:return sensorid[int] : 读取的传感器id号
'''
sensorid = self.__ReadMasterSerial()
return sensorid
def RecvSensorValue(self):
'''
读取传感器数据值
:return data[int] : 读取的传感器数据
'''
data = self.__ReadMasterSerial()
return data
def SendSensorCMD(self,cmd):
'''
主机发送命令
:param cmd : MasterProcess中的类变量
:return: None
'''
self.__WriteMasterSerial(str(cmd))
def run(self):
'''
多进程start后运行的方法
:return: None
'''
# 运行计数变量
count = 0
# 文件保存索引计数变量
index = 0
# 打开串口
self.StartMasterSerial()
self.lock.acquire()
print(" Master Process Started ")
self.lock.release()
# 发送获取ID指令
self.SendSensorCMD(self.SENDID_CMD)
# 获取传感器ID号
id = self.RecvSensorID()
self.lock.acquire()
print(" Recv Sensor ID : ", id)
self.lock.release()
while True:
if count == 9:
maxvalue = self.dataprocessobj.DateCalMax()
minvalue = self.dataprocessobj.DateCalMin()
self.lock.acquire()
print("----------------------------------")
print("Max Value: ", maxvalue)
print("Min Value: ", minvalue)
print("----------------------------------")
self.lock.release()
count = 0
else:
count = count + 1
# 发送获取数据指令
self.SendSensorCMD(self.SENDVALUE_CMD)
self.lock.acquire()
print("Master Send SENDVALUE_CMD")
self.lock.release()
# 接收传感器数据值
data = self.RecvSensorValue()
self.Queue.put(data)
self.datalist.append(data)
filterdata,filterdatalist = self.dataprocessobj.DateFilter()
self.simplequeue.put(filterdata)
self.lock.acquire()
print(" Recv Sensor Data : ",data)
self.lock.release()
time.sleep(0.5)
class SensorThread(Thread):
'''
传感器多线程类
'''
# 类变量:
# RESPOND_MODE -响应模式-0
# LOOP_MODE -循环模式-1
# RESPOND_MODE,LOOP_MODE = (0,1)
# 使用字典创建
WORK_MODE = {"RESPOND_MODE": 0, "LOOP_MODE": 1}
# 类变量:
# NONE_CMD - 未接收数据 --1
# START_CMD - 开启命令 -0
# STOP_CMD - 关闭命令 -1
# SENDID_CMD - 发送ID命令 -2
# SENDVALUE_CMD - 发送数据命令 -3
NONE_CMD, START_CMD, STOP_CMD, SENDID_CMD, SENDVALUE_CMD = (-1, 0, 1, 2, 3)
def __init__(self, lock, port: str = "COM11", id: int = 0, state: int = WORK_MODE["RESPOND_MODE"]):
'''
传感器类的初始化
:param lock: 互斥锁
:param port: 端口号
:param id: 传感器id
:param state: 工作状态
'''
self.lock = lock
self.sensorvalue = 0
self.sensorid = id
self.sensorstate = state
self.dev = serial.Serial()
self.dev.port = port
self.dev.baudrate = 115200
self.dev.bytesize = serial.EIGHTBITS
self.dev.parity = serial.PARITY_NONE
self.dev.stopbits = serial.STOPBITS_ONE
# 设置读取timeout超时时间
self.dev.timeout = 0.3
# 设置写入timeout超时时间
self.dev.write_timeout = 0.3
# Thread的初始化方法
Thread.__init__(self)
def StartSensorSerial(self):
'''
打开主机串口
:return: None
'''
self.dev.open()
def StopSensorSerial(self):
'''
停止主机串口
:return: None
'''
self.dev.close()
def __ReadSensorSerial(self):
'''
读取传感器串口,私有方法
:return data[int] : 读取的数据
'''
# 按行读取
data = self.dev.readline()
# 如果接收到字节的情况下,进行处理
if data != b'':
# 收到为二进制数据
# 用utf-8编码将二进制数据解码为unicode字符串
# 字符串转为int类型
data = int(data.decode('utf-8', 'replace'))
# 否则,设置data为-1
else:
data = -1
return data
def __WriteSensorSerial(self,write_data):
'''
写入传感器串口,私有方法
:param write_data: 写入的数据
:return:
'''
# 非阻塞方式写入
self.dev.write(write_data.encode())
# 输出换行符
# write的输入参数必须是bytes格式
# 字符串数据需要encode()函数将其编码为二进制数据,然后才可以顺利发送
# \r\n表示换行回车
self.dev.write('\r\n'.encode())
def SendSensorID(self):
'''
发送传感器ID号
:return: None
'''
self.__WriteSensorSerial(str(self.sensorid))
def SendSensorValue(self,data):
'''
发送传感器数据
:param data: 待发送的数据
:return: None
'''
self.__WriteSensorSerial(str(data))
def RecvMasterCMD(self):
'''
接收主机命令
:return cmd[int] : 待接收的命令
'''
cmd = self.__ReadSensorSerial()
return cmd
def run(self):
'''
多进程start后运行的方法
:return: None
'''
# 初始化计数变量
data_count = 0
# 开启传感器
self.StartSensorSerial()
self.lock.acquire()
print(" Sensor Thread Started ")
self.lock.release()
while True:
# 生成数据
data_count = data_count + 1
# 原始信号
signal = math.sin(data_count) * 10
# 模拟噪声
noise = random.uniform(0, 5)
# 最终数据
data = int(signal + noise)
# 接收命令
cmd = self.RecvMasterCMD()
self.lock.acquire()
print(" Sensor Recv CMD : ",cmd)
self.lock.release()
# 根据命令进行相关操作
if cmd == SensorThread.STOP_CMD:
# 如果接收到停止命令,停止传感器
self.StopSensor()
self.lock.acquire()
# 输出提示信息
print("Sensor stop work !!!")
self.lock.release()
return
elif cmd == SensorThread.SENDID_CMD:
# 如果接收到发送ID命令,发送传感器ID号
self.SendSensorID()
elif cmd == SensorThread.SENDVALUE_CMD:
# 如果接收到发送数据命令,发送数据
self.SendSensorValue(data)
self.lock.acquire()
# 输出提示信息
print(" Sensor Send Data : ",data)
self.lock.release()
elif cmd == SensorThread.NONE_CMD:
self.lock.acquire()
# 如果没有接收到指令
print("Not Recv cmd!!!")
self.lock.release()
# 延时0.5s
time.sleep(0.5)
class PlotThread:
def __init__(self,lock,queue,simplequeue,wintitle:str="Basic plotting examples",plottitle:str="Updating plot",width:int=1000,height:int=600):
'''
用于初始化PlotThread类
:param wintitle: 窗口标题
:param plottitle: 图层标题
:param width: 窗口宽度
:param height: 窗口高度
'''
self.lock = lock
self.queue = queue
self.simplequeue = simplequeue
# Qt应用实例对象
self.app = None
# 窗口对象
self.win = None
# 设置窗口标题
self.title = wintitle
# 设置窗口尺寸
self.width = width
self.height = height
# 传感器数据
self.value = 0
# 存放滤波后数据
self.filtervalue = 0
# 计数变量
self.__count = 0
# 传感器数据缓存列表
self.valuelist = []
# 传感器滤波数据缓存列表
self.filtervaluelist = []
# 绘图曲线
self.curve = None
# 滤波后绘图曲线
self.filtercurve = None
# 图层对象
self.plotob = None
# 图层标题
self.plottitle = plottitle
# 定时器对象
self.timer = QtCore.QTimer()
# 定时时间
self.time = 0
# Qt应用和窗口初始化
self.appinit()
self.lock.acquire()
print(" PlotClass Object Init Complete ")
self.lock.release()
def appinit(self):
'''
用于qt应用程序初始化,添加窗口、曲线和图层
:return: None
'''
# 创建一个Qt应用,并返回该应用的实例对象
self.app = pg.mkQApp("Plotting Example")
# 生成多面板图形
# show:(bool) 如果为 True,则在创建小部件后立即显示小部件。
# title:(str 或 None)如果指定,则为此小部件设置窗口标题。
self.win = pg.GraphicsLayoutWidget(show=True, title=self.title)
# 设置窗口尺寸
self.win.resize(self.width, self.height)
# 进行窗口全局设置,setConfigOptions一次性配置多项参数
# antialias启用抗锯齿,useNumba对图像进行加速
pg.setConfigOptions(antialias=True, useNumba=True)
# 添加图层
self.plotob = self.win.addPlot(title=self.plottitle)
# 添加曲线
# 原始数据-黄色曲线
self.curve = self.plotob.plot(pen='y')
# 滤波后数据-红色曲线
self.filtercurve = self.plotob.plot(pen='r')
def GetValue(self,value,filtervalue):
'''
用于接收传感器数据,加入缓存列表
:param value: 传感器数据
:param filtervalue: 传感器滤波后数据
:return: None
'''
self.value = value
self.valuelist.append(self.value)
self.filtervalue = filtervalue
self.filtervaluelist.append(self.filtervalue)
def DataUpdate(self):
'''
用于定时进行曲线更新,这里模拟绘制正弦曲线
:return: None
'''
self.value = self.queue.get()
self.filtervalue = self.simplequeue.get()
self.GetValue(self.value,self.filtervalue)
# 将数据转化为图形
self.curve.setData(self.valuelist)
self.filtercurve.setData(self.filtervaluelist)
def SetUpdate(self,time:int = 100):
'''
设置定时更新任务
:param time: 定时的时间
:return: None
'''
# 定时器结束,触发DataUpdate方法
self.timer.timeout.connect(self.DataUpdate)
# 启动定时器
self.timer.start(time)
# 定时时间
self.time = time
# 进入主事件循环并等待
pg.exec()
class DateProcessClass():
def __init__(self, DateList: List[int], FilterLength: int):
self.DateList = DateList
self.FilterLength = FilterLength
self.TempList = [0] * (self.FilterLength)
def DateFilter(self) -> List:
# 遍历DateList
for index, value in enumerate(self.DateList):
# 把每个值都当成传入的新的传感器的值
NowValue = value
# 表示列表求和的变量
sum = 0
for i in range(self.FilterLength - 1):
# 实现列表的移位操作
self.TempList[i] = self.TempList[i + 1]
# 实现列表求和
sum += self.TempList[i]
self.TempList[self.FilterLength - 1] = NowValue
sum += self.TempList[self.FilterLength - 1]
# 求平均值
average = sum / self.FilterLength
# 将计算得到的平均值替换原始值
self.DateList[index] = average
# 计算完成后将TempList中元素清零
self.TempList = [0] * (self.FilterLength)
return average,self.DateList
def DateCalMax(self) -> int:
max_value = max(self.DateList)
return int(max_value)
def DateCalMin(self) -> int:
min_value = min(self.DateList)
return int(min_value)
if __name__ == "__main__":
# 创建互斥锁
lock = Lock()
# 创建消息队列
queue = Queue(5)
# 创建消息队列
simplequeue = SimpleQueue()
# 创建进程实例
m_process = MasterProcess(lock,queue,simplequeue,port = "COM17")
# 创建线程实例
s_thread = SensorThread(lock,port="COM11", id=0, state=SensorThread.WORK_MODE["RESPOND_MODE"])
# 创建绘图类实例
p_thread = PlotThread(lock,queue,simplequeue)
# 启动进程
m_process.start()
# 开启线程,start方法以并发方式执行
s_thread.start()
# 启动p_thread的定时任务
p_thread.SetUpdate(600)