如何用python写上位机

如何用Python写上位机

使用Python写上位机的关键步骤包括：选择合适的通信协议、使用适当的图形用户界面库、实现数据采集与处理、实现数据展示与控制。 其中，选择合适的通信协议是最基础也是最关键的一步，因为上位机需要与下位机进行数据通信。接下来，我们将详细介绍如何用Python编写上位机程序。

一、选择合适的通信协议

在编写上位机之前，首先需要确定与下位机的通信协议。常见的通信协议包括串口通信、TCP/IP通信和USB通信等。

1、串口通信

串口通信是最常见的一种通信方式，尤其是在嵌入式系统中。Python提供了一个非常方便的库pySerial来实现串口通信。

import serial
打开串口
ser = serial.Serial('COM3', 9600, timeout=1)
发送数据
ser.write(b'Hello, World!')
接收数据
data = ser.readline()
关闭串口
ser.close()

2、TCP/IP通信

如果上位机和下位机通过网络连接，TCP/IP通信是一个不错的选择。Python内置的socket库可以用来实现TCP/IP通信。

import socket
创建一个TCP/IP套接字
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
连接到服务器
server_address = ('localhost', 10000)
sock.connect(server_address)
try:
    # 发送数据
    message = 'This is the message. It will be repeated.'
    sock.sendall(message.encode())
    # 接收数据
    data = sock.recv(1024)
    print('Received', repr(data))
finally:
    # 关闭套接字
    sock.close()

二、使用适当的图形用户界面库

为了让上位机具有良好的用户交互体验，我们需要为其设计一个图形用户界面（GUI）。Python有多个GUI库可供选择，其中最常用的是Tkinter、PyQt和wxPython。

1、Tkinter

Tkinter是Python的标准GUI库，适合于简单的图形界面开发。

import tkinter as tk
def send_command():
    command = entry.get()
    ser.write(command.encode())
创建主窗口
root = tk.Tk()
root.title("上位机")
创建输入框和按钮
entry = tk.Entry(root)
entry.pack()
button = tk.Button(root, text="发送", command=send_command)
button.pack()
运行主循环
root.mainloop()

2、PyQt

PyQt是一个功能非常强大的GUI库，适合于复杂的图形界面开发。

from PyQt5 import QtWidgets
import sys
class MainWindow(QtWidgets.QMainWindow):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.initUI()
    def initUI(self):
        self.setWindowTitle('上位机')
        self.setGeometry(100, 100, 800, 600)
        self.entry = QtWidgets.QLineEdit(self)
        self.entry.setGeometry(50, 50, 200, 30)
        self.button = QtWidgets.QPushButton('发送', self)
        self.button.setGeometry(270, 50, 100, 30)
        self.button.clicked.connect(self.send_command)
    def send_command(self):
        command = self.entry.text()
        ser.write(command.encode())
if __name__ == '__main__':
    app = QtWidgets.QApplication(sys.argv)
    main_window = MainWindow()
    main_window.show()
    sys.exit(app.exec_())

三、实现数据采集与处理

数据采集是上位机的核心功能之一。无论是从串口还是网络接收数据，数据采集的基本流程是相似的：打开通信端口、接收数据、处理数据。

1、串口数据采集

import serial
def read_data():
    while True:
        data = ser.readline()
        process_data(data)
def process_data(data):
    # 在这里处理接收到的数据
    print(data)
打开串口
ser = serial.Serial('COM3', 9600, timeout=1)
启动数据采集
read_data()

2、网络数据采集

import socket
def read_data():
    while True:
        data = sock.recv(1024)
        process_data(data)
def process_data(data):
    # 在这里处理接收到的数据
    print(data)
创建一个TCP/IP套接字
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
连接到服务器
server_address = ('localhost', 10000)
sock.connect(server_address)
启动数据采集
read_data()

四、实现数据展示与控制

数据展示与控制是上位机的另一个重要功能。常见的数据展示方式包括折线图、柱状图和实时波形图等。Python有多个数据可视化库可以选择，其中matplotlib和PyQtGraph是最常用的两个。

1、matplotlib

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
fig, ax = plt.subplots()
xdata, ydata = [], []
ln, = plt.plot([], [], 'r-')
def init():
    ax.set_xlim(0, 10)
    ax.set_ylim(0, 100)
    return ln,
def update(frame):
    xdata.append(frame)
    ydata.append(frame*2)  # 假设数据是frame的两倍
    ln.set_data(xdata, ydata)
    return ln,
ani = animation.FuncAnimation(fig, update, frames=range(10), init_func=init, blit=True)
plt.show()

2、PyQtGraph

import pyqtgraph as pg
from pyqtgraph.Qt import QtGui, QtCore
import numpy as np
app = QtGui.QApplication([])
win = pg.GraphicsWindow(title="上位机")
plot = win.addPlot(title="实时数据")
curve = plot.plot()
data = np.random.normal(size=100)
ptr = 0
def update():
    global curve, data, ptr
    data[:-1] = data[1:]
    data[-1] = np.random.normal()
    curve.setData(data)
    ptr += 1
timer = QtCore.QTimer()
timer.timeout.connect(update)
timer.start(50)
QtGui.QApplication.instance().exec_()

五、综合实例

最后，我们将上述各个部分整合在一起，完成一个完整的上位机程序。这个程序将使用PyQt创建图形界面，使用pySerial实现串口通信，并使用matplotlib进行数据展示。

from PyQt5 import QtWidgets
import serial
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
import sys
class MainWindow(QtWidgets.QMainWindow):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.initUI()
        self.ser = serial.Serial('COM3', 9600, timeout=1)
    def initUI(self):
        self.setWindowTitle('上位机')
        self.setGeometry(100, 100, 800, 600)
        self.entry = QtWidgets.QLineEdit(self)
        self.entry.setGeometry(50, 50, 200, 30)
        self.button = QtWidgets.QPushButton('发送', self)
        self.button.setGeometry(270, 50, 100, 30)
        self.button.clicked.connect(self.send_command)
        self.figure, self.ax = plt.subplots()
        self.canvas = FigureCanvas(self.figure)
        self.setCentralWidget(self.canvas)
        self.xdata, self.ydata = [], []
        self.ln, = self.ax.plot([], [], 'r-')
        self.ani = animation.FuncAnimation(self.figure, self.update_plot, init_func=self.init_plot, blit=True)
    def send_command(self):
        command = self.entry.text()
        self.ser.write(command.encode())
    def read_data(self):
        data = self.ser.readline()
        self.process_data(data)
    def process_data(self, data):
        self.xdata.append(len(self.xdata))
        self.ydata.append(float(data))
        self.ln.set_data(self.xdata, self.ydata)
        self.ax.relim()
        self.ax.autoscale_view()
    def init_plot(self):
        self.ax.set_xlim(0, 10)
        self.ax.set_ylim(0, 100)
        return self.ln,
    def update_plot(self, frame):
        self.read_data()
        return self.ln,
if __name__ == '__main__':
    app = QtWidgets.QApplication(sys.argv)
    main_window = MainWindow()
    main_window.show()
    sys.exit(app.exec_())

通过以上步骤，我们已经完成了一个基本的上位机程序。这个程序使用Python的多个库来实现不同的功能，包括串口通信、图形界面和数据可视化。根据实际需求，你可以进一步扩展和优化这个程序，比如增加数据存储、报警功能等。对于项目管理和团队协作，推荐使用研发项目管理系统PingCode和通用项目管理软件Worktile来提高效率。

如何用python写上位机

一、选择合适的通信协议

1、串口通信

打开串口

发送数据

接收数据

关闭串口

2、TCP/IP通信

创建一个TCP/IP套接字

连接到服务器