LattePanda 项目之 P2.2 起飞条件检测系统（CLI & GUI）

前言

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本文使用Markdown写成，为获得更好的阅读体验和正常的链接、图片显示，请访问我的博客原文：

http://www.cnblogs.com/sjqlwy/p/lattepanda_pyui.html

本文测试环境：LattePanda：Windows 10 x64；Arduino 1.8.2；Python 3.6 + pyFirmata；TeamViewer 12|TightVNC C&S；host：Windows 7 x64

影响飞机飞行的六大气象因素

来自中国天气网：http://www.weather.com.cn/science/qxbk/jt/09/392758.shtml

云	能见度
颠簸	结冰

目前，我们可以获取气压、风力、云层、能见度等方面的数据，而四轴飞行器属于低空飞行，并不会受颠簸、结冰影响。为此，我们设计如下：

1. 通过在线天气预报API获取当前天气、风力、气压、能见度等信息；以及次日天气状况并进行判断
2. 获取传感器数据显示当前环境状况（由于缺少专业传感器，未来会连接气象站套件、购置新传感器、连接其他MCU获取气压等数据）
3. 显示结果：

• 终端程序（CLI）：Python Shell|Windows Command Prompt
• 图形界面（GUI）：图形程序或网页界面（Web Interface）
• 物理面板：使用LCD液晶屏、物理按钮、LED灯等指示起飞条件状态

获取天气条件（输入）

天气预报API

最简便且准确的途径就是获取天气预报啦，这里我们可以使用国内外诸多网站提供的服务API，可以在百度API Store查找使用各种免费收费服务。之前用过Yahoo、Weather等的API，这次无意中发现github上网友TonnyL整理的Awesome_APIs 列表，非常棒，感谢TonnyL，有可能的话大家可以去star或者捐赠。

我们选择中央天气预报(非官方) 这个API，首先数据准确，其次使用异常简单。

使用方法讲得很清楚，数据格式为json，如果不进行格式化，输出结果如下：

其中\uXXXX为JS string，虽然有很多小工具如curl、httpie配合json格式化工具可以完成解码，但是为了后续拓展方便，我们使用Python + requests库来实现数据获取与处理。

获取天气状况

测试环境：Python 3.6.1 for Windows；pyFirmata 1.0.3 (pyserial needed)；requests 2.14.2

代码如下：

#!/usr/bin/env python3

#-*utf-8*-

import requests

def get_weather():

    # use api from https://github.com/jokermonn/-Api/blob/master/CenterWeather.md

    weather = requests.get('http://tj.nineton.cn/Heart/index/all',params = 'city=CHJS070000')

    return weather.json()

status = get_weather()['status']

cond = get_weather()['weather'][0]['now']

tomorrow = get_weather()['weather'][0]['future'][1]

if status == 'OK':

	print("********当前天气********")

	print("当前城市：{0}\n当前天气状况: {1}\n温度: {2} ℃\n风向: {3}\n风速: {4} m/s\n风力大小: {5}\n空气湿度: {6}\n能见度: {7} km\n气压: {8} hPa".format(get_weather()['weather'][0]['city_name'], cond['text'], cond['temperature'], cond['wind_direction'], cond['wind_speed'], cond['wind_scale'], cond['humidity'], cond['visibility'], cond['pressure']))

	print("********明日天气********")

	print("明日天气情况：{0}\n风力大小：{1}".format(tomorrow["text"], tomorrow['wind']))

	if '雨' not in tomorrow['text']:

		affordable_wind = ('风力0级', '风力1级', '风力2级', '风力3级', '风力4级')

		if tomorrow['wind'] in affordable_wind:

			# 后续加入字体颜色

			print("明日适宜飞行！")

			# 绿灯亮

	else:

		# 后续加入字体颜色

		print('明日不宜飞行！')

		# 红灯亮

else:

	print('failed to fetch weather condition of XuZhou!')

执行效果如下：

注意：

获取传感器数据与物理按钮控制

前文LattePanda 之深入学习 Firmata通讯有所介绍，我们这里先用简单的pyFirmata库进行演示模拟、数字传感器读写。最终效果为：读取光敏传感器、温湿度传感器数据进行显示（模拟、数字传感器读取），并且根据天气预报情况判断明日天气条件是否可以起飞，如果可以，则绿色led亮5s，否则红色led亮5s（数字写入）。未来加入物理大黄按钮进行控制（数字读取）。代码如下：

from pyfirmata import Arduino, util

from time import sleep

# 初始化串口

board = Arduino('COM5')

print("********传感器数据********")

it = util.Iterator(board)

it.start()

board.analog[0].enable_reporting()

sleep(1) # 缓冲时间

# 待补充DHT11以及校准光敏传感器

print("环境亮度：{0}\n环境温度：{1}\n环境湿度：{2}\n".format(board.analog[0].read(), "N/A", "N/A"))

board.analog[0].disable_reporting()

# 绿灯亮

board.digital[9].write(1)

sleep(5)

board.digital[9].write(0)

# 红灯亮

board.digital[10].write(1)

sleep(5)

board.digital[10].write(0)

注意：

【APRS气象站套件（带风速计、风向仪、雨量器）】

整合两个功能，即可以得到命令行界面版控制界面完整源码：

Graphics User Interface

前面搞定了CLI界面，基本功能实现了，但是此时的我想起来v2ex上一个段子：

所以我们准备为地面站系统做一个图形界面。用惯了CLI界面，对图形界面设计编程这个新领域学习了一番，收获颇丰，记录如下。

计划中的地面控制站包括网页版用户交互界面（屏幕软件交互）+物理控制面板（按钮LED交互）。

Windows下的桌面软件开发

• 快手 aardio| 国人出品，专注于桌面软件快速开发，功能强大，永久免费，不过存在一些争议，名词也从AAuto改成了aardio。相关文章：快手软件存在哪些优点和不足？ 、桌面程序开发语言选择易语言还是快手aauto 、 AAuto为何更名为aardio？ 。后续有时间准备学学看。
• C#|Windows桌面程序开发非常给力，然而我没学
• electron | Build cross platform desktop apps with JavaScript, HTML, and CSS。我不会网页那些东西
• Qt | 跨平台，文档众多。Linux下的KDE桌面环境就是基于Qt做出来的，还针对嵌入式系统推出了一个Qt Lite。即使有Qt Design，然而学习成本依然高，需要花时间去学习。
• Visual Basic | 也支持Firmata协议。

因为比较熟悉Python，所以后续以它为例。在v2ex.com上搜索了一下：如果 Python 硬要写桌面应用，该如何是好？

已有的Python GUI库方案

• tkinter|难看，接口也难用。适合小玩意
• wxPython | 还阔以
• PyQt | 资料多，依赖复杂
• REMI | Python REMote Interface library. Platform independent. In about 100 Kbytes, perfect for your diet.
• Kivy | Open source Python library for rapid development of applicationsthat make use of innovative user interfaces, such as multi-touch apps.
• Ironpython | IronPython is an open-source implementation of the Python programming language which is tightly integrated with the .NET Framework.
• Gooey | Turn (almost) any Python command line program into a full GUI application with one line

最终我们选择REMI库来开发图形界面版程序。主要看中依赖少、身材小巧、上手容易、跨平台能力强等。

REMI

既然有了那么多优秀的GUI库，为什么还要创建一个呢，作者是这样回答的：

私以为其他优点包括扩拓展性强，方便外网访问等。我们可以看到REMI目前可实现的控件演示：

包括按钮、文本框、标签、输入对话框、列表、图片、表格、滑动条、颜色选择器、日期、文件选择对话框、菜单栏、菜单选项、视频播放等控件。具体用法可以参考doc 和examples文件夹里的内容。

最后推荐一个好用的Python IDE——PyCharm：

安装与hello_DFROBOT!

REMI项目主页：https://github.com/dddomodossola/remi

安装方法很简单，如上文所述：Win+R——cmd——python -m pip install remi，也可以pip install remi，注意需要管理员身份运行。另外新建的文件名不要和待加载的模块名相同（比如remi.py），否则会提示ModuleNotFoundError: No module named remi之类的错误（别问我怎么知道的。。。）。我们新建一个文件如remi_demo.py，代码如下：

import remi.gui as gui

from remi import start, App

class Hello_DFRobot(App):

    def __init__(self, *args):

        super(Hello_DFRobot, self).__init__(*args)

    def main(self):

        container = gui.VBox(width = 120, height = 100)

        self.lbl = gui.Label('DFROBOT')

        self.bt = gui.Button('Press me!')

        # setting the listener for the onclick event of the button

        self.bt.set_on_click_listener(self.on_button_pressed)

        # appending a widget to another, the first argument is a string key

        container.append(self.lbl)

        container.append(self.bt)

        # returning the root widget

        return container

    # listener function

    def on_button_pressed(self, widget):

        self.lbl.set_text('Drive the Future!')

        self.bt.set_text('Button pressed!')

# starts the webserver

start(Hello_DFRobot)

效果如图所示：

运行后会自动打开一个网页，点击按钮，按钮和标签文字都会改变。这里简单讲解一下，详细的可以看官方doc文档和examples示例。

我们下面将会结合

• requests库获取天气

• pyFirmata库与Arduino交互

• remi库作为图形显示

REMI editor

相信很多人都用过Visual Basic、Qt Designer这种可视化的用户界面设计工具，而REMI也有类似的，而且是使用remi本身实现的，就在editor文件夹里，具体使用说明参考其下的README.md文件，说明比较简略，这里详述如下：

安装好相关依赖库之后，运行editor.py (我这里是用的PyCharm IDE打开运行的)。

GUI 来了！

然后GUI又走了！表示这太丑了，自己也看不下去。。。遂弃用。决定回头仔细看看文档再重新来过。