前言
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http://www.cnblogs.com/sjqlwy/p/lattepanda_pyui.html
本文測試環境：LattePanda：Windows 10 x64；Arduino 1.8.2；Python 3.6 + pyFirmata；TeamViewer 12|TightVNC C&S；host：Windows 7 x64
影響飛機飛行的六大氣象因素
來自中國天氣網：http://www.weather.com.cn/science/qxbk/jt/09/392758.shtml
| 氣壓 | 風 |
|---|---|
| 雲 | 能見度 |
| 顛簸 | 結冰 |
目前，我們可以獲取氣壓、風力、雲層、能見度等方面的數據，而四軸飛行器屬於低空飛行，並不會受顛簸、結冰影響。為此，我們設計如下：
- 通過在線天氣預報API獲取當前天氣、風力、氣壓、能見度等信息；以及次日天氣狀況並進行判斷
- 獲取傳感器數據顯示當前環境狀況（由於缺少專業傳感器，未來會連接氣象站套件、購置新傳感器、連接其他MCU獲取氣壓等數據）
- 顯示結果：
- 終端程序（CLI）：Python Shell|Windows Command Prompt
- 圖形界面（GUI）：圖形程序或網頁界面（Web Interface）
- 物理面板：使用LCD液晶屏、物理按鈕、LED燈等指示起飛條件狀態
獲取天氣條件（輸入）
天氣預報API
最簡便且准確的途徑就是獲取天氣預報啦，這里我們可以使用國內外諸多網站提供的服務API，可以在百度API Store查找使用各種免費收費服務。之前用過Yahoo、Weather等的API，這次無意中發現github上網友TonnyL整理的Awesome_APIs 列表，非常棒，感謝TonnyL，有可能的話大家可以去star或者捐贈。
我們選擇中央天氣預報(非官方) 這個API，首先數據准確，其次使用異常簡單。
使用方法講得很清楚，數據格式為json，如果不進行格式化，輸出結果如下：
其中\uXXXX為JS string，雖然有很多小工具如curl、httpie配合json格式化工具可以完成解碼，但是為了后續拓展方便，我們使用Python + requests庫來實現數據獲取與處理。
獲取天氣狀況
測試環境：Python 3.6.1 for Windows；pyFirmata 1.0.3 (pyserial needed)；requests 2.14.2
代碼如下：
#!/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("********當前天氣********")
print("當前城市：{0}\n當前天氣狀況: {1}\n溫度: {2} ℃\n風向: {3}\n風速: {4} m/s\n風力大小: {5}\n空氣濕度: {6}\n能見度: {7} km\n氣壓: {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("********明日天氣********")
print("明日天氣情況：{0}\n風力大小：{1}".format(tomorrow["text"], tomorrow['wind']))
if '雨' not in tomorrow['text']:
affordable_wind = ('風力0級', '風力1級', '風力2級', '風力3級', '風力4級')
if tomorrow['wind'] in affordable_wind:
# 后續加入字體顏色
print("明日適宜飛行！")
# 綠燈亮
else:
# 后續加入字體顏色
print('明日不宜飛行！')
# 紅燈亮
else:
print('failed to fetch weather condition of XuZhou!')
執行效果如下：
注意：
- 注意Python2和Python3的語法上稍有區別，建議閱讀廖雪峰的Python教程和免費的《A Byte of Python3(中文版)》這本書。
- requests庫簡單易用，內置json格式化功能。雖然還有許多其他更輕巧的庫或者工具可以使用，但是使用優美的requests庫可以降低學習成本，並為后續網絡爬蟲等的學習打下基礎。
- 請參考該api的json返回示例，注意字典
{}和序列[]，《A Byte of Python3(中文版)》有專門的講解。- 這里推薦使用字符串的format()方法進行格式化輸出。
- params = 'city=CHJS070000'以我家徐州為例，具體城市代碼參考作者提供的數據庫文件
- 因為計算機都是業余愛好，所以代碼質量相當低，歡迎指正提建議。
- 當服務端 (Server)和客戶端 (Viewer)都使用TightVNC時，可以直接進行文字復制黏貼，但是我這里中文會出現亂碼，可能是兩個文件編碼不同也可能是TightVNC內置編碼問題，不過使用文件傳輸功能沒亂碼。
- 后續准備增加適宜和不適宜起飛的字體顏色，由於Windows和Linux的實現有所不同，考慮可移植性，暫時不進行功能整合。可以參考Python實現Windows CMD命令行彩色輸出和Python 命令行輸出的顏色設置 。
獲取傳感器數據與物理按鈕控制
前文LattePanda 之深入學習 Firmata通訊有所介紹，我們這里先用簡單的pyFirmata庫進行演示模擬、數字傳感器讀寫。最終效果為：讀取光敏傳感器、溫濕度傳感器數據進行顯示（模擬、數字傳感器讀取），並且根據天氣預報情況判斷明日天氣條件是否可以起飛，如果可以，則綠色led亮5s，否則紅色led亮5s（數字寫入）。未來加入物理大黃按鈕進行控制（數字讀取）。代碼如下：
from pyfirmata import Arduino, util
from time import sleep
# 初始化串口
board = Arduino('COM5')
print("********傳感器數據********")
it = util.Iterator(board)
it.start()
board.analog[0].enable_reporting()
sleep(1) # 緩沖時間
# 待補充DHT11以及校准光敏傳感器
print("環境亮度：{0}\n環境溫度：{1}\n環境濕度：{2}\n".format(board.analog[0].read(), "N/A", "N/A"))
board.analog[0].disable_reporting()
# 綠燈亮
board.digital[9].write(1)
sleep(5)
board.digital[9].write(0)
# 紅燈亮
board.digital[10].write(1)
sleep(5)
board.digital[10].write(0)
注意：
- 請填寫正確的串口編號
- 使用第三方
StandardFirmataPlus固件是出現問題，led點亮后無法熄滅，重新燒錄官方StandardFirmata固件后回復正常，等待重新驗證問題。- 操作模擬端口時，建議啟動一個迭代器線程進行處理，否則開發板會持續向串口發送數據，直到串口溢出。更多例子及使用方法請參考官方
tests.py- 開啟reporting后請延時后讀取模擬量，否則可能獲取不到傳感器數值；另外單次讀取完畢請disable，不然也會一直發送數據（Tx白色指示燈常亮）
- 后續使用pyMata-aio取代pyFirmata庫，它支持最新的firmata協議，使用異步，並且可以自動檢測Arduino串口。
- A9、A10分別接綠色、紅色LED。
【APRS氣象站套件（帶風速計、風向儀、雨量器）】
整合兩個功能，即可以得到命令行界面版控制界面完整源碼：
Graphics User Interface
前面搞定了CLI界面，基本功能實現了，但是此時的我想起來v2ex上一個段子：
原先 PM 將一個用的人少的運維管理頁面（ web application ） JAVA web 給我用 Python 做，期待做成小工具。后來我想給客戶的東西總不能沒有界面吧，就用 bat 擼了一個。
客戶：握草，這界面？！還墨綠色？
我：恩，目前是這樣
客戶：這滾動的怎么像黑客一樣？！！
我：。。。
所以我們准備為地面站系統做一個圖形界面。用慣了CLI界面，對圖形界面設計編程這個新領域學習了一番，收獲頗豐，記錄如下。
計划中的地面控制站包括網頁版用戶交互界面（屏幕軟件交互）+物理控制面板（按鈕LED交互）。
Windows下的桌面軟件開發
- 快手 aardio| 國人出品，專注於桌面軟件快速開發，功能強大，永久免費，不過存在一些爭議，名詞也從AAuto改成了aardio。相關文章：快手軟件存在哪些優點和不足？ 、桌面程序開發語言選擇易語言還是快手aauto 、 AAuto為何更名為aardio？ 。后續有時間准備學學看。
- C#|Windows桌面程序開發非常給力，然而我沒學
- electron | Build cross platform desktop apps with JavaScript, HTML, and CSS。我不會網頁那些東西
- Qt | 跨平台，文檔眾多。Linux下的KDE桌面環境就是基於Qt做出來的，還針對嵌入式系統推出了一個Qt Lite。即使有Qt Design，然而學習成本依然高，需要花時間去學習。
- Visual Basic | 也支持Firmata協議。
因為比較熟悉Python，所以后續以它為例。在v2ex.com上搜索了一下：如果 Python 硬要寫桌面應用，該如何是好？
已有的Python GUI庫方案
- tkinter|難看，接口也難用。適合小玩意
- wxPython | 還闊以
- PyQt | 資料多，依賴復雜
- 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
最終我們選擇REMI庫來開發圖形界面版程序。主要看中依賴少、身材小巧、上手容易、跨平台能力強等。
Python2 與 Python3 :
因為Python2即將結束支持。使用Python的原因是因為簡單方便，庫多不用重復造輪子，跨平台，功能強大。運行效率其實已經不是最優先的考慮要求啦，畢竟不是嵌入式設備。之前也學過Visual Basic、C、Linux Shell，但是用上Python之后立即愛上了，此外也有現成優秀的庫支持Firmata協議。
REMI
既然有了那么多優秀的GUI庫，為什么還要創建一個呢，作者是這樣回答的：
Why another GUI lib?
Kivy, PyQT and PyGObject all require native code for the host operating system, which means installing or compiling large dependencies. Remi needs only a web browser to show your GUI.Kivy，PyQT，PyGobject都需要安裝編譯大量依賴才能在宿主機上原生運行，而Remi僅需要網頁瀏覽器就可以顯示GUI界面了。
Do I need to know HTML?
NO, It is not required, you have to code only in Python.僅需要會使用Python編程，而不用學習了解HTML（超文本標記語言，網頁開發語言）就可以進行開發。
私以為其他優點包括擴拓展性強，方便外網訪問等。我們可以看到REMI目前可實現的控件演示：
包括按鈕、文本框、標簽、輸入對話框、列表、圖片、表格、滑動條、顏色選擇器、日期、文件選擇對話框、菜單欄、菜單選項、視頻播放等控件。具體用法可以參考doc 和examples文件夾里的內容。
最后推薦一個好用的Python IDE——PyCharm：
安裝與hello_DFROBOT!
REMI項目主頁：https://github.com/dddomodossola/remi
安裝方法很簡單，如上文所述：Win+R——cmd——python -m pip install remi，也可以pip install remi，注意需要管理員身份運行。另外新建的文件名不要和待加載的模塊名相同（比如remi.py），否則會提示ModuleNotFoundError: No module named remi之類的錯誤（別問我怎么知道的。。。）。我們新建一個文件如remi_demo.py，代碼如下：
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)
效果如圖所示：
運行后會自動打開一個網頁，點擊按鈕，按鈕和標簽文字都會改變。這里簡單講解一下，詳細的可以看官方doc文檔和examples示例。
我們下面將會結合
-
requests庫獲取天氣
-
pyFirmata庫與Arduino交互
-
remi庫作為圖形顯示
REMI editor
相信很多人都用過Visual Basic、Qt Designer這種可視化的用戶界面設計工具，而REMI也有類似的，而且是使用remi本身實現的，就在editor文件夾里，具體使用說明參考其下的README.md文件，說明比較簡略，這里詳述如下：
安裝好相關依賴庫之后，運行editor.py (我這里是用的PyCharm IDE打開運行的)。
注意：
- 某個控件的響應可以在左下角signal connections里面設置。
- 雖然Web界面具有極大的跨平台優勢，但是由於存在諸多瀏覽器、平台、屏幕大小分辨率，仍有可能設計出的界面在其他上面顯示不全，所以仍要了解一些基本HTML常識
- ☆網頁制作的層絕對定位和相對定位：一般選中主widget，右下角最后設置
position為absolute絕對定位(相對於瀏覽器左上角)，其他widget中的控件設置為relative相對定位，然后在Geometry里設置坐標。- 菜單欄
Project Config可以設置項目的一些基本屬性（支持中文項目名稱），設計完畢后，點擊File->Save YourApp->Save As即可保存界面代碼，並在隨后的程序中使用。
GUI 來了！
然后GUI又走了！表示這太丑了，自己也看不下去。。。遂棄用。決定回頭仔細看看文檔再重新來過。