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@Kazuya_Murakami

【Python】Arduino で温度センサーから室温を取得して画面に表示する（後編）

Posted at

前回の記事：【Python】Arduino で温度センサーから室温を取得して画面に表示する（前編） の続きです。

Python 側ではシリアル通信モジュールを利用して、USB シリアル通信から室温データを取得します。
取得は思ったよりも簡単でしたが、インターフェースが USB なのでデバイスの抜き差しに関するコーティングがそこそこ大変でした。

やりたいこと

  1. Arduino で温度センサーから室温を取得
  2. USB シリアル通信で RaspberryPi に室温データを送る
  3. Python で受信して画面に室温を表示する ← 今ここ！

後半で用意するもの

  • Arduino Duemilanove と温度センサー一式
  • Raspberry pi 3 Model B Rev 1.2 - Raspbian 9.6 (Stretch) - Python 3.5.3

こだわりポイント

  • 起動時に USB が挿さっていない（シリアル通信が行われていない）場合は気温表示を無効化
  • 表示中に USB が抜かれた場合は直ちに気温表示を無効化
  • USB が刺さった（シリアル通信が開始・再開した）場合は直ちに表示を有効化
  • USB はどのポートに挿しても問題なく認識する
  • そもそも USB 抜き差し程度の例外エラーで Python プログラムが止まることはあり得ない

GitHub（Version 3.1）

処理フロー

  1. プログラム開始
  2. デバイスがあるか検索
  3. シリアルポートを初期化（デバイスがあれば）
  4. 通信を開始し、約 1 秒ごとに気温を取得
  5. 通信を終了後にプログラム終了

プログラム開始

シリアル通信の状態を管理するため、変数 self.ser_init を定義します。
True のときは通信準備完了（通信中でない場合も含む）、False のときは通信準備中です。

sensor.py
# センサー表示クラス
class Sensor(Frame):
    # コンストラクタ
    def __init__(self, master):

        # 通信準備中
        self.ser_init=False

デバイスがあるか検索

dev_search() で RaspberryPi に接続中のデバイスリストを取得します。
その中から Arduino Duemilanove（FT232R USB UART）があればセンサーデバイス名（/dev/ttyUSBx）を返却します。該当するものが無ければ空白を返します。

参考：python の pyserial で 自動でarduino unoに接続する - Qiita

sensor_setting.py
# センサーデバイスを検索
def dev_search():
    dev=""

    # デバイスリストを取得
    devices=serial.tools.list_ports.comports()
    for device in devices:
        # センサーデバイス名を取得
        if device.usb_description()=="FT232R USB UART":
            dev=device[0]

    # センサーデバイス名を返却
    return dev

シリアルポートを初期化（デバイスがあれば）

dev_search() がデバイス名を返した場合はそのポートに接続を試みます。
問題なければ self.ser_init 変数を True にして通信準備完了状態に変更します。
例外エラー発生時は何もせず、次のタイミングで再接続を試みます。

また、通信中にデバイスが取り外された（通信準備完了かつ、認識されていない）場合は一旦接続を終了します。

sensor.py
# 表示を更新
def update(self):
    # センサーデバイスを探す
    dev=sensor_setting.dev_search()

    try:
        # 通信準備中かつ、センサーデバイスが OS に認識されている場合
        if not self.ser_init and dev!="":
            # シリアル通信の初期化
            self.ser=serial.Serial(dev, sensor_setting.bps, timeout=sensor_setting.timeout)

            # 通信準備完了
            self.ser_init=True

    # 例外時は何もしない
    except:
        pass

    # 通信準備完了かつ、認識されていない場合
    if dev=="" and self.ser_init:
        # シリアル通信を終了
        self.ser.close()

        # 通信準備中
        self.ser_init=False

通信を開始し、約 1 秒ごとに気温を取得

self.ser.open() により、通信中となります。
バッファから 1 行受信し、改行コード削除、utf-8 へ変換、整数値変換を経て画面に表示します。
例外エラー発生時は無効表示に切り替えます。

sensor.py
try:
    # シリアル通信を開始
    if self.ser.is_open==False:
        self.ser.open()
            
        # 1行受信（b'気温¥r¥n' の形式で受信）
        serval=self.ser.readline(self.ser.inWaiting())
            
        # 改行コードを削除（b'気温'）
        serval=serval.strip()
            
        # バイナリ形式から文字列に変換（気温）
        serval=serval.decode("utf-8")
            
        # 気温を更新
        self.wst2.configure(text="{0}°c".format(round(float(serval))))
        
# 例外時
except:
    # 気温表示を無効化
    self.wst2.configure(text="-°c")

# 1秒後に再表示
self.master.after(1000, self.update)

通信を終了後にプログラム終了

プログラム終了時にクラスが破棄されますが、その前にデストラクタが呼び出されます。
そのタイミングでシリアル通信を終了させます。

sensor.py
# デストラクタ
def __del__(self):
    # 通信準備完了の場合
    if self.ser_init:
        # シリアル通信を終了
        self.ser.close()

ソースコード全体

sensor.py
from tkinter import Tk, Frame, Label
import os
import sensor_setting
import serial
import sys
import time

# センサー表示クラス
class Sensor(Frame):
    # コンストラクタ
    def __init__(self, master):
        # 親クラスのコンストラクタ
        super().__init__(master, bg="white")

        # スペーサ（センサー表示上部の間隔調整）
        self.wsp=Label(self, bg="white")
        self.wsp.pack(pady=20)

        # 温度表示
        self.wst1=Label(self, text="気温", bg="white", font=("Sans", 20, "bold"))
        self.wst1.pack(anchor="e", padx=20, pady=5)

        self.wst2=Label(self, text="-°c", bg="lightblue", font=("Carlito", 40, "bold"))
        self.wst2.pack(anchor="e", padx=20)

        # 湿度表示
        self.wsh1=Label(self, text="湿度", bg="white", font=("Sans", 20, "bold"))
        self.wsh1.pack(anchor="e", padx=20, pady=5)

        self.wsh2=Label(self, text="-%", bg="silver", font=("Carlito", 40, "bold"))
        self.wsh2.pack(anchor="e", padx=20)

        # 気圧表示
        self.wsp1=Label(self, text="気圧", bg="white", font=("Sans", 20, "bold"))
        self.wsp1.pack(anchor="e", padx=20, pady=5)

        self.wsp2=Label(self, text="1013", bg="white", font=("Carlito", 40, "bold"))
        self.wsp2.pack(anchor="e", padx=20)

        # 通信準備中
        self.ser_init=False

    # デストラクタ
    def __del__(self):
        # 通信準備完了の場合
        if self.ser_init:
            # シリアル通信を終了
            self.ser.close()

    # 表示を更新
    def update(self):
        # センサーデバイスを探す
        dev=sensor_setting.dev_search()

        try:
            # 通信準備中かつ、センサーデバイスが OS に認識されている場合
            if not self.ser_init and dev!="":
                # シリアル通信の初期化
                self.ser=serial.Serial(dev, sensor_setting.bps, timeout=sensor_setting.timeout)

                # 通信準備完了
                self.ser_init=True

        # 例外時は何もしない
        except:
            pass

        # 通信準備完了かつ、認識されていない場合
        if dev=="" and self.ser_init:
            # シリアル通信を終了
            self.ser.close()

            # 通信準備中
            self.ser_init=False

        try:
            # シリアル通信を開始
            if self.ser.is_open==False:
                self.ser.open()

            # 1行受信（b'気温¥r¥n' の形式で受信）
            serval=self.ser.readline(self.ser.inWaiting())

            # 改行コードを削除（b'気温'）
            serval=serval.strip()

            # バイナリ形式から文字列に変換（気温）
            serval=serval.decode("utf-8")

            # 気温を更新
            self.wst2.configure(text="{0}°c".format(round(float(serval))))

        # 例外時
        except:
            # 気温表示を無効化
            self.wst2.configure(text="-°c")

        # 1秒後に再表示
        self.master.after(1000, self.update)

# 単独処理の場合
def main():
    # メインウィンドウ作成
    root=Tk()

    # メインウィンドウタイトル
    root.title("Sensor")

    # メインウィンドウサイズ
    root.geometry("1024x768")

    # メインウィンドウの最大化
    root.attributes("-zoom", "1")

    # 常に最前面に表示
    root.attributes("-topmost", True)

    # メインウィンドウの背景色
    root.configure(bg="white")

    # Sensor クラスのインスタンスを生成
    sensor=Sensor(root)

    # 画面に配置
    sensor.pack(expand=1, fill="y")

    # センサー表示の更新を開始（update メソッド呼び出し）
    sensor.update()

    # メインループ
    root.mainloop()

# import sensor による呼び出しでなければ単独処理 main() を実行
if __name__ == "__main__":
    main()
sensor_setting.py
from tkinter import Tk, messagebox
import serial.tools.list_ports
import sys

bps="9600"    # 通信速度は固定
timeout=None  # タイムアウトなし

# センサーデバイスを検索
def dev_search():
    dev=""

    # デバイスリストを取得
    devices=serial.tools.list_ports.comports()
    for device in devices:
        # センサーデバイス名を取得
        if device.usb_description()=="FT232R USB UART":
            dev=device[0]

    # センサーデバイス名を返却
    return dev

# import sensor_setting による呼び出しでなければ単独処理を実行
if __name__ == "__main__":
    # デバイスを検索
    dev=dev_search()

    # メッセージボックスだけ表示する
    root=Tk()
    root.withdraw()

    # 検索結果を表示
    if dev!="":
        messagebox.showinfo("結果", "センサーデバイス名：\n" + dev)
    else:
        messagebox.showerror("結果", "センサーデバイスが見つかりませんでした")

    # 終了
    sys.exit()

成果

IMG_1625.JPG
※湿度と気圧はダミー表示です。

課題

  • Python プログラムを複数プロセス同時に起動すると、古いプロセスが新しいプロセスにシリアル通信を奪われる
  • 秒単位で目紛しく気温が変わるので 1 分単位に丸めた方が良い？
  • エラー発生時の原因がわかりにくい
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