全网最适合入门的面向对象编程教程:11 类和对象的Python实现-子类调用父类方法-模拟串口传感器和主机
全网最适合入门的面向对象编程教程:11 类和对象的 Python 实现-子类调用父类方法-模拟串口传感器和主机
摘要:
本节课,我们主要讲解了在 Python 类的继承中子类如何进行初始化、调用父类的属性和方法,同时讲解了模拟串口传感器和主机类的具体实现,并使用 xcom 串口助手与两个类进行串口通信使用。
原文链接:
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https://github.com/leezisheng/Doc
本文档主要介绍如何使用 Python 进行面向对象编程,需要读者对 Python 语法和单片机开发具有基本了解。相比其他讲解 Python 面向对象编程的博客或书籍而言,本文档更加详细、侧重于嵌入式上位机应用,以上位机和下位机的常见串口数据收发、数据处理、动态图绘制等为应用实例,同时使用 Sourcetrail 代码软件对代码进行可视化阅读便于读者理解。
相关示例代码获取链接如下:https://github.com/leezisheng/Python-OOP-Demo
正文
模拟串口传感器和主机类的具体实现:
接下来看一下我们新建的两个类方法的具体实现,可以明确的是,SensorClass 和 MasterClass 都需要调用 SerialClass 类中有关串口收发的方法,也就是子类调用父类的方法,子类调用父类的方法有三种方式:
- 父类名.方法名(self):此时需要加上父类的类名前缀,且需要带上 self 参数变量。该方法单继承或多继承均适用。
- super(子类名,self).父类方法名()/super().父类方法名:使用 super()函数,但如果涉及多继承,该函数只能调用第一个直接父类的构造方法。
SensorClass 类的实现
(1)首先,我们将 SensorClass 中工作状态的对应字符表示和命令对应字符表示设置为类属性,什么意思?我们来看如下代码:
class SensorClass(SerialClass): _# 类变量:_ _# RESPOND_MODE-响应模式-0_ _# LOOP_MODE -循环模式-1_ RESPOND_MODE,LOOP_MODE = (0,1) _# 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)
类属性归类所有,与前面讲的实例属性不同,类属性就相当与全局变量,是实例对象共有的属性,类属性影响类的所有对象;而实例对象的属性为实例对象自己私有,实例属性只影响当前对象。类属性常用于存储常量、定义默认值或构造一个所有对象都能访问的缓存。
这里,我们定义了两种类属性:
RESPOND_MODE,LOOP_MODE = (0,1)
用于表示 SensorClass 不同工作模式。
START_CMD,STOP_CMD,SENDID_CMD,SENDVALUE_CMD = (0,1,2,3)
用于表示不同命令。
(2)在初始化中,我们调用父类初始化方法进行,同时可以在初始化 SensorClass 类时指定 id、state、port 三个参数。
def __init__(self,id:int = 0,state:int = RESPOND_MODE,port:str = "COM11"): # 调用父类的初始化方法,super() 函数将父类和子类连接 super().__init__(port) self.sensorvalue = 0 self.sensorid = id self.sensorstate = state
这里,实际上 SensorClass 类初始化的参数应该包括其他有关串口配置相关的参数(波特率、校验位、数据位、停止位),由于串口通信双方这些参数配置相同,这里为了方便讲解故而简化。
(3)模拟传感器上电初始化,在实际传感器上电过程中会完成校准、自检等操作,这里我们简单输出传感器状态和 ID 号:
_# 传感器上电初始化_ def InitSensor(self): _# 传感器上电初始化工作_ _# 同时输出ID号以及状态_ print("Sensor %d Init complete : %d"%(self.sensorid,self.sensorstate))
(4)在传感器使能和关闭方法中,我们开启或关闭串口并打印相关信息:
_# 开启传感器_ def StartSensor(self): super().OpenSerial() print("Sensor %d start serial %s "%(self.sensorid,self.dev.port)) _# 停止传感器_ def StopSensor(self): super().CloseSerial() print("Sensor %d close serial %s " % (self.sensorid, self.dev.port))
(5)在传感器发送 ID 号的方法中,我们调用了父类的 WriteSerial 方法:
_# 发送传感器ID号_ def SendSensorID(self): super().WriteSerial(str(self.sensorid)) print("Sensor %d send id "%self.sensorid)
(6)在传感器发送数据方法中,我们使用如下语句生成一个随机数:
_# 生成[1, 10]内的随机整数_ data = random.randint(1, 10)
注意,此方法需要使用 import random 语句导入 random 库。
同时调用父类的 WriteSerial 方法实现传感器数据的发送:
_# 发送传感器数据_ def SendSensorValue(self): _# 生成[1, 10]内的随机整数_ data = random.randint(1, 10) super().WriteSerial(str(data)) print("Sensor %d send data %d" % (self.sensorid,data))
(7)在传感器接收命令方法中,我们调用了父类的 ReadSerial 接收命令:
_# 接收主机指令_ def RecvMasterCMD(self): cmd = super().ReadSerial() print("Sensor %d recv cmd %d " % (self.sensorid,cmd)) return cmd
MasterClass 类的实现
(1)首先定义关于工作模式和命令的类属性:
class MasterClass(SerialClass): _# 类变量:_ _# BUSY_STATE -忙碌状态-0_ _# IDLE_STATE -空闲状态-1_ BUSY_STATE, IDLE_STATE = (0, 1) _# 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)
(2)在初始化函数中调用父类的初始化方法,并定义 valuequeue 和__masterstatue 属性:
_# 类的初始化_ def __init__(self,state:int = IDLE_STATE,port:str = "COM17"): _# 调用父类的初始化方法,super() 函数将父类和子类连接_ super().__init__(port) self.valuequeue = queue.Queue(10) self.__masterstatue = state
(3)在 StartMaster 方法中我们打开串口并使用 logging.info()方法输出调试信息:
_# 开启主机_ def StartMaster(self): super().OpenSerial() logging.info("START MASTER :"+self.dev.port)
这里,需要导入 logging 库并设置日志输出级别:
import logging _# 设置日志输出级别_ logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)
(4)关闭主机方法中调用父类的 CloseSerial 方法:
_# 停止主机_ def StopMaster(self): super().CloseSerial() logging.info("CLOSE MASTER :" + self.dev.port)
(5)如下调用父类的 ReadSerial 方法接收 ID 号和数据:
_# 接收传感器ID号_ def RecvSensorID(self): sensorid = super().ReadSerial() logging.info("MASTER RECIEVE ID : " + str(sensorid)) return sensorid _# 接收传感器数据_ def RecvSensorValue(self): data = super().ReadSerial() logging.info("MASTER RECIEVE DATA : " + str(data)) self.valuequeue.put(data) return data
(6)调用父类的 WriteSerial 方法发送指令:
_# 主机发送命令_ def SendSensorCMD(self,cmd): super().WriteSerial(str(cmd)) logging.info("MASTER SEND CMD : " + str(cmd))
(7)如下 RetMasterStatue 方法获取主机状态:
_# 主机返回工作状态-_ def RetMasterStatue(self): return self.__masterstatue
完整代码
以下为两个类的完整代码:
class SensorClass(SerialClass): _# 类变量:_ _# RESPOND_MODE -响应模式-0_ _# LOOP_MODE -循环模式-1_ RESPOND_MODE,LOOP_MODE = (0,1) _# 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) _# 类的初始化_ def __init__(self,port:str = "COM11",id:int = 0,state:int = RESPOND_MODE): _# 调用父类的初始化方法,super() 函数将父类和子类连接_ super().__init__(port) self.sensorvalue = 0 self.sensorid = id self.sensorstate = state _# 传感器上电初始化_ def InitSensor(self): _# 传感器上电初始化工作_ _# 同时输出ID号以及状态_ print("Sensor %d Init complete : %d"%(self.sensorid,self.sensorstate)) _# 开启传感器_ def StartSensor(self): super().OpenSerial() print("Sensor %d start serial %s "%(self.sensorid,self.dev.port)) _# 停止传感器_ def StopSensor(self): super().CloseSerial() print("Sensor %d close serial %s " % (self.sensorid, self.dev.port)) _# 发送传感器ID号_ def SendSensorID(self): super().WriteSerial(str(self.sensorid)) print("Sensor %d send id "%self.sensorid) _# 发送传感器数据_ def SendSensorValue(self): _# 生成[1, 10]内的随机整数_ data = random.randint(1, 10) super().WriteSerial(str(data)) print("Sensor %d send data %d" % (self.sensorid,data)) _# 接收主机指令_ def RecvMasterCMD(self): cmd = super().ReadSerial() print("Sensor %d recv cmd %d " % (self.sensorid,cmd)) return cmd class MasterClass(SerialClass): _# 类变量:_ _# BUSY_STATE -忙碌状态-0_ _# IDLE_STATE -空闲状态-1_ BUSY_STATE, IDLE_STATE = (0, 1) START_CMD, STOP_CMD, SENDID_CMD, SENDVALUE_CMD = (0, 1, 2, 3) _# 类的初始化_ def __init__(self,state:int = IDLE_STATE,port:str = "COM17"): _# 调用父类的初始化方法,super() 函数将父类和子类连接_ super().__init__(port) self.valuequeue = queue.Queue(10) self.__masterstatue = state _# 开启主机_ def StartMaster(self): super().OpenSerial() logging.info("START MASTER :"+self.dev.port) _# 停止主机_ def StopMaster(self): super().CloseSerial() logging.info("CLOSE MASTER :" + self.dev.port) _# 接收传感器ID号_ def RecvSensorID(self): sensorid = super().ReadSerial() logging.info("MASTER RECIEVE ID : " + str(sensorid)) return sensorid _# 接收传感器数据_ def RecvSensorValue(self): data = super().ReadSerial() logging.info("MASTER RECIEVE DATA : " + str(data)) self.valuequeue.put(data) return data _# 主机发送命令_ def SendSensorCMD(self,cmd): super().WriteSerial(str(cmd)) logging.info("MASTER SEND CMD : " + str(cmd)) _# 主机返回工作状态-_ def RetMasterStatue(self): return self.__masterstatue
模拟实例
这里,我们使用 XCOM 软件和我们的 Python 程序进行交互。
传感器实验模拟
这里,我们首先在主函数中创建传感器对象,完成初始化后使能传感器中串口模块,并设置循环,轮询读取指令并执行操作,示例代码如下:
if __name__ == "__main__": _# 创建传感器对象_ s = SensorClass(port="COM11", id=1, state=SensorClass.RESPOND_MODE) _# 初始化传感器_ s.InitSensor() _# 传感器开启_ s.StartSensor() while True: _# 根据不同指令执行不同操作_ cmd = s.RecvMasterCMD() _# START_CMD, STOP_CMD, SENDID_CMD, SENDVALUE_CMD = (0, 1, 2, 3)_ if cmd == SensorClass.SENDID_CMD: s.SendSensorID() elif cmd == SensorClass.SENDVALUE_CMD: s.SendSensorValue() elif cmd == SensorClass.STOP_CMD: s.StopSensor() break print(" Sensor Stop Work!")
我们来看一下实际验证效果:
主机实验模拟
这里,我们首先在主函数中创建并开启主机对象,我们的 xcom 模拟传感器,主机在轮询中发送接收数据指令,并将接收的数据加入主机类的队列,最后发送停机命令,并关闭主机。
if __name__ == "__main__": m = MasterClass(state=MasterClass.IDLE_STATE, port="COM17") m.StartMaster() _# START_CMD, STOP_CMD, SENDID_CMD, SENDVALUE_CMD = (0, 1, 2, 3)_ _# 发送指令,获取传感器ID_ m.SendSensorCMD(MasterClass.SENDID_CMD) m.RecvSensorID() for i in range(3): _# 发送指令,获取传感器数据_ m.SendSensorCMD(MasterClass.SENDVALUE_CMD) m.RecvSensorValue() m.SendSensorCMD(MasterClass.STOP_CMD) m.StopMaster() print("Master Stop Work!")
这里我们将主机日志打印到文件中:
_# 在配置下日志输出目标文件和日志格式_ LOG_FORMAT = "%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s" logging.basicConfig(filename='my.log', level=logging.DEBUG, format=LOG_FORMAT)
我们来看一下实际验证效果:
可以看到两个实验都可以完整运行,关于两个类的交互工作,我们将在后续多线程中讲到。
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