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。

文档和代码获取：

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。

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：