基于UDP实现的虚拟路灯
项目目标
使用UDP通信协议，创建虚拟路灯。具备多个虚拟路灯的终端，一个UDP Server服务器，通过UDP通信协议将设备相连，并实现虚拟路灯上的数据向服务端的传输、以及服务端可对虚拟路灯终端设备进行远程控制灯的开关。
设计与实现
使用语言：Python
界面设计：Pyqt5、Pyqt5 Designer、Pyuic
客户端设计思路：
- 使用Pyqt5 Designer工具先进行界面设计，这是一款图形化的工具，可以方便的得到我们想要的界面效果，并支持通过
Ctrl+R进行实时预览，完成后有会生成一个UI文件，使用Pyuic工具即可以将UI文件转换成py文件 - 定义函数生成随机数据，可以再客户端的界面进行展示
- 在Pyqt5的界面代码中给按钮添加信号，点击则开始相关的功能函数
- 定义工作函数，将生成的数据通过UDP的方式发送到Server
- 由于在Pyqt5所运行的线程中无法使用，否则界面会卡死，需要引入多线程编程，将UDP接收函数在一个单独的线程上运行
服务端设计思路：
- 使用Pyqt5 Designer工具先进行界面设计，这是一款图形化的工具，可以方便的得到我们想要的界面效果，并支持通过
Ctrl+R进行实时预览，完成后有会生成一个UI文件，使用Pyuic工具即可以将UI文件转换成py文件 - 定义Pyqt5对界面的展示信号，以及对按钮的信号设置
- 发包函数，以用于对客户端的开关灯信号的发送
- 由于在Pyqt5所运行的线程中无法使用，否则界面会卡死，需要引入多线程编程，将UDP接收函数在一个单独的线程上运行
测试与结果
客户端与三个服务端展示
点击服务端开始接收，客户端开始工作；再点击客户端工作按钮，客户端开始工作
分别点击服务端的停止按钮，服务端会停止工作
此时点击服务端的开机按钮，服务端会向所有的终端发出开灯指令
开灯指令在服务端接收后会返回一个数据包给服务端，只有在服务端收到这个客户端返回的数据包，证明传输成功，这样来实现可靠传输。
点击关灯按钮，所有设备关闭，但保留了接收远程信号的功能
总结与展望
这是第一次对程序制作操作界面，从刚开始的磕磕绊绊，到逐渐理解，到完成程序，中途遇见了很多的坑，也学到了很多。开始明白了界面实际是将某种固件在特定的位置点上进行展示，以及按钮的一些使用方法；也明白了界面也是一个程序，但是不能与循环同时运行的原因。这次大作业锻炼了我的编程能力，让我自己在自我解决问题的方面迈出了一大步，网络上的资源很多，我们要学会充分利用。
相关源代码
客户端UI
服务端UI
客户端源代码
| # -*- coding: utf-8 -*- | |
| # Form implementation generated from reading ui file 'Light_Client.ui' | |
| # | |
| # Created by: PyQt5 UI code generator 5.15.4 | |
| # | |
| # WARNING: Any manual changes made to this file will be lost when pyuic5 is | |
| # run again. Do not edit this file unless you know what you are doing. | |
| import random | |
| import sys | |
| import threading | |
| import time | |
| import socket | |
| from multiprocessing.connection import Client | |
| from PyQt5 import QtCore, QtGui, QtWidgets | |
| from PyQt5.QtCore import QThread | |
| #Port是本设备的监听地址，服务端默认三个设备是 设备三8887 设备二8888 设备一8889 三个端口，如有需要可以自行修改 | |
| #使用不同的Port端口值即可新建一个设备 | |
| IP = '127.0.0.1' | |
| Port = '8889' | |
| # 创建套接字类，便于后期的套接字的使用 | |
| class Client: | |
| client_socket = None | |
| def __init__(self): | |
| self.initialize_socket() | |
| def initialize_socket(self): | |
| # 创建套接字 | |
| self.clientsocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) | |
| # PYQT界面的设计代码 | |
| class Ui_MainWindow(object): | |
| def setupUi(self, MainWindow): | |
| MainWindow.setObjectName("MainWindow") | |
| MainWindow.resize(597, 489) | |
| self.centralwidget = QtWidgets.QWidget(MainWindow) | |
| self.centralwidget.setObjectName("centralwidget") | |
| # 第一个标签 写了 温度显示 | |
| self.label = QtWidgets.QLabel(self.centralwidget) | |
| self.label.setGeometry(QtCore.QRect(130, 70, 71, 31)) | |
| self.label.setObjectName("label") | |
| # 第二个标签 写了湿度显示 | |
| self.label_2 = QtWidgets.QLabel(self.centralwidget) | |
| self.label_2.setGeometry(QtCore.QRect(290, 70, 81, 31)) | |
| self.label_2.setObjectName("label_2") | |
| # 第三个标签 写了照度显示 | |
| self.label_3 = QtWidgets.QLabel(self.centralwidget) | |
| self.label_3.setGeometry(QtCore.QRect(450, 70, 71, 31)) | |
| self.label_3.setObjectName("label_3") | |
| # LCD显示器 显示温度数据 | |
| self.lcdNumber_WenDu = QtWidgets.QLCDNumber(self.centralwidget) | |
| self.lcdNumber_WenDu.setGeometry(QtCore.QRect(110, 110, 91, 31)) | |
| self.lcdNumber_WenDu.setObjectName("lcdNumber_WenDu") | |
| # LCD显示器 显示照度数据 | |
| self.lcdNumber_ZhaoDu = QtWidgets.QLCDNumber(self.centralwidget) | |
| self.lcdNumber_ZhaoDu.setGeometry(QtCore.QRect(430, 110, 91, 31)) | |
| self.lcdNumber_ZhaoDu.setObjectName("lcdNumber_ZhaoDu") | |
| # LCD显示器 显示湿度数据 | |
| self.lcdNumber_ShiDu = QtWidgets.QLCDNumber(self.centralwidget) | |
| self.lcdNumber_ShiDu.setGeometry(QtCore.QRect(270, 110, 91, 31)) | |
| self.lcdNumber_ShiDu.setObjectName("lcdNumber_ShiDu") | |
| # 第四个标签 显示了灯工作状态的解释 | |
| self.label_4 = QtWidgets.QLabel(self.centralwidget) | |
| self.label_4.setGeometry(QtCore.QRect(180, 270, 301, 41)) | |
| self.label_4.setObjectName("label_4") | |
| # 文本框 用于展示当前设备的IP地址 | |
| self.IP_Display = QtWidgets.QTextBrowser(self.centralwidget) | |
| self.IP_Display.setGeometry(QtCore.QRect(110, 320, 161, 31)) | |
| self.IP_Display.setObjectName("IP_Display") | |
| self.IP_Display.setText(IP + ":" + Port) | |
| # 第五个标签 展示了IP字样 | |
| self.label_5 = QtWidgets.QLabel(self.centralwidget) | |
| self.label_5.setGeometry(QtCore.QRect(150, 360, 101, 31)) | |
| self.label_5.setObjectName("label_5") | |
| # 开始工作的按钮 触发则进入到工作状态 | |
| self.Start = QtWidgets.QPushButton(self.centralwidget) | |
| self.Start.setGeometry(QtCore.QRect(310, 330, 75, 23)) | |
| self.Start.setObjectName("Start") | |
| # 停止工作按钮 触发则停止工作 | |
| self.Stop = QtWidgets.QPushButton(self.centralwidget) | |
| self.Stop.setGeometry(QtCore.QRect(410, 330, 75, 23)) | |
| self.Stop.setObjectName("Stop") | |
| # 中央灯状态表示区 | |
| self.frame = QtWidgets.QFrame(self.centralwidget) | |
| self.frame.setGeometry(QtCore.QRect(220, 190, 120, 80)) | |
| self.frame.setFrameShape(QtWidgets.QFrame.StyledPanel) | |
| self.frame.setFrameShadow(QtWidgets.QFrame.Raised) | |
| self.frame.setStyleSheet("background-color:black") | |
| self.frame.setObjectName("frame") | |
| # MainWindow.setCentralWidget(self.centralwidget) | |
| self.menubar = QtWidgets.QMenuBar(MainWindow) | |
| self.menubar.setGeometry(QtCore.QRect(0, 0, 597, 22)) | |
| self.menubar.setObjectName("menubar") | |
| # MainWindow.setMenuBar(self.menubar) | |
| self.statusbar = QtWidgets.QStatusBar(MainWindow) | |
| # ----------------------按钮触发方法的设置----------------------------------------- | |
| # 开始按钮点击则启动start_work | |
| self.Start.clicked.connect(self.start_work) | |
| self.Stop.clicked.connect(self.stop_work) | |
| # 关闭按钮则启动stop_work | |
| # ----------------------按钮触发方法的设置----------------------------------------- | |
| self.statusbar.setObjectName("statusbar") | |
| # MainWindow.setStatusBar(self.statusbar) | |
| self.retranslateUi(MainWindow) | |
| QtCore.QMetaObject.connectSlotsByName(MainWindow) | |
| # 设置所有的组件上的文字 | |
| def retranslateUi(self, MainWindow): | |
| _translate = QtCore.QCoreApplication.translate | |
| MainWindow.setWindowTitle(_translate("MainWindow", "MainWindow")) | |
| self.label.setText(_translate("MainWindow", "温度显示")) | |
| self.label_2.setText(_translate("MainWindow", "湿度显示")) | |
| self.label_3.setText(_translate("MainWindow", "照度显示")) | |
| self.label_4.setText(_translate("MainWindow", "红色状态为正常工作 蓝色状态为关闭")) | |
| self.label_5.setText(_translate("MainWindow", "设备IP地址")) | |
| self.Start.setText(_translate("MainWindow", "工作")) | |
| self.Stop.setText(_translate("MainWindow", "停止")) | |
| # 开灯函数，在随机生成数据并显示的同时做到了向Server发包并启动了UDP的接收代码 | |
| def start_work(self): | |
| # 数据处理，随机生成温度湿度照度数据并显示 | |
| self.frame.setStyleSheet("background-color:red") | |
| WenDu = random.randint(1, 100) | |
| ShiDu = random.randint(1, 100) | |
| ZhaoDu = random.randint(1, 100) | |
| self.lcdNumber_WenDu.display(WenDu) | |
| self.lcdNumber_ShiDu.display(ShiDu) | |
| self.lcdNumber_ZhaoDu.display(ZhaoDu) | |
| # 创建套接字 向8080服务器所在的端口进行UDP数据包的发送 | |
| self.client = Client() | |
| self.client.initialize_socket() | |
| # 发送的数据除了三个传感器数据外并带上了自己监控的接收端口 | |
| message = str(WenDu) + ' ' + str(ShiDu) + " " + str(ZhaoDu) + " " + Port | |
| self.client.clientsocket.sendto(message.encode("utf8"), ('127.0.0.1', 8080)) | |
| # flag用于保证循环接收不会启动第二次，导致端口占用的报错 | |
| # 开启一次则不再进行开启 | |
| global flag | |
| if flag == 0: | |
| # 使用一个新的线程进行接收的操作 | |
| get_Thred = threading.Thread(target=getter) | |
| get_Thred.start() | |
| flag = 1 | |
| # stop实质停止所有的数据，则将显示的数据置零 | |
| def stop_work(self): | |
| # while (1): | |
| self.frame.setStyleSheet("background-color:blue") | |
| self.lcdNumber_WenDu.display(0) | |
| self.lcdNumber_ShiDu.display(0) | |
| self.lcdNumber_ZhaoDu.display(0) | |
| # 接收端函数 占用一个端口进行循环接收UDP数据包 | |
| def getter(): | |
| udp_getter = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) | |
| udp_getter.bind(('127.0.0.1', int(Port))) | |
| while 1: | |
| message, addr = udp_getter.recvfrom(1024) | |
| sig = message.decode('utf-8') | |
| # print(sig) | |
| # 对数据包内部的内容进行判断，判断完成后执行相应的操作 | |
| if sig == '1': | |
| ui.start_work() | |
| elif sig == '0': | |
| ui.stop_work() | |
| if __name__ == "__main__": | |
| sig = "" | |
| flag = 0 | |
| app = QtWidgets.QApplication(sys.argv) | |
| widget = QtWidgets.QWidget() | |
| ui = Ui_MainWindow() | |
| ui.setupUi(widget) | |
| widget.show() | |
| sys.exit(app.exec_()) |
服务端源代码
| # -*- coding: utf-8 -*- | |
| # Form implementation generated from reading ui file 'Light_Server.ui' | |
| # | |
| # Created by: PyQt5 UI code generator 5.15.4 | |
| # | |
| # WARNING: Any manual changes made to this file will be lost when pyuic5 is | |
| # run again. Do not edit this file unless you know what you are doing. | |
| #服务端默认三个设备是 设备三8887 设备二8888 设备一8889 三个端口，如有需要可以自行修改 | |
| import socket | |
| import sys | |
| import threading | |
| import time | |
| from PyQt5 import QtCore, QtGui, QtWidgets | |
| from PyQt5.QtCore import QThread | |
| # PYQT界面代码部分 | |
| class Ui_MainWindow(object): | |
| def setupUi(self, MainWindow): | |
| MainWindow.setObjectName("MainWindow") | |
| MainWindow.resize(800, 600) | |
| self.centralwidget = QtWidgets.QWidget(MainWindow) | |
| self.centralwidget.setObjectName("centralwidget") | |
| self.show_shebei1 = QtWidgets.QTextBrowser(self.centralwidget) | |
| self.show_shebei1.setGeometry(QtCore.QRect(30, 70, 501, 41)) | |
| self.show_shebei1.setObjectName("show_shebei1") | |
| self.show_shebei3 = QtWidgets.QTextBrowser(self.centralwidget) | |
| self.show_shebei3.setGeometry(QtCore.QRect(30, 210, 501, 41)) | |
| self.show_shebei3.setObjectName("show_shebei3") | |
| self.show_shebei2 = QtWidgets.QTextBrowser(self.centralwidget) | |
| self.show_shebei2.setGeometry(QtCore.QRect(30, 140, 501, 41)) | |
| self.show_shebei2.setObjectName("show_shebei2") | |
| self.labal_shebei1 = QtWidgets.QLabel(self.centralwidget) | |
| self.labal_shebei1.setGeometry(QtCore.QRect(250, 41, 54, 21)) | |
| self.labal_shebei1.setObjectName("labal_shebei1") | |
| self.label_shebei2 = QtWidgets.QLabel(self.centralwidget) | |
| self.label_shebei2.setGeometry(QtCore.QRect(250, 112, 54, 31)) | |
| self.label_shebei2.setObjectName("label_shebei2") | |
| self.label_shebei3 = QtWidgets.QLabel(self.centralwidget) | |
| self.label_shebei3.setGeometry(QtCore.QRect(250, 180, 54, 31)) | |
| self.label_shebei3.setObjectName("label_shebei3") | |
| self.textBrowser_shujubao = QtWidgets.QTextBrowser(self.centralwidget) | |
| self.textBrowser_shujubao.setGeometry(QtCore.QRect(70, 280, 256, 192)) | |
| self.textBrowser_shujubao.setObjectName("textBrowser_shujubao") | |
| self.start_light = QtWidgets.QPushButton(self.centralwidget) | |
| self.start_light.setGeometry(QtCore.QRect(600, 110, 75, 23)) | |
| self.start_light.setStyleSheet("background-color:red") | |
| self.start_light.setObjectName("start_light") | |
| self.stop_light = QtWidgets.QPushButton(self.centralwidget) | |
| self.stop_light.setGeometry(QtCore.QRect(600, 160, 75, 23)) | |
| self.stop_light.setStyleSheet("background-color:yellow") | |
| self.stop_light.setObjectName("stop_light") | |
| self.label = QtWidgets.QLabel(self.centralwidget) | |
| self.label.setGeometry(QtCore.QRect(150, 490, 181, 20)) | |
| self.label.setObjectName("label") | |
| self.Stop_All = QtWidgets.QPushButton(self.centralwidget) | |
| self.Stop_All.setGeometry(QtCore.QRect(420, 360, 201, 51)) | |
| self.Stop_All.setStyleSheet("background-color:White") | |
| self.Stop_All.setObjectName("Stop_All") | |
| # MainWindow.setCentralWidget(self.centralwidget) | |
| self.menubar = QtWidgets.QMenuBar(MainWindow) | |
| self.menubar.setGeometry(QtCore.QRect(0, 0, 800, 22)) | |
| self.menubar.setObjectName("menubar") | |
| # MainWindow.setMenuBar(self.menubar) | |
| self.statusbar = QtWidgets.QStatusBar(MainWindow) | |
| self.statusbar.setObjectName("statusbar") | |
| # MainWindow.setStatusBar(self.statusbar) | |
| # ----------------------------------------------------------------- | |
| # 按钮触发部分 | |
| # Stop_all按钮连接的是开始接收按钮 | |
| self.Stop_All.clicked.connect(self.start) | |
| # start_light连接的是开灯按钮 启动light_up函数 | |
| self.start_light.clicked.connect(self.light_up) | |
| # stop_light连接的是关灯按钮 启动lightdown函数 | |
| self.stop_light.clicked.connect(self.light_down) | |
| # self.Stop_All.clicked.connect(self.stop_all) | |
| # 按钮触发部分 | |
| # ----------------------------------------------------------------- | |
| self.retranslateUi(MainWindow) | |
| QtCore.QMetaObject.connectSlotsByName(MainWindow) | |
| # 对每一个部件上面设置显示的文字 | |
| def retranslateUi(self, MainWindow): | |
| _translate = QtCore.QCoreApplication.translate | |
| MainWindow.setWindowTitle(_translate("MainWindow", "MainWindow")) | |
| self.labal_shebei1.setText(_translate("MainWindow", "设备一")) | |
| self.label_shebei2.setText(_translate("MainWindow", "设备二")) | |
| self.label_shebei3.setText(_translate("MainWindow", "设备三")) | |
| self.start_light.setText(_translate("MainWindow", "开灯")) | |
| self.stop_light.setText(_translate("MainWindow", "关灯")) | |
| self.label.setText(_translate("MainWindow", "数据包列表")) | |
| self.Stop_All.setText(_translate("MainWindow", "开始接收")) | |
| # 开始一个新的线程作为对8080端口的监听 | |
| def start(self): | |
| get_Thred = threading.Thread(target=getter) | |
| get_Thred.start() | |
| # 对设备一的设备相关信息进行显示 | |
| def dayin1(self): | |
| # print(str(get)) | |
| self.show_shebei1.append(get) | |
| # print(str(get)) | |
| # 对设备二的设备相关信息进行显示 | |
| def dayin2(self): | |
| # print(str(get)) | |
| self.show_shebei2.append(get) | |
| # print(str(get)) | |
| # 对设备三的设备相关信息进行显示 | |
| def dayin3(self): | |
| # print(str(get)) | |
| self.show_shebei3.append(get) | |
| # print(str(get)) | |
| # 对数据包的发送与接收进行显示，显示的量是一个全局变量bag，如果需要显示则先修改bag再进行函数的调用 | |
| def dayin4(self): | |
| # 有一个问题：不知道为什么在跨线程的调用中，似乎只有append方法起作用，原本的setText并没有起作用 | |
| self.textBrowser_shujubao.append(bag) | |
| # 通过UDP发包向所有设备的地址分别发送开灯的数据包，设备接收到会调用开灯的函数，相当于执行一次开灯 | |
| def light_up(self): | |
| udp_up = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) | |
| mes = str(1) | |
| udp_up.sendto(mes.encode("utf8"), ('127.0.0.1', 8889)) | |
| udp_up.sendto(mes.encode("utf8"), ('127.0.0.1', 8888)) | |
| udp_up.sendto(mes.encode("utf8"), ('127.0.0.1', 8887)) | |
| global bag | |
| time.sleep(0.2) | |
| bag = "向所有设备发出开灯数据包" | |
| self.dayin4() | |
| # 通过UDP发包向所有设备的地址分别发送关灯的数据包，设备接收到会调用关灯的函数，相当于执行一次关灯 | |
| def light_down(self): | |
| udp_down = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) | |
| mes = str(0) | |
| udp_down.sendto(mes.encode("utf8"), ('127.0.0.1', 8889)) | |
| udp_down.sendto(mes.encode("utf8"), ('127.0.0.1', 8888)) | |
| udp_down.sendto(mes.encode("utf8"), ('127.0.0.1', 8887)) | |
| global bag | |
| time.sleep(0.2) | |
| bag = "向所有设备发出关灯数据包" | |
| self.dayin4() | |
| # 启动新的线程进行 While 循环来确保能够接收到设备发来的UDP包 | |
| def getter(): | |
| udp_getter = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) | |
| udp_getter.bind(('127.0.0.1', 8080)) | |
| while 1: | |
| message, addr = udp_getter.recvfrom(1024) | |
| global get | |
| global bag | |
| temp = message.decode('utf-8') | |
| temp = str(temp) | |
| new = temp.split() | |
| # 对发送来的包进行鉴别，判断出数据包来自哪里并读取处理其中的内容，调用相关的方法显示在数据包列表和相关的设备列表 | |
| if new[3] == '8889': | |
| # 来自8889设备 | |
| # 处理数据显示区域的显示 | |
| get = "设备一：" + "温度为" + new[0] + " 湿度为" + new[1] + " 照度为" + new[2] | |
| ui.dayin1() | |
| # 处理数据包显示区的信息 | |
| bag = "来自" + new[3] + "的数据包" | |
| ui.dayin4() | |
| elif new[3] == '8888': | |
| # 来自8888设备 | |
| # 处理数据显示区的数据 | |
| get = "设备二：" + "温度为" + new[0] + " 湿度为" + new[1] + " 照度为" + new[2] | |
| ui.dayin2() | |
| # 处理数据包显示区域的数据 | |
| bag = "来自" + new[3] + "的数据包" | |
| ui.dayin4() | |
| elif new[3] == '8887': | |
| # 来自8887设备 | |
| # 处理数据显示区的设备 | |
| get = "设备三：" + "温度为" + new[0] + " 湿度为" + new[1] + " 照度为" + new[2] | |
| ui.dayin3() | |
| # 处理数据包显示区的显示数据 | |
| bag = "来自" + new[3] + "的数据包" | |
| ui.dayin4() | |
| else: | |
| bag = "来自" + new[3] + "的未知设备" + new[3] | |
| ui.dayin4() | |
| if __name__ == "__main__": | |
| get = "" | |
| bag = "" | |
| app = QtWidgets.QApplication(sys.argv) | |
| widget = QtWidgets.QWidget() | |
| ui = Ui_MainWindow() | |
| ui.setupUi(widget) | |
| widget.show() | |
| sys.exit(app.exec_()) |