基于Python的激光傳感器參數設置與調試軟件設計

摘" 要：當前復雜多變的客戶應用場景，對激光傳感器參數配置的靈活性和故障診斷的效率提出了更高的要求，該文設計一種基于Python和Pyqt的激光傳感器參數設置與調試軟件。該軟件可讓技術支持工程師在客戶現場根據不同的應用場景寫入定制的參數配置，并可通過通信對激光傳感器進行調試和故障分析。實際測試表明，軟件可以成功讀取和修改激光傳感器的參數配置，并通過通信對其進行調試和故障分析，從而滿足客戶應用場景多樣化的需求。

關鍵詞：激光傳感器; 上位機軟件; 參數設置; Python; Pyqt

中圖分類號：TP319""""" 文獻標志碼：A""""""""" 文章編號：2095-2945（2025）04-0114-04

Abstract： The current complex and ever-changing customer application scenarios have put forward higher requirements for the flexibility of laser sensor parameter configuration and the efficiency of fault diagnosis. This article designs a laser sensor parameter setting and debugging software based on Python and Pyqt. This software allows technical support engineers to write customized parameter configurations based on different application scenarios at customer sites， and can debug and analyze laser sensors through communication. Actual testing has shown that the software can successfully read and modify the parameter configuration of laser sensors， and debug and analyze them through communication， thereby meeting the diverse needs of customer application scenarios.

Keywords： laser sensor; PC software; parameter settings; Python; Pyqt

激光傳感器是通過激光技術進行數據測量采集的傳感器，其由激光發射器、激光檢測器及測量電路組成，可實現遠距離無接觸測量，具備數據采集精度高、抗電干擾能力較強的特點[1]。

在實際應用中，由于客戶現場使用場景復雜多變，給激光傳感器的硬件軟件設計、現場的故障診斷提出了更高的要求[2]。為提高激光傳感器的通用性，軟硬件進行了模塊化設計，在非易失存儲器中創建可配置參數。針對不同的客戶應用場景，設置不同的配置參數（例如網絡名稱、網絡地址等），有效提高激光傳感器在應用中的作業效率[3]，從而覆蓋更多客戶應用場景，提高了產品的通用性。

隨著技術的發展，激光傳感器開始具備網絡通信功能。在客戶應用場景中，往往包含多個激光傳感器，這就要求在同一個網絡中的各個激光傳感器的網絡名稱、網絡地址均不相同，因此配置參數也各不相同。

針對不同客戶應用場景定制不同的配置參數，傳統的做法是在產品生產環節，向激光傳感器燒錄程序的同時寫入定制的配置參數[4]。然而上述做法有以下幾個不足：第一，增加了生產的復雜性和產品的生產時間，降低了產能；第二，存在配置參數管理問題，若寫入錯誤的配置參數則會影響客戶使用，嚴重時甚至會遭到客戶投訴。

對于客戶現場的故障診斷，傳統的做法是技術支持工程師按劃定范圍逐步測量輸入和輸出信號進行故障分析和排查[5]。該做法存在以下幾點不足：其一，排查問題需耗費大量時間，效率較低；其二，所測量的信號并非故障發生時的信號，不利于故障分析。

綜上，本文設計了基于Python和Pyqt的激光傳感器參數設置與調試軟件。通過該軟件，技術支持工程師可在客戶現場根據具體的應用場景對激光傳感器設置相應的配置參數，一方面滿足了應用場景需求，另一方面簡化了產品生產流程，縮短生產時間，同時避免了由于寫入錯誤配置參數導致客戶投訴的問題；此外，在進行故障診斷時，可通過該軟件讀取存儲在激光傳感器內部的故障碼以及歷史運行數據，從而更加客觀和高效地進行故障分析和排查，有利于快速發現問題，解決問題。

1" 系統組成

系統結構圖如圖1所示。激光傳感器由發射器、接收器和核心嵌入式電路板組成[6]，電路板由電源模塊將220VAC轉換成24VDC進行供電，電路板通過RS-232和網絡透傳芯片進行通信，網絡透傳芯片通過TCP/IP與上位機進行通信。

運行的上位機的參數設置與調試軟件，可通過TCP/IP向激光傳感器發送配置參數查詢命令，讀取到所有配置參數后，可在上位機對配置參數進行修改，并通過發送配置參數修改命令，修改激光傳感器中的配置參數。此外，上位機軟件可通過TCP/IP向激光傳感器發送預定義的測試命令，讀取傳感器內部存儲的故障碼和實時運行信息。

2" 上位機軟件設計

2.1" 軟件功能設計

軟件功能設計如圖2所示。從圖2中可知，使用軟件的角色有3種：技術支持工程師、生產工程師和現場用戶。3種角色通過賬號密碼方式登錄；使用角色可通過軟件搜索與PC機連接的所有的激光傳感器設置，點擊其中的一個設備即可讀取該激光傳感器的參數，在上位機修改參數并寫入到激光傳感器中；參數配置結束后，可對該激光傳感器進行故障診斷，首先進行網絡調試設置，然后按照激光傳感器的協議發送調試數據，接收返回的調試數據并進行分析。

2.2 整體架構設計

程序采用Python+Pyqt進行開發。軟件界面是通過Pyqt工具包搭建的，Pyqt是一個用于創建GUI應用程序的跨平臺工具包，可將Python與Qt庫融為一體[7]。軟件整體架構圖如圖3所示。

Main.py中的Class：MainWindowApp為主程序入口，負責全局Signal信號的控制和處理，軟件前端部分（界面）調用了MainWindowLogic.py的WidgetLogic負責各控件UI顯示處理以及控件的邏輯處理，WidgetLogic調用了UI/NetToolsUI.py的Ui_MainWindow負責純UI界面全部控件與布局以及UI圖片、圖標的顯示；軟件后臺部分調用了Network/__init__.py中的NetworkLogic對網絡進行初始化和配置，該模塊分別調用了Network/Tcp.py中的TcpLogic實現了TCP的服務器端和客戶端通信功能，調用了Network/Udp.py中的UdpLogic實現了UDP的服務器端和客戶端通信功能，調用了Network/NetModuleConfig.py中的NetModuleCfg實現了網絡設備搜索、獲取網絡設備配置、恢復網絡設備出廠設置等功能。

2.3" 軟件界面設計

軟件界面原型圖如圖4所示。從右上方的菜單處可以點擊“用戶登錄”進行3種角色權限的登錄，不同的角色顯示不同的功能區域，最高權限的技術支持工程師的用戶界面，該權限可訪問所有的功能區域。首先可選擇上位機的網絡適配器；然后點擊“搜索設備”按鈕查找與該網絡適配器連接的所有網絡設備（激光傳感器）并顯示在設備列表中；雙擊設備列表中的“設備”，既可讀取該設備中的所有配置參數并顯示在“基礎設備”和“端口1”中；在界面中手動修改設備參數并點擊“配置設備參數”按鈕，即可將新的配置參數寫入網絡設備（激光傳感器）。

更新配置參數完畢，可在“網絡調試設置”中選擇相應的網絡適配器，根據激光傳感器配置參數中的“網絡模式”，選擇上位機相對應的“協議類型”“本地端口”“目標IP”和“目標端口”，點擊“連接”按鈕即可完成上位機與激光傳感器的網絡連接，在“網絡發送區”中按照激光傳感器的應用協議發送相應命令，即可讀取存儲在激光傳感器中的故障碼、歷史運行信息，以及讀取和更新應用配置參數。

2.4" 軟件流程設計

軟件流程圖如圖5所示。由圖5可知，用戶首先選擇網絡適配器，然后搜索與該網絡適配器連接的所有激光傳感器（網絡設備），雙擊設備列表中的設備名稱讀取所有配置參數并顯示，修改界面中對應的參數并寫入激光傳感器，最后通過TCP/UDP向激光傳感器讀取故障碼和歷史運行信息，以及讀取和更新應用配置參數。

NetModuleConfig.py實現網絡配置相關功能，包括設備搜索/獲取配置/配置/恢復出廠配置，配置數據格式轉換/處理/交互。其核心的NetModuleCfg代碼如圖6所示。

3" 測試結果與分析

3.1" 測試環境搭建

樣機的測試環境如圖7所示。

激光傳感器由直流電源模塊供24 V直流電，傳感器通過網絡透傳模塊與上位機進行通信。上位機通過參數設置與調試軟件向激光傳感器發送相關命令，實現修改配置參數，讀取故障碼和歷史運行信息等。

3.2" 測試結果及分析

激光傳感器參數設置與調試軟件功能測試共包含以下部分：角色登錄、網絡設備搜索、配置參數讀取、更新配置參數、TCP/UDP網絡連接、激光傳感器應用層協議通信。測試結果見表1。

測試實際界面如圖8所示。以技術支持工程師角色登錄后，上位機連接一個激光傳感器，軟件能夠成功搜索出該設備并顯示在設備列表中，雙擊列表中的設備，成功顯示所有配置參數。修改設備名為“BEA Flatscan”，設備IP從“192.168.1.100”修改為“192.168.2.200”點擊“配置設備參數”，成功寫入并回讀，在界面下方顯示“設備配置成功并重啟完成”。在“網絡調試助手”中按照激光傳感器的配置參數，設置上位機對應的網絡設置并成功連接，界面下方顯示“網絡狀態：TCP Server”，在網絡發送區發送讀取故障碼、歷史運行信息命令、讀取和修改應用配置參數命令，網絡接收區中成功收到激光傳感器所回復的故障碼、歷史運行信息以及更新后的應用配置參數反饋信息。

4" 結束語

本文設計開發了一種基于Python和Pyqt的激光傳感器參數設置與調試軟件。該軟件可通過網絡與激光傳感器進行通信，并通過通信讀取激光傳感器的配置參數并進行修改；可根據激光傳感器的網絡配置參數，靈活選擇TCP或UDP進行連接，向激光傳感器發送相應命令讀取故障碼和實時運行信息，并讀取和修改應用配置參數。實驗證明，采用該軟件可以讓激光傳感器適用于更多的客戶應用場景，進一步滿足客戶需求。同時簡化激光傳感器的生產流程，縮短了生產時間，提高了產能，并避免在生產環節寫入錯誤的配置參數導致客戶投訴的問題。

參考文獻：

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[4] 吳德剛，趙利平，陳乾輝.基于激光傳感器的農業機械控制器設計[J].激光雜志，2024，45（2）：234-238.

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[6] 張佳，韓健，韓金玉.邏輯回歸模型下激光傳感器網絡安全態勢感知[J].激光雜志，2024，45（2）：174-180.

[7] 楊之杰，林雪剛，阮杰.基于CNN網絡的手寫體數字識別系統的實現[J].智能計算機與應用，2023，13（4）：158-162.