背景

我们在一些工业产品中使用树莓派替代了PLC和上位机，并借助树莓派的算力将AI和机器视觉引入工业领域。

以前的产品都不存在动作机构，仅仅将结果输出到指示灯、蜂鸣器或者显示器上，没有安全隐患，

现在引入了动作机构，需要根据结果驱动设备执行一定的动作，动作机构的引入，增加了产品的安全隐患，比如可能会夹手，撞机等。为此我们需要设计额外的保护程序，其中最重要的是急停功能的实现。

要求

急停信号优先级最高，任何情况下按下急停都应该马上停止

问题分析

动作机构由24V供电，急停开关串联在电源上，可以做到开关按下后，动作机构断电。（急停开关都带有锁定机构，按下后不会弹起，会保持按下状态）
树莓派独立于动作机构供电，急停开关按下后，树莓派收到信号，开始终止程序，之后一直监听急停按钮信号。
Python一般情况下是单线程运行，为了及时响应急停，需要将急停功能做成主进程，业务动作逻辑作为子进程，当监听到急停信号后，马上终止子进程

设计思路

择子进程而不是子线程的原因为：Python中子线程无法发送kill信号，没有很好的办法干预子线程的行为（除非每一步都判断一下，会造成代码复杂度升高），而子进程可以直接发送terminate信号杀死。
急停使用低电平触发原因为：我们认为低电平是一个稳定的状态，高电平不是一个稳定的状态，比如由于某种原因导致断电，那么也应该触发急停，发生任何非正常的情况，停下来总是没错的。

接线示意图

Python程序流程图

代码实现

import RPi.GPIO as GPIO

import time

from multiprocessing import Process

# 定义信号引脚

button_stop = 20

button_reset = 21

button_start = 22

# 初始化GPIO

def init_gpio():

    GPIO.setmode(GPIO.BCM)

    GPIO.setwarnings(False)

    # 初始化按钮，按钮均为低电平触发

    GPIO.setup(button_reset, GPIO.IN)

    GPIO.setup(button_start, GPIO.IN)

    GPIO.setup(button_stop, GPIO.IN)

# 业务动作

def step_1():

    time.sleep(3)

    return True

def step_2():

    time.sleep(3)

    return True

def step_3():

    time.sleep(3)

    return True

# 复位动作组合

def run_reset():

    move_reset_list = [

        step_3,

        step_2,

        step_1

    ]

    result = True

    try:

        for func in move_reset_list:

            func_name = func.__name__

            print("正在执行: %s" % func_name)

            func_result = func()

            if not func_result:

                result = False

                break

    except:

        result = False

    finally:

        if not result:

            exit(1)

        else:

            exit(0)

# 业务动作组合

def run_step():

    result = True

    try:

        auto_cover_list = [

            step_1,

            step_2,

            step_3

        ]

        for func in auto_cover_list:

            func_name = func.__name__

            print("正在执行: %s" % func_name)

            func_result = func()

            if not func_result:

                result = False

                break

    except:

        result = False

    finally:

        if not result:

            exit(1)

        else:

            exit(0)

if __name__ == '__main__':

    # 开始工作

    init_gpio()

    while True:

        if GPIO.input(button_start) == 0:

            try:

                p_run = Process(target=run_step, daemon=True)

                p_run.start()

                # 监听急停信号

                while p_run.is_alive():

                    if GPIO.input(button_stop) == 0:

                        p_run.terminate()

                        break

                    else:

                        time.sleep(0.1)

                if p_run.exitcode == 0 or p_run.exitcode is None:

                    print("执行成功")

                else:

                    print("执行失败")

            except:

                print("执行失败")

        elif GPIO.input(button_reset) == 0:

            p_reset = Process(target=run_reset, daemon=True)

            p_reset.start()

            # 监听急停信号

            while p_reset.is_alive():

                if GPIO.input(button_stop) == 0:

                    p_reset.terminate()

                    break

                else:

                    time.sleep(0.1)

        elif GPIO.input(button_stop) == 0:

            # 急停按钮释放后，再释放程序

            while True:

                if GPIO.input(button_stop) == 0:

                    time.sleep(0.1)

                else:

                    break

        else:

            time.sleep(0.1)

巴特西

【树莓派】Python开发工控机急停设计

背景

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设计思路

接线示意图

Python程序流程图

代码实现

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