基于Python的EPICS通讯语音报警系统开发

软件说明

软件功能：

1. PV（过程变量）监控：支持多个通道的EPICS PV实时监控，可设置触发边沿（上升沿、下降沿、双边沿）。
2. 音频通道：每个PV通道可配置独立的语音文件，支持多种音频格式（wav, mp3）。
3. 实时监控：实时显示PV连接状态和当前值，并可手动刷新。
4. 报警队列：采用先进先出的队列管理报警语音播放，避免并发播放冲突。
5. 配置保存：将PV配置、语音文件路径、播放时长、触发边沿等设置保存到JSON文件。
6. 自启动：可设置开机自启动，通过创建快捷方式或批处理文件实现。

环境依赖安装：

1. Python第三方库：PyQt5（图形）, pygame（音频）, pyepics（EPICS）, winshell（Windows工具可选，用于自启动）。
2. EPICS环境：caRepeater进程（用于Windows系统的实时PV监控：EPICS Windows Tools工具）。

一、Windows EPICS 环境部署

在 Windows 下查看 EPICS（实验物理和工业控制系统）的 PV（Process Variable）值，核心是使用 EPICS 客户端工具（命令行或图形化），确保客户端与 EPICS IOC（输入输出控制器）网络互通，配置好系统环境变量，就可以在终端 CMD 对 PV 实时监控。

1. EPICS 基础环境安装

• 下载并安装 EPICS Windows Tools 客户端工具。
• 设置环境变量：
  • 环境变量（PATH）添加路径：
    • 右键点击'此电脑'→属性→高级系统设置→环境变量→在系统变量中找到 PATH，点击编辑→添加安装目录（C:\Program Files\EPICS Windows Tools）的路径→确定保存。
  • 新建系统变量（PV 服务地址列表）
    • 变量名：EPICS_CA_ADDR_LIST
    • 变量值：10.0.23.109:5064,10.0.20.3:5064
    • 注意：多个 IOC 用逗号分隔，端口默认 5064。简化版：只写 IP 地址（不写端口）也可工作。
• 完成后，在命令提示符中输入 caget -h 测试是否安装成功。

2. PV 连接测试

• 如果有的 PV 连不上，检查环境变量 EPICS_CA_ADDR_LIST 是否设置正确的 IOC 地址；
• 检查网络是否通畅。

# 测试命令
caget CS:SMS:Mode
caget LTTR:MA:PLA:manualok
caget CS:LS:20Ready01:On
caget TR:TAR:ManInPosW
# PV 控制测试
caput LTTR:MA:PLA:manualok 0
caput LTTR:MA:PLA:manualok 1

3. caget 报错（caRepeater）

• 启动 PV 实时监控服务 caRepeater（窗口需打开状态，关闭窗口 PV 连接出错）。
• 添加服务'caRepeater.exe'自启动代码（软件打开时启动服务窗口）。

解决办法：

import subprocess
process = subprocess.Popen(r"C:\Program Files\EPICS Windows Tools\caRepeater.exe")

代码中已启动（确保 caRepeater 可用）。

二、Python 开发环境搭建

1. 安装解释器

• 安装 python-3.13.9-amd64.exe。
• 推荐使用 VSCode + Python 扩展 或 PyCharm。

2. 目录设计

epics_alarm_system/
├── venv/              # 虚拟环境（命令生成）
├── main.py            # 主程序
├── config/            # 配置目录（自动生成）
│   └── voice_alarm_config.json
├── voices/            # 语音文件目录
│   ├── alarm1.wav
│   └── alarm2.mp3
└── requirements.txt   # 依赖列表（自动生成）

3. 项目环境

• 在项目目录下建立虚拟环境。
  • 步骤 1：导航目录
    • CMD>cd /d D:\epics_alarm_system_20251114
    • IDE>cd D:\epics_alarm_system_20251114
  • 步骤 2：创建环境
    • python -m venv venv
  • 步骤 3：激活环境
    • CMD>venv\Scripts\activate.bat
    • IDE>venv\Scripts\activate
• 安装项目所需要的库。
  • pip install PyQt5 pygame pyepics winshell
  • 或者如果有 requirements.txt 文件 pip install -r requirements.txt 一键进行环境搭建。
• 检查所有安装的库：pip list。
• 运行项目：Python main.py。
• 导出库列表：pip freeze > requirements.txt。

三、Python 代码编写

1. 代码结构设计

• 采用 MVC 模式，将界面（PyQt5）、业务逻辑（EPICSMonitor, VoicePlayer）和数据模型（pv_configs）分离。
• 使用 信号 - 槽 机制进行模块间通信。

2. 核心功能实现

• EPICSMonitor 类：负责 PV 连接、监控、值更新和连接状态管理。
• VoicePlayer 类：负责语音文件的播放和队列管理。
• VoiceAlarmSystem 类：主界面，集成 PV 配置、语音配置、日志显示和用户交互。

# 步骤 1：EPICS 连接建立
def connect_pv(self, index, pv_name):
    if EPICS_AVAILABLE:
        pv = epics.PV(pv_name, auto_monitor=True)

# 步骤 2：PV 状态监控回调
def _create_callback(self, index):
    def callback(pvname=None, value=None, **kw):
        self.pv_changed.emit(index, value, self.pv_values[index])

# 步骤 3：连接状态管理
def _create_connection_callback(self, index):
    def connection_callback(pvname=None, conn=None, **kw):
        self.pv_connection_changed.emit(index, conn, "状态信息")

# 步骤 1：音频播放器初始化
def __init__(self):
    pygame.mixer.init()
    self.is_playing = False

# 步骤 2：播放队列管理
def play_next_alarm(self):
    if not self.voice_player.is_playing and self.alarm_queue:
        alarm_info = self.alarm_queue.pop(0)
        self.voice_player.play_voice(...)

# 步骤 3：播放完成处理
def on_play_finished(self):
    self.is_playing = False
    self.play_next_alarm()  # 播放下一个

# 步骤 1：UI 组件创建
def init_ui(self):
    # PV 配置表格（7 通道）
    self.pv_name_edits = []      # PV 名称输入
    self.voice_path_edits = []   # 语音文件路径
    self.trigger_edge_combos = []# 触发边沿选择
    self.status_labels = []      # 连接状态显示
    self.value_labels = []       # 当前值显示

# 步骤 2：实时数据更新
def on_pv_value_updated(self, index, value):
    self.value_labels[index].setText(str(value))
    # 根据值状态设置颜色
    if value:
        self.value_labels[index].setStyleSheet("color: red;")

3. 配置管理实现

• 使用 JSON 文件保存配置，包括每个通道的 PV 名称、语音文件路径、播放时长、触发边沿和自动连接设置。
• 使用 QSettings 保存应用程序设置（如窗口大小、位置等）。

# 步骤 1：配置数据结构设计
pv_configs = [
    {"name": "PV1",          # PV 名称
     "voice_path": "alarm.wav",  # 语音文件
     "duration": 5,          # 播放时长
     "auto_connect": True,   # 自动连接
     "trigger_edge": "上升沿"} # 触发条件
    for _ in range(7)
]

# 步骤 2：JSON 配置保存
def save_config(self):
    with open(self.config_file, 'w', encoding='utf-8') as f:
        json.dump(config_data, f, indent=4, ensure_ascii=False)

# 步骤 3：配置自动加载
def load_config(self):
    if os.path.exists(self.config_file):
        with open(self.config_file, 'r', encoding='utf-8') as f:
            return json.load(f)

4. 自启动实现

• 使用 winshell 创建快捷方式到启动文件夹，实现开机自启动。
• 提供备用方案：创建批处理文件实现自启动。

# 步骤 1：自启动设置
def set_auto_start(self, enable):
    if enable:
        # 创建启动文件夹快捷方式
        shortcut_path = os.path.join(startup_folder, "app_name.lnk")
        with winshell.shortcut(shortcut_path) as link:
            link.path = app_path
            link.working_directory = os.path.dirname(app_path)
    else:
        # 删除快捷方式
        os.remove(shortcut_path)

# 步骤 2：备用方案（批处理文件）
def create_bat_file(self, app_path, startup_folder, app_name):
    bat_path = os.path.join(startup_folder, f"{app_name}.bat")
    with open(bat_path, 'w') as f:
        f.write(f'"{app_path}"')

四、功能测试发布

1. 测试与调试

• 模拟测试 PV 监控和语音播放（代码逻辑）。
• PV 连接测试（真实 EPICS 环境）。
• 语音播放测试（各音频格式）。
• 触发逻辑测试（上升沿/下降沿/双边沿）。
• 配置持久化测试。
• 自启动功能测试。
• 多通道并发测试。

2. 打包与部署

使用 PyInstaller 等工具将 Python 脚本打包成可执行文件，方便在没有 Python 环境的 Windows 机器上运行。

• pip install pyinstaller
• pyinstaller --onefile --windowed --name "EPICS 语音报警系统" XXXX.py（不包含数据文件）

包含数据文件：

• pyinstaller --add-data "voices;voices" --add-data "config;config" XXXX.py（需先创建好文件夹）

五、开发流程总结

1. 技术架构

应用架构层：

• 表示层 (PyQt5 UI)
  • 配置界面
  • 实时监控面板
  • 系统日志
• 业务逻辑层
  • EPICS 监控引擎
  • 语音播放队列
  • 报警触发逻辑
• 数据访问层
  • EPICS PV 访问
  • 配置文件管理
  • 系统注册表
• 系统集成层
  • 音频子系统 (pygame)
  • 自启动服务 (winshell)
  • 进程管理 (subprocess)

2. 注意事项

• EPICS 环境依赖：生产环境必须安装 EPICS 依赖。
• 音频兼容性：测试不同格式音频文件的播放兼容性。
• 资源清理：确保程序退出时断开所有 PV 连接。
• 错误恢复：实现网络中断后的自动重连机制。