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pythonnoob1

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前提

Python 3.x
RaspberryPi 3 B
PyQt5

やりたいこと

「GUI上で自動ドアを操作したい」

自動ボタンを押す
①焦電センサでモノを検知
②リードスイッチ2が反応するまでモーターを正転
③モーター停止
④リードスイッチ1が反応するまでモータを逆転
⑤モーター停止
①~⑤がループ

停止ボタンを押す
モーターが停止する

状況

下のようなコードを作成し、自動ボタンを押したところGUIが固まってしまいました。
これについて、「GUIアプリケーションはメインスレッドでイベントループが動いており、while を使うとイベントループが止まってしまうため GUI が動かなくなる」ということを教えていただきました。
また、それを回避するにはサブスレッドを作成して、そこで while を使うといいと教えていただきました。

そこで、私なりに調べてみたところサブスレッドを作るために QThread か QtConcurrent を使うとよいと書かれていました。しかし、使い方がいまいち分かりませんでした。
分からないことが多すぎて、**質問が大枠になってしまいますが QThread か QtConcurrent の使い方をご教授ください。
**
また while を使わなくても、処理をループさせる方法などがあればご教授ください。

無知な私ですがよろしくお願いします。
ただ、現在手元に動作確認できる機材がないため、下のコードがどのように動くか不明です。

python

import sys
from PyQt5.QtWidgets import *
from PyQt5.QtGui import *
from PyQt5.QtCore import *
import subprocess
import time
import numpy as np
import cv2
import RPi.GPIO as GPIO


Shoden_PIN=22

Motor_PIN_1=24
Motor_PIN_2=25

Reed_PIN_1=17
Reed_PIN_2=27

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(Shoden_PIN, GPIO.IN)
GPIO.setup(Reed_PIN_1, GPIO.IN)
GPIO.setup(Reed_PIN_2, GPIO.IN)

def _init_GPIO():
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    GPIO.setup(Motor_PIN_1, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(Motor_PIN_2, GPIO.OUT)

def Motor_Forward():
    _init_GPIO()
    GPIO.output(Motor_PIN_1, 1)
    GPIO.output(Motor_PIN_2, 0)

def Motor_Backward():
    _init_GPIO()
    GPIO.output(Motor_PIN_1, 0)
    GPIO.output(Motor_PIN_2, 1)

def Motor_Stop():
    _init_GPIO()
    GPIO.output(Motor_PIN_1, 0)
    GPIO.output(Motor_PIN_2, 0)


class Tab1Widget(QWidget):

    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.title = "GUI test"
        self.left = 10
        self.top = 10
        self.width = 640
        self.height = 480
        self.initUI()
        self.counter = 0

    def initUI(self):


        super(Tab1Widget, self).__init__()


        btn1 = QPushButton("自動", self)
        btn2 = QPushButton("停止", self)

        btn1.clicked.connect(self.auto )
        btn2.clicked.connect(self.stop )

        self.textbox4 = QLineEdit(self)


        label3 = QLabel("自動ドア")
        label4 = QLabel("ドアの状態")

        layoutA = QGridLayout()
        layoutA.addWidget(label4,0,0)
        layoutA.addWidget(self.textbox4,0,1)
        layoutA.addWidget(btn1,1,0)
        layoutA.addWidget(btn2,1,1)

        layoutB = QVBoxLayout()
        layoutB.addWidget(label3)
        layoutB.addLayout(layoutA)

        self.setLayout(layoutB)

        self.show()


'''
焦電センサが物体を検知
モーターが正転
リードスイッチ2が反応
モーター停止
モーターが逆転
リードスイッチ1が反応
モーター停止
'''
    def auto(self):
        if __name__ == '__main__':
            try:
                while 1:
                    self.textbox4.setText("CLOSE")
                    if GPIO.input(Shoden_PIN)==GPIO.HIGH:
                        self.textbox4.setText("OPEN")
                        Motor_Forward()
                        while 1:
                            if GPIO.input(Reed_PIN_2)==GPIO.HIGH:
                                GPIO.cleanup()
                                Motor_Stop()
                                time.sleep(1)
                                GPIO.cleanup()
                                Motor_Backward()
                                while 1:
                                    if GPIO.input(Reed_PIN_1)==GPIO.HIGH:
                                        self.textbox4.setText("CLOSE")
                                        GPIO.cleanup()
                                        Motor_Stop()
                                        GPIO.cleanup()
                                        break

                                    else:
                                        pass

                                break

                            else:
                                pass
                    else:
                        pass

            except Exception as e:
                print("Error")

            finally:
                GPIO.cleanup()
                print("GPIO clean")

    def stop(self):
        Motor_Stop()
        GPIO.cleanup()




if __name__ == "__main__":
    app = QApplication(sys.argv)
    ex = Tab1Widget()
    sys.exit(app.exec_())
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QThread にもイベントループがあり、
QThread 内でもループを使うと、(main thread ではなければGUIを止めることはありませんが)
イベントループの処理が止まってしまう問題もあります。

スレッド側のイベントループは使わない方法もありますが、
その場合は、扱いはPythonのスレッドとほぼ同じです。

while を使わなくても、処理をループさせる方法

イベントループを止めずに、○秒毎に処理を行いたい場合はQTimerを使います。


他の解決策:

GPIO は使える環境にないので、詳しくないのですが、

add_event_detect, add_event_callback 等の、
イベント時に、コールバック関数を呼び出してくれる仕組みがあるようなので、

ポーリング方式 (1秒毎にチェックする) より、
割り込み方式(状態が変化したときに通知)を検討してみてはどうでしょう。

内部的には、GPIO側でスレッド (※ pthread) が起動するので、
メインスレッドのQt のイベントループを阻害しないはずです。(実際に、試したことはありません

RPi.GPIO Threaded callbacks

RPi.GPIO runs a second thread for callback functions.

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  • 2020/05/24 18:11

    回答いただき、誠に有難うございます。
    現在、質問本文でも記載してます通り、実行を試せる機材が手元にない状況です。(コロナのせいです。苦笑)
    6月になったら動作確認が出来ると思いますので、teamikl様の回答を参考にさせていただきます。
    ありがとうございました!!

    キャンセル

+1

イメージ説明

GPIOは別にして、本題の回答 QThreadの使い方、折角書いたので投稿します。
スレッドとタイマーを使ったデモです。(説明はソース内)

  • autoFreeze ... 現状のGUIが固まる実装 -> 原因の把握
  • autoTimer ... QTimer を使った回避策 -> whileループ から Timer の書き換え
  • autoThread ... QThread のイベントループ上で QTimer を実行
  • autoThreadInherit ... QThread上でループ (問題点を提示する為の比較用)
from PyQt5.QtCore import Qt, QObject, QTimer, QThread, pyqtSignal, pyqtSlot
from PyQt5.QtWidgets import (
    QApplication, QWidget,
    QPushButton, QLabel, QTextBrowser, QComboBox,
    QHBoxLayout, QVBoxLayout)


class MainWindow(QWidget):
    def __init__(self, parent=None):
        super().__init__(parent)
        self.initUI()

    def initUI(self):
        label = self.label = QLabel("")
        button1 = self.start_button = QPushButton("Start")
        button2 = self.stop_button = QPushButton("Stop")
        combo = QComboBox()
        textarea = QTextBrowser()

        # 左上コンボボックスで「Start」ボタンを押した時に呼び出す関数を切り替えます。
        items = ["autoFreeze", "autoTimer", "autoThread", "autoThreadInherit"]
        func = None
        def set_start_func(label):
            nonlocal func
            if func:
                self.start_button.clicked.disconnect(func)
            func = getattr(self, label)
            self.start_button.clicked.connect(func)

            import inspect
            src = inspect.getsource(func)
            textarea.setText(src)

        combo.currentIndexChanged[str].connect(set_start_func)
        combo.addItems(items)

        vbox = QVBoxLayout()
        vbox.addWidget(combo)
        vbox.addWidget(label)
        vbox.addWidget(button1)
        vbox.addWidget(button2)

        hbox = QHBoxLayout(self)
        hbox.addLayout(vbox)
        hbox.addWidget(textarea)

    def setCount(self, count):
        # 関数が呼ばれていることは確認
        print(count)
        # ラベルは更新されない -> イベントループが止まっていて描画更新がない
        self.label.setText("Count: {}".format(count))
        # ラベルのプロパティ更新は確認
        print(self.label.text())

    def autoFreeze(self):
        """
        GUI がフリーズしてしまうコード

        原因: メインスレッドでの永久ループ => イベントループが処理されなくなる
        """
        import time
        count = 0
        while True:
            count += 1
            self.setCount(count)
            time.sleep(1)

            ## XXX
            # 以下のコードを有効にし、自分でイベントループの処理を呼ぶと、
            # 一時的に描画が更新され、ラベルの更新は確認できます
            # ただし、GUI は殆どフリーズしたままです(while time.sleepにより阻害されている状態)

            # QApplication.instance().processEvents()

            if count >= 30: # テスト用の為、30秒で解除
                break


    def autoTimer(self):
        """
        QTimerを使った改善方法

        ※ タイマーはコードの都合上メソッド内に定義してしまいましたが、
        実際は普通に関数として定義で良いです。
        """
        count = 0
        def countUp():
            nonlocal count # 外側のスコープの変数を使う宣言
            count += 1
            self.setCount(count)

        timer = QTimer(self)
        timer.timeout.connect(countUp)
        timer.start(1000)

        self.stop_button.clicked.connect(timer.stop)


    def autoThread(self):
        """
        QThreadを使う場合 (推奨される使い方)

        この簡単な例では、全然スレッドを使う恩恵はありあせんが、
        使い方のサンプルとして書いてみます。
        """
        class MyWorker(QObject):

            sendCount = pyqtSignal(int)
            finished = pyqtSignal()

            def __init__(self):
                super().__init__()
                self.timer = None

            @pyqtSlot()
            def stopTimer(self):
                if self.timer:
                    self.timer.stop()
                    self.finished.emit()

            @pyqtSlot()
            def startCountUp(self):
                # 注意点: ここで while 1: とするとスレッドのイベントループが止まります。

                count = 0
                def countUp():
                    nonlocal count
                    count += 1
                    self.sendCount.emit(count)

                timer = self.timer = QTimer(self)
                timer.timeout.connect(countUp)
                timer.start(1000)

        thread = self.thread = QThread()
        worker = self.worker = MyWorker()
        worker.moveToThread(thread)
        worker.sendCount.connect(self.setCount)  # <-- スレッドから値を受け取る
        thread.started.connect(worker.startCountUp)  # <-- スレッド開始時に呼び出す
        thread.finished.connect(worker.deleteLater)

        # ワーカーのタイマーを止める場合
        # worker.finished.connect(thread.quit)
        # self.stop_button.clicked.connect(worker.stopTimer)

        # スレッドを直接止める場合
        self.stop_button.clicked.connect(thread.quit)

        # 終了時にエラーを出さない為の後始末
        self.destroyed.connect(worker.deleteLater)
        self.destroyed.connect(thread.quit)

        # 終了時にストップボタンのスロット解除
        @thread.finished.connect
        def tear_down():
            self.stop_button.clicked.disconnect(thread.quit)

        # スレッド開始
        thread.start()

    def autoThreadInherit(self):
        """
        動作するが、推奨でない使い方

        run()をオーバーライドする使い方もドキュメントに記載はあります。

        完全に間違った使い方というわけではありませんが、
        何故、別の方法が推奨されているのか把握していないと、
        意図しない動作に悩まさせられることがあります。
        """
        import time
        # XXX: QThreadのサンプルコードを参考にするとき、継承して使ってるコードには注意
        class MyThread(QThread):
            sendCount = pyqtSignal(int)

            # XXX: run()を上書きすると、スレッドのイベントループ起動を上書きします
            # スレッドのイベントループは起動されません。一応、スレッドの実行自体は問題ありません。
            def run(self):
                # XXX: 何故この方法が推奨されないのか
                # --> QTimer 等がスレッド上で使えない。

                # run()を終了するとスレッドも終了なので
                # スレッドを維持する場合、ループが必要になります => Pythonのスレッドで良い
                count = 0
                while 1: # XXX: <- infinity loop は abuse of thread
                    count += 1
                    self.sendCount.emit(count)
                    self.sleep(1)

                # XXX: このループは強制終了以外に終了手段がないため
                # スレッド終了時のfinished シグナルは送られません

        thread = self.thread = MyThread()
        thread.moveToThread(thread) # WRONG!
        thread.sendCount.connect(self.setCount)

        # XXX: スレッドのイベントループが動いてない為、処理されない例
        # self.stop_button.clicked.connect(thread.terminate)

        # 直接呼び出しは可能(安全ではないかもしれません)
        terminate = lambda: thread.terminate()
        self.stop_button.clicked.connect(terminate)

        # 終了時にストップボタンのスロット解除
        @thread.finished.connect
        def tear_down():
            self.stop_button.clicked.disconnect(terminate)

        thread.start()


def main():
    import sys
    app = QApplication(sys.argv)
    win = MainWindow()
    win.resize(800, 600)
    win.setWindowTitle("CountUp Demo (QTimer/QThread)")
    win.show()
    sys.exit(app.exec_())


if __name__ == '__main__':
    main()

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  • 2020/05/26 08:55

    返信が遅れてしまい、大変申し訳ありません。
    とても参考になりました。
    まだ、初心者ですが、今後私もteamikl様のように、分からないことを教えてあげられる存在になっていきたいと思います!!
    ありがとうございました!!

    キャンセル

  • 2020/06/03 20:48

    teamilkさんの作成してくださったコードを拝見し、勉強させていただきました。
    そこで、分からないことが何点か、出てきましたので質問させてください。
    また、質問っするにあたって、このコメント欄では、コードを書くことが出来ません。
    大変お手数をおかけしますが、私をフォローしていただき、回答リクエストを送らせてください。

    キャンセル

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