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热力学实验采集程序文档

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• 0. 写在前面
• 1. 核心知识介绍
  • 串口通信与缓存
  • 图形界面与多线程
• 2. 运行环境配置
  • 2.1 虚拟环境配置
  • 2.2 包安装
  • 2.3 启动程序
  • 2.4 打包可执行文件
• 3. 程序各部分功能
  • 3.1 water_capacity_smooth.py
  • 3.2 water_density_smooth.py
  • 3.3 expserial.py
  • 3.4 maths.py
  • 3.5 gui.py
  • 3.6 main.py

0. 写在前面

欢迎！如你所见，这是介绍这个程序如何设计，怎么构成的一篇文档。如果只是想看程序如何使用，那么请看另一篇《热力学实验采集程序使用说明》。

这个程序主要由Python 3书写，因此，在开始之前，我希望你能有如下准备：

• 电脑上安装有Python 3.9及以上版本
  • 我们并未测试过更低版本的是否能正常使用，但我们是使用Python 3.9进行编写的
• 了解Python 3基础语法知识以及文件路径、文件后缀名相关的知识
• 知道如何打开终端（如cmd、PowerShell或者代码编辑器如VSCode里的终端），并会在终端中利用python命令运行py脚本，会用pip命令下载并安装各种python库等。

1. 核心知识介绍

串口通信与缓存

程序需要在电脑上获取从温差仪传入的数据。当我们把两台机器用USB连接上时，测量仪会把它的温差数据按一定格式一位一位传给电脑，这种按位传递方式就叫做串口通信。串口通信需要双方约定好传输的波特率，即状态数传输的速率。如果不统一，就无法读出正确的信息。

串口通信是一个较为复杂的过程，我们这里略去技术细节，只考虑和我们实现相关的一个概念：缓存。当一个程序有大量输入输出时，这个程序会很慢，就像下面展示的那样，Time 1是for循环里有一个平方根运行的时间，Time 2是在for循环里有print运行的时间。由此可以看出print这种输入输出是相当慢的。

为了更快，人们对这种输入输出采用了缓存机制。即要输出东西时，电脑暂时不先把这些东西输出，而是存到一块区域存起来，当这块区域填满时再一起输出，从而节省输出的次数。输入也是类似的，串口传进来的数据会传到一个地方先存起来，由程序读出来。这样效率更高，但是有一个问题：我们希望读到的是实时数据，但输入缓存区的读入的数据是最早的数据，可能已经是几秒以前的数据了。因此当我们读实时数据的时候需要把缓存清空。

图形界面与多线程

一般在简单的教学中，Python程序都是在一个框里跑，用input函数输入字符，print函数输出字符。但这和我们日常使用的程序大不相同，日常的程序都有按钮、输入框、错误弹窗等等多样的交互。这种日常的程序使用了图形界面，以便降低软件的使用门槛。我们的程序也不能例外。为简便，我们使用了python自带的模块 tkinter实现，接下来的图形界面的逻辑基于 tkinter的逻辑介绍。

图形界面的具体实现，比如一个窗口以及上面个的按钮是怎么显示的，这个问题较为复杂，不在我们的讨论范围内。我们主要关注图形界面交互，比如按下按钮时发生了什么。

当程序启动图形界面时，程序首先会进行一些初始化，比如对窗口进行布局。然后，程序会进入一个称为事件循环的循环中，不断侦听有无事件产生。如果有事件，比如按钮按下发出的事件，或者关闭窗口的事件，那么就对相应事件进行处理响应。每一轮循环处理完成后，窗口更新等待处理接下来的事件。

我们的程序的功能中有一个定时读取数据的功能。一个非常简单的方式是将这个读取数据的功能放在一个无限循环里。如果只是要读数据，这是可行的，然而，这个程序将永远无法结束。你的程序会卡住，按任何按钮都无法反应。这是因为程序现在在处理无限循环读数，无法处理你新提供给它的事件，程序便无响应。

Python文档对这种事情提供了一种解决方案：使用多线程。多线程可以简单理解为两个任务分步推进，看起来就像是同时进行的一样。这样就可以做到快速响应。

2. 运行环境配置

2.1 虚拟环境配置

这个程序用到了各种各样的模块，所需模块列在了requirements.txt里面。你可能会选择使用pip直接安装。然而这并不是最好的方式。运行环境需要一个模块 pyserial，这是用来对串口进行操作的，但我想这个模块在这次实验以外就几乎不会用到了。但反正这个模块也不大，如果不介意这个模块留在全局的Python里，或者不嫌uninstall麻烦，那直接安装就好了，可以直接看下一节。如果介意的话，这里介绍一种技术虚拟环境，想必能解决这个问题。

虚拟环境相当于是把你电脑上原本的Python环境复制一份，当你进入虚拟环境时，你做的所有对Python的操作都只会影响这个新的Python，而对老的Python没有影响。并且，尽管在本实验中没有影响，虚拟环境还可以使电脑上使用不同版本的模块。比如一个程序需要使用Django 1.0，一个需要Django 2.0。如果全装在全局Python底下就会引发冲突，虚拟环境可以解决这个问题。此外，如果要把程序打包成exe等可执行格式，使用虚拟环境可以只打包你需要的模块，减少程序的大小。

有非常多的软件提供了虚拟环境功能，比如Anaconda。但为简便，这里我们使用Python原本自带的一个工具，venv。

首先打开终端（建议把路径导到程序目录下），在终端中输入如下命令

python -m venv virtualenv

如果终端里显示“无法将python命令识别为可运行程序的名称”或者其他类似报错，可以先尝试将python可以替换成 py、python3。如果都不行，你可以直接用Python的完整路径替代。或者，你也可以将python.exe的路径加入系统环境变量PATH中，以使终端可以识别它，相关步骤在此不赘述。

等待一段时间，你会发现在当前文件夹底下多出了一个名为 virtualenv的文件夹，这就是虚拟环境所需要的全部信息。你也可以改动上述命令的最后一项以改动文件夹名，只要记着之后相关的命令都改掉就行。在该文件夹的 Lib/site-packages文件夹下存放着所需的所有包。当然，现在看的话里面除了一些必要的工具如pip以外应该几乎没有东西，因为我们还没有把需要的包安装上。

接下来我们需要启动虚拟环境，在相同目录下运行如下命令。注：这步在不同操作系统上可能不同，这里以Windows系统为例

./virtualenv/Scripts/activate

这步命令的意思是运行一个启动虚拟环境的程序 activate，在这步做完之后，你应该会在终端里看到如下结果

(virtualenv)你的程序路径> 

如果在最前面出现了一个括号包着你的虚拟环境文件夹名，那么虚拟环境就成功启动了。想要退出也可以，输入如下命令即可。

deactivate

2.2 包安装

接下来我们需要安装程序需要的包，如果用了虚拟环境记得先启动。这里我们用最常用的pip。为方便，我们将所需的模块放在了 requirements.txt中。在程序文件夹中执行如下命令即可安装。

pip install -r requirements.txt

这步的意思是让pip去安装 requirements.txt里所有列出的包。

2.3 启动程序

最后为了检验环境是否配置正确，我们启动一下程序看看。

在程序文件夹下运行

python main.py

如果怀疑打开了错误的Python（比如发现找不到已经安装的模块），你可以用如下命令检验打开的Python是否是你想要的Python。

python -c "import sys;print(sys.executable)"

这个命令可以打印当前Python解释器的路径，如果确实是对应路径下的Python，那就没问题了。或者，你也可以将python命令换为对应python.exe的路径直接启动，例如Windows系统下的虚拟环境可以用 ./virtualenv/Scripts/python.exe替代。

2.4 打包可执行文件

我们使用 pyinstaller分别在Windows和macOS中打包exe和app可执行文件。打包可执行文件时，强烈建议在本项目专用的虚拟环境中进行，否则可能会使打包出的文件大到超出你的想象。

打包前，首先启动虚拟环境，在虚拟环境中安装pyinstaller。

pip install pyinstaller

然后输入以下命令打包：

在Windows中

pyinstaller --hidden-import=gui --hidden-import=expserial --hidden-import=maths --hidden-import=water_capacity_smooth --hidden-import=water_density_smooth --hidden-import=func_timeout --hidden-import=matplotlib --hidden-import=matplotlib.figure --hidden-import=matplotlib.backends.backend_tkagg --hidden-import=numpy --hidden-import=PIL --hidden-import=ttkbootstrap --hidden-import=serial --hidden-import=serial.serialutil --hidden-import=serial.tools --hidden-import=scipy --add-data "chem.ico;." --add-data "chem.icns;," --add-data "chem.png;." --icon=chem.ico -F -w main.py

在macOS中

pipenv run pyinstaller --hidden-import=gui --hidden-import=expserial --hidden-import=maths --hidden-import=water_capacity_smooth --hidden-import=water_density_smooth --hidden-import=func_timeout --hidden-import=matplotlib --hidden-import=matplotlib.figure --hidden-import=matplotlib.backends.backend_tkagg --hidden-import=numpy --hidden-import=PIL --hidden-import=ttkbootstrap --hidden-import=serial --hidden-import=serial.serialutil --hidden-import=serial.tools --hidden-import=scipy --add-data "chem.ico:." --add-data "chem.icns:," --add-data "chem.png:." --icon=chem.icns -F --noconsole main.py

其中， --hidden-import参数将所有没有在main.py中提及的module和所有自行编写的module打包，--icon参数指定了打包后文件的图标，-F指定程序打包为一整个文件，-w或 --noconsole指定打包后的文件运行时不显示命令行界面。

打包后的文件在dist文件夹中。

3. 程序各部分功能

3.1 water_capacity_smooth.py

水比热容数据。数据来自CRC Handbook of Chemistry and Physics, 95th Edition并进行了三次插值。

water_capacity_smooth 温度与比热容关系的字典，温度为键，比热容为值，都为字符串格式

3.2 water_density_smooth.py

水密度数据。数据来自CRC Handbook of Chemistry and Physics, 95th Edition并进行了三次插值。

water_density_smooth 温度与密度关系的字典，温度为键，密度为值，都为字符串格式

3.3 expserial.py

本模块针对实验打包了一个串口，简化serial的实现。

函数getComPorts(select,timeout)：返回所有可用端口列表

• 参数 select： 是否要自动根据端口状态选择端口，为True时忽略产生错误和读数超时的端口，默认为False
• 参数 timeout： 端口超时时间，单位：秒，如果等待该事件没有数据传入，该端口将被忽略，默认为0.25
• 返回值：所有可用端口列表

函数derive_Delta_T(msg)：根据传入字节返回温度

• 参数 msg：读取到的7长度字节串
• 返回值：温差，float

类EasySerial：将serial的Serial打包成在本实验中更易使用的结构

• 初始化参数 name：端口名称，如“COM3”
• 初始化参数 baud：波特率，本实验中为1200
• 方法 setName(name)：改变端口名
• 方法 open()：打开端口
• 方法 read()：读取温差数据
  • 返回值：温差，float
• 方法 close()：关闭端口

3.4 maths.py

函数linear_regression(csv, Start, End)：在 csv[Start:End+1]上的线性回归

• 参数 csv：待线性回归数据
• 参数 Start：线性回归起点，含该点
• 参数 End：线性回归终点，含该点
• 返回值：斜率、截距、斜率标准差、截距标准差、相关系数平方

函数integration(x,y,k,b,dx)：对函数f(x)=y-kx-b下x处梯形面积

• 参数 x,y,k,b：上述函数的参数
• 参数 dx：梯形高
• 返回值：梯形面积

函数B_Spline(x, y, dx)：B-样条平滑曲线

• 参数 x,y：B-样条平滑曲线上的点
• 返回值：B-样条平滑函数

函数Reynolds(csv, Start1, End1, Start2, End2, dx)：雷诺校正

• 参数 csv：待雷诺校正数据
• 参数 Start1,End1,Start2,End2：雷诺校正两端线性回归区域（闭区间）
• 参数 dx：分辨率，即校正线横坐标可偏移的最大范围
• 返回值：雷诺校正线横坐标，校正线左侧积分面积，校正线右侧积分面积

函数calculate_dissolution(parameters)：溶解热计算

• 参数 parameters，参数字典，需要有如下键值对
  • T1_left 第一处雷诺校正左侧线性拟合温度，单位(K)
  • T1_right 第一处雷诺校正右侧线性拟合温度，单位(K)
  • T2_left 第二处雷诺校正左侧线性拟合温度，单位(K)
  • T2_right 第二处雷诺校正右侧线性拟合温度，单位(K)
  • R1(Omega) 单轮实验前电阻，单位(Ω)
  • R2(Omega) 单轮实验后电阻，单位(Ω)
  • t1(s) 开始加热时间点，单位(s)
  • t2(s) 结束加热时间点，单位(s)
  • current(A) 加热电流大小，单位(A)
• 返回值：参数字典 parameters。原参数字典中，dissolution_heat(kJ)一项对应的值变动为计算出的溶解热效应，单位(kJ)

函数dissolution_heat_regression(dissolution_csv)：对积分溶解热非线性拟合

• 参数 dissolution_csv 各次溶解热实验结果，包含
  • 水体积
  • 水密度
  • 溶质质量
  • 溶质式量
  • 热效应
• 返回值：各次积分溶解热Qs及对应的n0，拟合得到的Qs0和a以及它们的标准差，r^2

函数dissolution_heat_test(Qs0, a, n_test)：计算特定n0下的积分/微分溶解/冲淡热

• 参数 Qs0,a：拟合得经验公式参数
• 参数 n_test：待计算n0
• 返回值：numpy二维数组，可视为表格，第一行是表头，后续为数据。各行均含如下五项
  • n0
  • 积分溶解热Qs
  • 积分冲淡热Qd
  • 微分溶解热
  • 微分冲淡热

函数calculate_combustion(parameters, code)：燃烧热计算

• 参数 parameters：参数字典，需要有如下键及其所对应的值
  • T_left(K) 雷诺校正左侧线性拟合温度，单位(K)
  • T_right(K) 雷诺校正右侧线性拟合温度，单位(K)
  • room_temperature(K) 室温，单位(K)
  • water_volume(mL) 水体积，单位(mL)
  • water_density(g/mL) 水密度，单位(g/mL)
  • water_capacity(J/gK) 水热容，单位(J/(g·K))
  • combustible_mass(g) 待燃烧物质量，如棉线+苯甲酸、棉线+蔗糖，单位(g)
  • cotton_mass(g) 棉线质量，单位(g)
  • Nickel_before_mass(g) 燃烧前镍丝质量，单位(g)
  • Nickel_after_mass(g) 燃烧后镍丝质量，单位(g)
  • benzoic_enthalpy(kJ/mol) 苯甲酸燃烧焓，单位(kJ/mol)
  • cotton_heat(J/g) 棉线燃烧热，单位(J/g)
  • Nickel_heat(J/g) 镍燃烧热，单位(J/g)
  • 若 code取 "combustible"，则还需要键 constant(J/K) 量热计常数，单位(J/K)
• 参数 code：可取 "constant"或 "combustible"，表明是计算量热计常数还是燃烧热
• 返回值：参数字典 parameters。若 code为 "constant"，则原参数字典中，constant(J/K)一项对应的值变动为计算出的量热计常数，单位(J/K)；若 code为 "combustible"，则原参数字典中，combustion_heat(J/g)一项对应的值变动为计算出的燃烧热，单位(J/g)。

函数find_start_end_point(csv, code, time_lower_limit, time_upper_limit, std_limit)：寻找线性回归区间推荐起止点

• 参数 csv：待回归数据
• 参数 code：可取 "dissolution"或 "combustion"，表明是溶解热数据还是燃烧热数据
• 参数 time_lower_limit,time_upper_limit：线性回归区间时间长度下上限
• 参数 std_limit：线性回归区间内可容许的标准差上限
• 返回值：一个整数列表，列表内容为从前到后的推荐起止点

3.5 gui.py

包含图形界面相关代码，以及主要的程序逻辑

函数getWaterDensity(temp)：返回对应温度的水密度

• 参数 temperature 温度，单位(K)，需要为一可以转为浮点数的字符串
• 返回值：字符串，水密度，单位(g/mL)

函数getWaterCapacity(temp)：返回对应温度的水热容

• 参数 temperature 温度，单位(K)，需要为一可以转为浮点数的字符串
• 返回值：字符串，水热容，单位(J/(g·K))

函数file_name_extension(absolute_path)：从文件路径返回文件名及后缀

• 参数 absolute_path 路径字符串
• 返回值：两个字符串。第一串字符串为不含后缀的文件名，第二串字符串为文件后缀

函数dct2cols(cols,dct)：将字典按给定列名展开

• 参数 cols 字符串列表
• 参数 dct 字典，需要含有cols中的所有列名作为键
• 返回值：展开后的列表
• 示例：dct2cols(['a','b'],{'a':1,'b':2,'c':3}) => [1,2]

变量SHORTCUT_CODE：字典，表明快捷键对应event.state的数值

变量DATA_CONFIG：字典，部分可作为全局变量的值

• "app"：主应用
• "window"：程序窗体
• "screen"：当前程序主界面
• "mode"：StringVar，当前程序所处模式
• "combustion_mode"：StringVar，燃烧热数据处理计算模式
• "csv"：读取的数据文件
• "csv_len"：读取的数据文件长度
• dx：积分、绘图步长，默认为0.1
• time_interval：记录数据大致间隔，单位毫秒，默认为500
• plot_max_points：数据采集时绘图最大点数，默认为500
• port_timeout：串口允许超时时间，单位秒，默认为0.25
• std_limit：自动寻找平台期的标准差阈值，默认为0.005
• time_lower_limit：自动寻找平台期的最小时间窗口，单位秒，默认为30
• time_upper_limit：自动寻找平台期的最大时间窗口，单位秒，默认为40
• width_height_inches：保存图片尺寸，单位英尺，默认为10x6
• dpi：保存图片DPI，默认为600

变量SCREEN_CONFIG：主界面样式

变量MAIN_FRAME_CONFIG：主要组件样式

变量RAISED_SUBFRAME_CONFIG：部分组件样式，主要用于按钮等

变量FLAT_SUBFRAME_CONFIG：部分组件样式，主要用于标签等

变量ENTRY_LABEL_CONFIG：参数区标签的样式

变量PLOT_CONFIG：绘图样式

变量DEFAULT_DATA_VALUE：部分参数的默认取值

类TableWidget(ttk.Frame)：表格组件

• 初始化参数 master：父对象
• 初始化参数 cols：表头
• 初始化参数 widths：各列宽度比
• 方法 append(args)：向表格中新添一行args
• 方法 clear()：清空表格

类TextWidget(ttk.Frame)：文本框组件

• 初始化参数 master：父对象
• 方法 append(s)：向输入框末尾增添字符串s
• 方法 clear()：清空输入框
• 方法 see(pos)：定位到pos所对应的位置显示，pos取0~1

类PlotWidget(ttk.Frame)：绘图组件

• 初始化参数 master：父对象
• 初始化参数 xlabel：x轴标签
• 初始化参数 ylabel：y轴标签
• 方法 clear()：清空绘图
• 方法 plot(x,y)：绘制折线图
• 方法 scatter(x,y)：绘制散点图
• 方法 legend()：显示图例
• 方法 show()：显示绘图
• 方法 resize_image(event)：根据自身组件大小重绘合适大小的图片
• 方法 fill_between(x,y1,y2)：填充x范围内，y1~y2的区域
• 方法 savefig(name)：保存图片为名为 name的文件

类StringEntriesWidget(ttk.Frame)：字符串参数区组件

• 初始化参数 master：父对象
• 初始化参数 names：参数名称列表
• 初始化参数 defaults：参数名称对应默认值字典
• 初始化参数 dependence：参数间依赖关系（用于自动更新）
• 初始化参数 texts：参数名称对应显示标签字典
• 初始化参数 cols：显示列数，默认为2
• 方法 clear()：清空所有参数
• 方法 dump()：返回一个字典，字典内容为参数名称与参数值的对应关系
• 方法 set_states(state,names)：设置参数名称在 names里的参数组件的状态为 state
• 方法 set_all_states(state)：设置所有参数组件的状态为 state
• 方法 set_value(key,value)：设置参数名称为 key的组件的值为 value
• 类CachedStringEntryWidget(ttk.Frame)：字符串参数组件
  • 初始化参数 master：父对象
  • 初始化参数 name：参数名称
  • 初始化参数 default：参数默认值，默认为 ""
  • 初始化参数 text：程序内参数标签显示名称，为 None时使用 name，默认为 None
  • 方法 set_state(state)：设置输入框的状态
  • 方法 set_var(value)：设置参数值
  • 方法 check_memory()：检查输入是否合法，若合法则通过修改

类SpinEntriesWidget(ttk.Frame)：起终点参数区组件

• 初始化参数 master：父对象
• 初始化参数 name：起终点组数
• 方法 gbl_buttons()：将组件上的按钮的引用传递给主界面对象
• 方法 check_memory()：检查各组起终点是否有相互交叉或超过文数据点范围
• 方法 dump()：返回一个字典，字典内容为参数名称与参数值的对应关系
• 方法 set_var(key,value)：设置参数名称为 key的组件的值为 value
• 方法 set_states(self,state)：设置所有参数组件状态为 state
• 方法 remake_file(self)：重置起终点
• 方法 calc(self)：计算结果
• 类SpinEntry(ttk.Frame)：范围参数控件
  • 初始化参数 master：父对象
  • 初始化参数 name：参数名称
  • 初始化参数 default：参数默认值，默认为 "0"
  • 方法 set_state(state)：设置输入框的状态
  • 方法 set_var(value)：设置参数值
  • 方法 set_from_to(from_,to)：设置范围
  • 方法 check_memory()：检查输入是否合法，若合法则通过修改

类DissolutionSpinEntriesWidget(SpinEntriesWidget)：溶解热使用的起终点组件

类CombustionSpinEntriesWidget(SpinEntriesWidget)：燃烧热使用的起终点组件

类Screen(ttk.Frame)：主界面

• 方法 addTextBox(height)：在主界面右侧添加高度为 height的文本框组件，并自动添加存储在 INFROM_TEXT变量中的说明文字
• 方法 addPlotBox(height,xlabel,ylabel)：在主界面右侧添加高度为 height的绘图组件
• 方法 addModeButton(order)：在主界面左侧添加选择程序模式的下拉按钮。order的第一项为当前按钮对应变量的值，剩余项为下拉菜单内的内容
• 方法 addTableBox(cols,widths,startY)：在主界面左侧 startY位置添加到底的表格组件
• 方法 addInfoLabel()：在主界面左侧底部添加显示文件信息的标签
• 方法 buttons()：声明所有可能用到的按钮
• 方法 button_shortcut(event)：统一处理传入的快捷键事件
• 方法 open_file()：溶解热与燃烧热模式下打开文件并读取
• 方法 save_file()：溶解热与燃烧热模式下保存图片及计算结果
• 方法 calc_regression()：计算线性拟合
• 方法 plot_regression()：线性拟合绘图
• 方法 calc_integration()：计算积分
• 方法 plot_integration()：绘制积分区域
• 方法 calc_result()：计算结果并更新
• 方法 dump_data()：返回字典，字典内含所有可能需要的参数
• 方法 initShortCut()：声明所有可能的快捷键

类Screen1_Data(Screen)：数据记录界面

• 方法 arrangeLeft()：向主界面左侧添加剩余组件
• 方法 addEntries()：添加参数组件
• 方法 get_port()：获取所有的可用串口并自动连接
• 方法 change_port()：连接选择的串口
• 方法 read_comport()：定时读取最新数据
• 方法 data_start()：开始记录数据
• 方法 data_end()：结束记录数据
• 方法 heat_start()：记录加热开始时间
• 方法 heat_end()：记录加热结束时间
• 方法 data_save()：保存数据

类Screen2_Dissolution(Screen)：溶解热处理界面

• 方法 arrangeLeft()：向主界面左侧添加剩余组件
• 方法 addEntries()：添加参数组件

类Screen3_Combustion(Screen)：燃烧热处理界面

• 方法 arrangeLeft()：向主界面左侧添加剩余组件
• 方法 addEntries()：添加参数组件

类Screen4_Fit(Screen)：溶解热拟合处理界面

• 方法 arrangeLeft()：向主界面左侧添加剩余组件
• 方法 open_file()：打开溶解热拟合数据文件并计算结果
• 方法 save_file()：保存溶解热拟合数据文件计算结果

类App：主应用

• 初始化参数 dx：积分、绘图步长，默认为0.1
• 初始化参数 time_interval：记录数据大致间隔，单位毫秒，默认为500
• 初始化参数 plot_max_points：数据采集时绘图最大点数，默认为500
• 初始化参数 port_timeout：串口允许超时时间，单位秒，默认为0.25
• 初始化参数 std_limit：自动寻找平台期的标准差阈值，默认为0.005
• 初始化参数 time_lower_limit：自动寻找平台期的最小时间窗口，单位秒，默认为30
• 初始化参数 time_upper_limit：自动寻找平台期的最大时间窗口，单位秒，默认为40
• 初始化参数 width_height_inches：保存图片尺寸，单位英尺，默认为10x6
• 初始化参数 dpi：保存图片DPI，默认为600
• 方法 change_mode()：切换界面

3.6 main.py

主程序，针对可执行文件和脚本文件的不同分别处理，并启动GUI。含部分可修改变量以调节程序行为。

• 变量 dx：积分、绘图步长，默认为0.1
• 变量 time_interval：记录数据大致间隔，单位毫秒，默认为500
• 变量 plot_max_points：数据采集时绘图最大点数，默认为500
• 变量 port_timeout：串口允许超时时间，单位秒，默认为0.25
• 变量 std_limit：自动寻找平台期的标准差阈值，默认为0.005
• 变量 time_lower_limit：自动寻找平台期的最小时间窗口，单位秒，默认为30
• 变量 time_upper_limit：自动寻找平台期的最大时间窗口，单位秒，默认为40
• 变量 width_height_inches：保存图片尺寸，单位英尺，默认为10x6
• 变量 dpi：保存图片DPI，默认为600