将 USB2GPIO 设备和西门子 S7 PLC 抽象为 Unix Socket、HTTP、WebSocket 接口的 GPIO 守护进程系统，支持远程控制与事件驱动实时监控。
- 多协议支持：USB2GPIO（串口通信）、S7 PLC（西门子 S7 协议），可通过工厂方法快速扩展
- 多模式操作：seter（输出控制）、geter（输入读取）、SPI（bit-banging 通信）
- 多接口：Unix Socket（控制+状态）、HTTP REST API、WebSocket 实时推送
- 批量控制：支持单路/多路 GPIO 同时操作；S7 PLC 同字节 IO 合并为单次写入
- SPI 通信：基于 bit-banging 的低速 SPI，最多 14 路独立片选
- 事件驱动：USB2GPIO 轮询上报 + PLC 主动 TCP 位图推送，变化广播到 WebSocket/Unix Socket
- 主从架构：通过 HTTP 接口可在一台机器远程控制另一台机器
- 模拟模式：无硬件时通过
--simulate 参数进行开发和测试
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│ IO2HTTP Daemon │
│ │
│ ┌──────────────┐ ┌──────────┐ ┌────────────────┐ │
│ │ Unix Socket │ │ HTTP │ │ WebSocket │ │
│ │ (控制/状态) │ │ REST │ │ (状态推送) │ │
│ └──────┬───────┘ └────┬─────┘ └───────┬────────┘ │
│ │ │ │ │
│ ┌──────┴───────────────┴────────────────┴───────────────┐ │
│ │ GPIO 控制核心 │ │
│ │ 命令解析 / 状态缓存 / SPI 队列管理 │ │
│ │ 协议工厂 (USB2GPIO / S7 PLC) │ │
│ └────┬───────────────────────────────┬──────────────────┘ │
│ │ │ │
│ ┌────┴──────────────┐ ┌───────┴───────────────┐ │
│ │ USB2GPIO Controller│ │ S7 PLC Controller │ │
│ │ 串口通信 / 指令编码 │ │ S7 协议 / TCP 监听 │ │
│ └────────┬───────────┘ └───────┬───────────────┘ │
└───────────┼───────────────────────────┼──────────────────────┘
│ │
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│ USB2GPIO 设备 │ │ Siemens S7 PLC │
│ (BL-ENV-V1.3) │ │ (Q/I/M IO) │
└─────────────────┘ └─────────────────┘
| 文档 |
内容 |
| 命令格式 |
单路/批量 GPIO 及 SPI 命令 JSON 格式 |
| HTTP API |
REST 接口、curl/Python/JavaScript 示例、错误码、主从架构 |
| WebSocket 事件监听 |
事件驱动实时推送、JS/Python/Node.js 示例、断线重连 |
| 状态格式与交互协议 |
GPIO 状态消息格式、ACK 确认、Unix Socket 查询/响应协议 |
| 实现原理 |
系统架构和通信机制设计 |
- Python 3
pyserial — 串口通信python-snap7 — S7 PLC 通信（S7 协议时需要）websocket-client — WebSocket 客户端（可选）
# 创建虚拟环境
python3 -m venv .venv
# 安装依赖（Ubuntu / Fedora）
.venv/bin/pip install -r requirements.txt
python3 daemon_gpio.py --simulate # 模拟模式（无需硬件）
python3 daemon_gpio.py # 生产模式
python3 daemon_gpio.py --debug # 调试模式
./start_daemon.sh # 使用启动脚本
[daemon_config]
socket_path = /tmp/gpio.sock # 控制命令 Unix Socket
get_statu_path = /tmp/gpio_get.sock # 状态监听 Unix Socket
http_port = 8080 # HTTP 服务端口（0 = 禁用）
ws_port = 8081 # WebSocket 端口（0 = 禁用）
| 参数 |
说明 |
示例 |
protocol |
usb2gpio |
usb2gpio |
tty_path |
串口设备路径 |
/dev/ttyUSB0 |
baudrate |
波特率 |
115200 |
alias |
设备别名 |
sender |
mode |
seter / geter / spi |
seter |
| 参数 |
说明 |
示例 |
protocol |
s7 |
s7 |
ip_address |
PLC IP 地址 |
192.168.1.8 |
port |
S7 端口（默认 102） |
102 |
rack |
机架号 |
0 |
slot |
槽号（S7-1200/1500 通常为 1） |
1 |
read_port |
主动输入上报 TCP 监听端口（0 = 禁用） |
11451 |
alias |
设备别名 |
plc |
S7 PLC 是双工设备，配置中无需 mode，由 JSON 命令的 mode 字段决定读写。
| 模式 |
用途 |
适用协议 |
seter |
输出控制（继电器、门锁等） |
USB2GPIO / S7 PLC |
geter |
输入读取（传感器、按钮等） |
USB2GPIO / S7 PLC |
spi |
bit-banging SPI 通信 |
USB2GPIO |
| 类型 |
Snap7 Area |
说明 |
示例 |
| Q |
PA（输出过程映像） |
控制继电器、指示灯等 |
Q0.0, Q1.2 |
| I |
PE（输入过程映像） |
读取传感器、按钮等 |
I0.0, I3.5 |
| M |
MK（存储器区） |
中间状态标志 |
M10.0, M20.3 |
PLC 通过 TCP 将 100 字节（800 位，I0.0–I99.7）输入位图推送到 read_port，守护进程解析并与上一帧对比，仅广播变化的输入位 → 见 WebSocket 事件监听。
├── daemon_gpio.py # 入口脚本
├── config/
│ └── config.ini # 配置文件
├── gpio/
│ ├── base_controller.py # 控制器基类（统一接口）
│ ├── controller.py # USB2GPIO 控制器（串口通信）
│ ├── s7plc_controller.py # S7 PLC 控制器（S7 协议 + TCP 监听）
│ ├── daemon.py # 守护进程核心逻辑
│ ├── server_http.py # HTTP 服务
│ └── server_ws.py # WebSocket 服务
├── docs/
│ ├── command_format.md # 命令格式说明
│ ├── http_api.md # HTTP API 文档
│ ├── websocket.md # WebSocket 事件驱动监听文档
│ ├── implementation.md # 实现原理
│ └── status_format.md # 状态格式与交互协议
├── debug_utils/
│ ├── s7_test.py # S7 PLC 通信测试
│ ├── get_plc_input.py # PLC 输入上报模拟程序
│ └── snap7_lib/ # Snap7 库
├── test_daemon.py # 功能测试
├── test_fix.py # 集成测试
├── start_daemon.sh # 启动脚本
└── stop_daemon.sh # 停止脚本
MIT
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