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Python FASTAPI
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In diesem Projekt wird auf dem Raspberry Pi eine Weboberfläche mit FastAPI erstellt, über die eine LED-Ampel geschaltet und die Temperatur eines DS18B20 angezeigt werden kann. Die Anwendung ist im lokalen Netzwerk erreichbar, sodass LEDs und Temperatursensor bequem über einen Webbrowser im LAN gesteuert und überwacht werden können.
Überblick
- Voraussetzungen
- Software
- Konfiguration
Details
Voraussetzungen
ENV
course_env
Alle weiteren Schritte erfolgen mit der aktivierten Python-Umgebung.
source ~/devel/projects/course_env/bin/activate
Anschließend werden FastAPI und Uvicorn installiert:
pip install fastapi uvicorn
- FastAPI
- stellt das Web-Framework bereit, mit dem die Webseiten und Routen programmiert werden.
- Uvicorn
- startet die Anwendung und sorgt dafür, dass sie im Browser erreichbar ist.
Projektstruktur
cd ~/devel/projects/
course_web/
|── data/
| └── temperature.txt
└── src/
├── app.py
├── core/
│ ├── __init__.py
│ └── hardware.py
└── html/
├── led.html
├── history.html
└── temp.html
Temperaturverlauf: Daten anlegen
Die Messwerte werden in einer Textdatei (temperature.txt) gespeichert, damit der Verlauf nachvollziehbar bleibt (auch wenn gerade kein Browser geöffnet ist).
temperature.txt
Jede Zeile enthält Zeitstempel und Temperatur, getrennt durch ein Semikolon:
YYYY-MM-DD HH:MM:SS;TEMPERATUR
Beispiel:
2026-02-21 12:00:00;21.437
Software
Im folgenden Abschnitt werden die für die Webanwendung benötigten Python- und HTML-Dateien vorgestellt. Dazu gehören die Hardware-Anbindung über GPIO und den Temperatursensor, die HTML-Seiten zur Darstellung im Browser sowie die FastAPI-Anwendung, welche die Routen bereitstellt und die einzelnen Komponenten miteinander verbindet.
Für den Temperaturverlauf wird die Hardware-API erweitert:
- Messwerte in
temperature.txtspeichern (append) - Messwerte aus
temperature.txtladen (liste) - Messwerte löschen (reset)
API
Datei: /home/pi/devel/projects/course_web/src/core/hardware.py
import RPi.GPIO as GPIO import glob import time import os from datetime import datetime # ----------------------------- # API-Funktionen GPIO LED Ampel # ----------------------------- PIN_R = 17 PIN_Y = 27 PIN_G = 22 _initialized = False def init(): global _initialized if _initialized: return GPIO.setwarnings(False) GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(PIN_R, GPIO.OUT) GPIO.setup(PIN_Y, GPIO.OUT) GPIO.setup(PIN_G, GPIO.OUT) _initialized = True def setLED(pin, value): GPIO.output(pin, GPIO.HIGH if value == 1 else GPIO.LOW) def setRedLED(value): setLED(PIN_R, value) def setYellowLED(value): setLED(PIN_Y, value) def setGreenLED(value): setLED(PIN_G, value) def status(): return ( int(GPIO.input(PIN_R)), int(GPIO.input(PIN_Y)), int(GPIO.input(PIN_G)), ) # ----------------------------- # API-Funktionen ds18b20 # ----------------------------- SENSOR_TIMEOUT = 1 def get_sensor(): sensors = glob.glob("/sys/bus/w1/devices/28-*") if not sensors: return None return sensors[0] + "/w1_slave" def get_temperature(): sensor_file = get_sensor() if sensor_file is None: return None start_time = time.time() while True: with open(sensor_file, "r") as f: lines = f.readlines() if lines[0].strip().endswith("YES"): break if time.time() - start_time > SENSOR_TIMEOUT: return None time.sleep(0.1) temp_line = lines[1] temp_str = temp_line.split("t=")[1] return float(temp_str) / 1000.0 # ----------------------------- # Temperaturverlauf (History) # ----------------------------- # Datei-Format: YYYY-MM-DD HH:MM:SS;TEMPERATUR # Beispiel: 2026-02-21 12:00:00;21.437 DEFAULT_LOG_FILE = "/home/pi/devel/projects/course_web/data/temperature.txt" def _ensure_parent_dir(path: str): parent = os.path.dirname(path) if parent and not os.path.exists(parent): os.makedirs(parent, exist_ok=True) def history_append(value: float, log_file: str = DEFAULT_LOG_FILE) -> bool: """ Speichert einen Messwert mit Zeitstempel in temperature.txt. Rückgabe: True wenn erfolgreich, sonst False. """ try: _ensure_parent_dir(log_file) ts = datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S") with open(log_file, "a") as f: f.write(f"{ts};{value:.3f}\n") return True except Exception: return False def history_reset(log_file: str = DEFAULT_LOG_FILE) -> bool: """ Löscht die Messdatei (setzt den Verlauf zurück). Rückgabe: True wenn erfolgreich, sonst False. """ try: _ensure_parent_dir(log_file) with open(log_file, "w") as f: f.write("") return True except Exception: return False def history_load(log_file: str = DEFAULT_LOG_FILE, max_lines: int = 2000): """ Lädt Messwerte aus temperature.txt. Rückgabe: (labels, values) labels: Liste von Zeitstempeln (String) values: Liste von Temperaturen (float) Hinweis: max_lines begrenzt die Menge (für Browser/Performance). """ labels = [] values = [] try: with open(log_file, "r") as f: lines = f.readlines() except FileNotFoundError: return labels, values except Exception: return labels, values # nur die letzten max_lines verwenden if max_lines and len(lines) > max_lines: lines = lines[-max_lines:] for line in lines: line = line.strip() if not line: continue try: ts, val = line.split(";") labels.append(ts) values.append(float(val)) except Exception: continue return labels, values
HTML
History
Datei: /home/pi/devel/projects/course_web/src/html/history.html
<!DOCTYPE html> <html> <head> <title>Temperaturverlauf</title> <meta charset="utf-8" /> </head> <body> <h1>Temperaturverlauf</h1> <h2>Aufzeichnung</h2> <a href="/history/start">Start</a> <a href="/history/stop">Stop</a> <a href="/history/reset">Reset</a> <h2>Intervall (Minuten)</h2> <a href="/history/interval/1">1</a> <a href="/history/interval/5">5</a> <a href="/history/interval/10">10</a> <h2>Diagramm (SVG)</h2> <img src="/history/plot" alt="Temperaturverlauf" /> <br><br> <a href="/">Zurück</a> </body> </html>
FASTAPI APP
Datei: /home/pi/devel/projects/course_web/src/app.py
from fastapi import FastAPI, HTTPException from fastapi.responses import HTMLResponse, RedirectResponse, Response from core import hardware import threading import time app = FastAPI() recording = False interval_seconds = 60 _collector_started = False _lock = threading.Lock() def _collector_loop(): global recording while True: if recording: t = hardware.get_temperature() if t is not None: hardware.history_append(t) time.sleep(interval_seconds) def _ensure_collector(): global _collector_started with _lock: if _collector_started: return th = threading.Thread(target=_collector_loop, daemon=True) th.start() _collector_started = True @app.on_event("startup") def startup(): hardware.init() _ensure_collector() def load_template(name, replacements): try: with open(f"html/{name}", "r") as f: html = f.read() except FileNotFoundError: raise HTTPException(status_code=500, detail="Template nicht gefunden") for key, value in replacements.items(): html = html.replace(key, str(value)) return html @app.get("/led", response_class=HTMLResponse) def led_page(): r, y, g = hardware.status() return HTMLResponse( load_template("led.html", { "{{R}}": r, "{{Y}}": y, "{{G}}": g }) ) @app.get("/led/{color}/{value}") def set_led(color: str, value: int): if value not in (0, 1): raise HTTPException(status_code=400) if color == "r": hardware.setRedLED(value) elif color == "y": hardware.setYellowLED(value) elif color == "g": hardware.setGreenLED(value) else: raise HTTPException(status_code=400) return RedirectResponse(url="/led", status_code=303) @app.get("/temp", response_class=HTMLResponse) def temp_page(): t = hardware.get_temperature() if t is None: value = "Sensorfehler" else: value = f"{t:.2f}" return HTMLResponse(load_template("temp.html", {"{{T}}": value})) # ----------------------------- # History (Temperaturverlauf) # ----------------------------- @app.get("/history", response_class=HTMLResponse) def history_page(): return HTMLResponse(load_template("history.html", {})) @app.get("/history/start") def history_start(): global recording recording = True return RedirectResponse(url="/history", status_code=303) @app.get("/history/stop") def history_stop(): global recording recording = False return RedirectResponse(url="/history", status_code=303) @app.get("/history/reset") def history_reset(): hardware.history_reset() return RedirectResponse(url="/history", status_code=303) @app.get("/history/interval/{minutes}") def history_interval(minutes: int): global interval_seconds if minutes < 1: raise HTTPException(status_code=400) interval_seconds = minutes * 60 return RedirectResponse(url="/history", status_code=303) def _svg_plot(labels, values, width=900, height=300, pad=30): # sehr einfache SVG-Linie (ohne JS, ohne externe Libs) if not values: return f'<svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="{width}" height="{height}"><text x="20" y="40">Keine Daten</text></svg>' vmin = min(values) vmax = max(values) if vmax == vmin: vmax = vmin + 1e-6 n = len(values) x0 = pad y0 = pad w = width - 2*pad h = height - 2*pad def x(i): return x0 + (i * w / (n - 1 if n > 1 else 1)) def y(v): return y0 + (h - (v - vmin) * h / (vmax - vmin)) pts = " ".join([f"{x(i):.2f},{y(values[i]):.2f}" for i in range(n)]) # Achsen + Linie + Min/Max Text svg = [] svg.append(f'<svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="{width}" height="{height}">') svg.append(f'<rect x="0" y="0" width="{width}" height="{height}" fill="white" stroke="black" />') svg.append(f'<line x1="{pad}" y1="{height-pad}" x2="{width-pad}" y2="{height-pad}" stroke="black" />') svg.append(f'<line x1="{pad}" y1="{pad}" x2="{pad}" y2="{height-pad}" stroke="black" />') svg.append(f'<polyline fill="none" stroke="black" stroke-width="2" points="{pts}" />') svg.append(f'<text x="{pad}" y="{pad-8}" font-size="12">max: {vmax:.2f} °C</text>') svg.append(f'<text x="{pad}" y="{height-8}" font-size="12">min: {vmin:.2f} °C</text>') svg.append('</svg>') return "".join(svg) @app.get("/history/plot") def history_plot(): labels, values = hardware.history_load(max_lines=500) svg = _svg_plot(labels, values) return Response(content=svg, media_type="image/svg+xml")
Konfiguration
Apache Proxy
In der Datei /etc/apache2/sites-available/000-default.conf innerhalb von <VirtualHost *:80> ergänzen:
ProxyPreserveHost On ProxyPass /led http://127.0.0.1:8000/led ProxyPassReverse /led http://127.0.0.1:8000/led ProxyPass /temp http://127.0.0.1:8000/temp ProxyPassReverse /temp http://127.0.0.1:8000/temp ProxyPass /history http://127.0.0.1:8000/history ProxyPassReverse /history http://127.0.0.1:8000/history ProxyPass /history/ http://127.0.0.1:8000/history/ ProxyPassReverse /history/ http://127.0.0.1:8000/history/
Aktivieren
sudo a2enmod proxy sudo a2enmod proxy_http sudo systemctl restart apache2
Systemd
- /etc/systemd/system/course_web.service
[Unit] Description=Python Web FastAPI After=network-online.target Wants=network-online.target [Service] User=pi WorkingDirectory=/home/pi/devel/projects/course_web/src ExecStart=/home/pi/devel/projects/course_env/bin/uvicorn app:app --host 127.0.0.1 --port 8000 Restart=always [Install] WantedBy=multi-user.target
Registrierung
sudo systemctl daemon-reload sudo systemctl enable course_web sudo systemctl start course_web sudo systemctl status course_web
Test Temperaturverlauf
tail -n 20 /home/pi/devel/projects/course_web/data/temperature.txt
