让虚谷号定时执行任务

谢作如

在去年的疫情期间，我用虚谷号做了一个能够定时打铃、广播的创客作品——定时铃声广播系统，让家里的作息时间和学校保持一致。想不到这个简单的作品吸引了很多朋友的目光，常常有人来询问作品的编程细节问题。

从功能上分析，我们常见的创客作品大都属于“动作触发”类型，借助传感器感知外界的信息，然后根据输入的信息来执行相应的动作。而定时铃声广播系统则是根据系统内部的时间进行触发，属于“时间触发”类型。这种作品的编程重点在于如何定时执行一个个任务，即实现定时任务或者任务调度功能。

● “定时任务”的技术分析

我们知道，现在的计算机操作系统都支持“多任务”（Multitasking）。虽然计算机的中央处理器（CPU）在同一时刻只能运行一个程序（双核心则支持两个），但是由于CPU的速度极快，每秒能执行几十亿条机器语言指令，因此系统可以划分出微秒级的时间片，通过合理的任务调度快速切换执行程序，从人类的角度看就是在同时运行了。

虚谷号上运行的是Linux系统，有很多方法实现任务调度。说起用Python代码实现定时执行任务，大家肯定会想到用“sleep”，代码如图1所示。

在循环中加“sleep”的做法显然不够好，最大的缺點是只能执行固定间隔时间的任务，不支持定时任务，如早上六点半播放起床铃声。另外，“sleep”是一个阻塞函数，也就是说在“sleep”这一段时间，计算机什么都不能做。因而，要实现很多任务的调度，一般会使用Python标准库中的sched模块，参考代码如图2所示。

sched模块在调度器类使用一个延迟函数，等待特定的时间执行任务，同时支持多线程应用程序，在每个任务执行后会立刻调用延时函数，以确保其他线程也能执行。但是，如果要调度的任务是周期性的，而且任务比较多，用sched模块实现依然不够方便。这时，我们需要使用功能更加强大的第三方库，如schedule或者APScheduler。

● Python的任务调度库Schedule简介

Schedule是一个非常小巧的任务调度库，其安装方法如下：

pip install schedule

Schedule的使用方法很简单，只要把要执行的任务封装为一个个函数，然后用Schedule去调用对应的函数名即可，代码可读性非常好。参考代码如下页图3所示。

看到“seconds.do”的语句，是不是立刻秒懂？这就是Schedule的最大优势之一。Schedule支持很多种调度任务的方法，具体如下表所示：

Schedule还支持传递参数，具体请参考Schedule的官方文档。

（地址：https：//schedule.readthedocs.io/en/stable/）

需要强调的是，Schedule也是阻塞型的。如果要避免阻塞，我们可以借助threading模块，以多线程的方式进行工作。

● 定时铃声广播系统的代码编写

我做的定时铃声广播系统并没有使用其他硬件，一块虚谷号加声卡和小音箱即可。当然，因为定时广播内容来自网络，如天气预报和英语听力，所以需要设置上网。这里的代码其实适用于绝大多数类似虚谷号的迷你电脑，如树莓派、拿铁熊猫，或者其他小型的电脑主机。

1.获取天气预报信息

这里采用的是“心知天气”的接口，用Requests获取，然后逐一取出需要的信息即可。参考代码如图4所示。

2.获取英语听力内容

通过Requests获取一个词典网站上的“每日一句”的内容，再用正则表达式找到需要的内容。参考代码如下页图5所示。

函数返回两个字符型变量，分别为文本和音频地址，如下页图6所示。

3.合成声音

虽然声音的合成可以直接用Pytts库，但如果追求语音的质量，则推荐调用百度AI平台的接口。考虑到突然间的语音播放会吓人一跳，我在播放语音前，先播放一个“叮”的提示音。参考代码如下页图7所示。

4.定时播放铃声

虽然核心代码看起来有点长（如下页图8），但它类似于计划任务的清单，一看就明白。

相关代码已经收集在虚谷号的课程中，下载地址为：https：//github.com/vvlink/vvBoard-docs。

● “定时任务”功能的应用

在中小学的创客作品中，“动作触发”类多如牛毛，而“时间触发”类却寥寥无几。其中的原因有很多。例如，之前习惯于使用Arduino，而Arduino没有内置时间模块，实现定时任务的功能有点麻烦，大家的思维被局限了。又如，定时任务往往在内部执行，在外部看不出工作流程，展示起来不直观。再如，很多作品并没有“真正”运行，仅仅停留在展示层面。“时间触发”类作品解决的是需要长期运行的问题。

生活中很多问题需要用定时执行的方式去解决，如定时打铃、定时开门、定时拍照等。当我们从Arduino、掌控板等单片机系统，逐步升级到虚谷号、树莓派、拿铁熊猫等能够运行Linux、Windows操作系统的迷你电脑时，借助于Python强大的第三方库，能够实现的功能就越来越多了。创客教师需要引导学生关注生活中的各种应用，不断提出新的需求，不断挑战新的难题。