Python编写带界面的HFSS小工具：打包成exe文件教程

1、外部控制HFSS有什么好处？

作为一名天线工程师，HFSS是是工作中使用频率非常高的仿真软件，其性能强大，且简单易用，并且支持用脚本进行二次开发。

然而，在日常工作中，仍然有些繁琐的操作，靠软件本身难以满足，比如画多个波束叠加的方向图，也就是一张图里面叠加多条方向图曲线，需要不停地复制、粘贴、修改馈电相位。。。既费时又容易出错。虽然可以编写脚本来实现自动化操作，然而工程一换，条件一变，又得重新编写，让人非常烦恼

又如，希望通过算法来优化天线图形，需要控制HFSS画图——导出结果——优化图形，依靠HFSS自身脚本则难以满足。

于是，我就构思写一个能从外部控制HFSS的小程序，具有简单的界面，并能通过手动输入参数，应对各种不同的工程文件，而且还要能形成exe文件，方便分享。

在网上查了一下，还真没找到实现类似功能的介绍，好在自己有一定的编程基础，于是花了两天时间，自己动手造了一个。。。

在这个过程中，我总结主要有三个难点（坑）：

• 如何用Python 从外部控制HFSS；
• 如何编写一个简单的GUI（图形界面）；
• 如何在离线环境中，用pyinstaller打包出一个体积10M左右，可单独执行的exe；

Ok，介绍完毕，Let's go！

2、如何用Python控制HFSS

这部分内容相对简单，我以前写过一个系列文章，其中就用到了这个技术。

Python可采用win32com模块来控制HFSS，如果没有win32com模块，则应调出命令提示符，输入pip install pywin32，安装该模块。

成功安装后，新建HFSS_controller.py，输入代码如下：

from win32com import client
  
class Handler:
    def __init__(self):
        self.oAnsoftApp = client.Dispatch('AnsoftHfss.HfssScriptInterface')
        self.oDesktop = self.oAnsoftApp.GetAppDesktop()
        self.oProject = self.oDesktop.GetActiveProject()
        self.oDesign = self.oProject.GetActiveDesign()
        self.prj_name = self.oProject.GetName()
        self.des_name = self.oDesign.GetName()

接着打开HFSS——新建工程，然后运行以下代码（实例化Handler），可见已能成功获取当前打开的工程（Project）和设计（Design）的名称。

if __name__ == '__main__':
    h = Handler()
    print('Prj: ', h.prj_name)
    print('Des: ', h.des_name)

>>> Prj:  Project1
>>> Des:  HFSSDesign1

同时注意到，在HFSS同一个窗口中选取其他Project和Design时，再次运行程序，输出结果也会发生相应变化，说明Python可有效控制HFSS。

注意：如果运行代码时没有打开HFSS，程序会自动打开HFSS，并创建一个新的工程，此时，如果电脑打开HFSS比较慢，会出现“假死”的情况。

3、如何用Tk写一个简单的GUI

Python的GUI实现途径很多，常用的有Tkinter、PyQt、Kivy等，选择Tkinter一是因为Python自带，无需额外安装，二是该例子很简单，Tkinter性能足亦，三是后续打包相对方便。

然而，选择Tkinter（简称Tk）的最主要缺点是：界面比较丑 。。。下面是其基本功能的实现代码。

from tkinter import *
from win32com import client

# HFSS控制器，代码见前，略
class Handler:
    def __init__(self):
	...

# 回调函数：对应“连接”按钮
def connect():
    global h
    h = Handler()
    prj_name.set(h.prj_name)
    des_name.set(h.des_name)

# GUI主界面设置
main = Tk()
main.geometry('300x200')
main.title('HFSS控制器')

# 1、控制按钮设置
connect_btn = Button(main, text='连接', command=connect)
connect_btn.grid(row=0, column=0)

# 2、显示Project信息
Label(main, text='工程名: ').grid(row=1, column=0)
prj_name = StringVar()
Label(main, textvariable=prj_name).grid(row=1, column=1)

# 3、显示Design信息
Label(main, text='设计名: ').grid(row=2, column=0)
des_name = StringVar()
Label(main, textvariable=des_name).grid(row=2, column=1)

# 运行（Loop）
main.mainloop()

运行以后，可以得到如下界面：

点击连接按钮，可以在界面中获取HFSS信息（同样注意，HFSS应是打开状态）。

当然，该段代码只是实现了最最基本的功能，此处可以尽情发挥脑洞，并结合HFSS的代码帮助.pdf（下图位置打开），开发控制HFSS的各种功能。

比如，加入了如下一段方法后，可以实现控制HFSS画矩形的功能。

class Handler:
    def __init__(self):
        ...  # 省略，详细见前

    # 新增方法：画矩形
    def draw_rec(self, x, y, z, name, axis='Z'):
        self.oEditor = self.oDesign.SetActiveEditor("3D Modeler")
        self.oEditor.CreateRectangle(
            ...	 # 代码省略，见pdf中CreateRectangle
              )

# 回调函数：画矩形，对应“画矩形”按钮
def draw_a_rectangle():
    h.draw_rec(100, 50, 0, 'a')

# 画矩形
rec_btn = Button(main, text='画一个矩形', 
                 command=draw_a_rectangle)
rec_btn.grid(row=3, column=0)

然后即可实现在程序中控制HFSS画一个矩形。

3、如何用pyinstaller打包成exe

如果你想将写好的程序发给其他人使用，就需要将py文件打包，例如在Windows电脑上运行，则需要打包成exe文件。

这个时候，将遇到Python的一个大坑 ！网上教程一般会推荐采用pyinstaller打包，然后折腾半天后，你会发现打包的exe体积接近200Mb，而且打开速度巨慢无比！确实让人沮丧，这还如何分享？？

然而我没有放弃，经过反复研究后，我发现核心原因是不能在集成环境（比如Anaconda ）中的python.exe作为解释器来打包py，否则会载入太多无用的包，正确的操作步骤如下：

A、在官网下载纯净的python并安装，新建一个文件夹，拷贝py文件，然后在Pycharm 中：File——Settings——Project: XX（XX为你的工程名）——Project Interpreter，在下拉菜单中选择Show All，点击+号，然后选择纯净的python.exe，Pycharm会创建一个新的虚拟环境。

B、安装必要的模块：pywin32和pyinstaller，有两种安装方式：一是在刚才的界面中点击+号安装，二是在Pycharm集成的console中通过pip来安装，如下图（注意命令行前有venv标识，代表这是虚拟环境，这个时候安装的包不会影响虚拟环境外的Python）

注意：如果和我一样在一个不能联网的工作环境（不要问我为什么 ），则只能手动下载.whl或者.tar.gz文件，然后通过pip进行安装。

C、在命令行中输入

pyinstaller -F -w HFSS_controller.py

顺利的话则开始打包程序，完成后在当前目录下的dist文件夹出现可执行文件如下：

可见打包出来的exe只有10Mb左右，且运行顺利，NICE！

4、总结

本文介绍了采用Python控制HFSS的思路，并通过Tk编写了一个简易的界面，然后通过Pyinstaller打包成exe，完成了一个可直接执行、带界面的HFSS控制程序。大家可以按照这个思路，构建属于自己的HFSS自动化小工具，并且分享给同事。