藍橋杯樹莓派模擬題解析一：智能燈

牟曉東

藍橋杯大賽是工信部人才交流中心舉辦的全國性專業信息技術賽事，為了更加全面和科學地評測學生的科技素養、邏輯思維和編程能力，從2021年的第12屆起，青少組地區選拔賽開始采用STEMA評測考試。在11～18歲青少年創意編程大賽的STEMA測評Raspberry Pi樹莓派-高級組中，編程題往往會被精心設置一定難度的“坑兒”，需要參賽者仔細審題并慎重作答，《電腦報》將通過解析一系列模擬題讓大家更好地理解大賽的新變化。

第一題“智能燈”（難度系數1，18個計分點）：

隨著科技的發展，越來越多的設備都擁有了自己的“智能”，現在我們就來制作一個可以自己調節亮度的“智能燈”。

硬件準備：

1個光敏傳感器【接入A0#管腳】，1個LED小燈【接入5#管腳】，1個模數轉換模塊【接入專用接口】，杜邦線若干（公對母，母對母，公對公）

編程實現：

（1）程序開始時，LED燈點亮;

（2）當環境光線變暗時，LED燈的亮度自動調高變亮;

（3）當環境光線變亮時，LED燈的亮度自動調低變暗;

（4）如此循環。

判斷標準：

3分：實現“編程實現”中的（1）; 6分：實現“編程實現”中的（2）;

6分：實現“編程實現”中的（3）; 3分：完全符合題意。

1.審清題意，抓住關鍵點

“智能燈”的關鍵考點是“自己調節亮度”，通過光敏傳感器來監測周圍環境的光線值范圍，作為控制信號對LED燈進行亮度調節。

（1）光敏傳感器有兩種信號輸出：D（Digital）數字和A（Analog）模擬，本題需要使用的是模擬信號，數字信號的兩個值（0和1）無法實現信號的梯度大范圍變化，所以要安裝模數轉換模塊。

（2）編程時對LED燈進行“點亮”和“熄滅”有多種方法（包括“智能硬件”→“常用”中的“控制2號小燈亮”和“基礎”中的“設置GPIO2為有電”），但要實現亮度的明暗程度調節只能使用“基礎”中的“控制18號GPIO輸出PWM1000”語句來實現。PWM即“Pulse Width Modulation”，意思是“脈沖寬度調制”，在開源硬件編程中通常用來控制電機的轉速或LED燈的明暗程度（類似于武俠小說中“使用三成功力”的描述）。

（3）LED燈的PWM值范圍是0-3000，而光敏傳感器所檢測到的周圍環境光線模擬值是0-32767，二者間必須要使用“映射”進行數據比例轉換后才能去控制LED的亮度控制。

2.實驗器材的安裝

按照題目要求，首先將一支LED燈插入擴展板的5#管腳，特別要注意“長腿為正極、短腿為負極”;然后將模數轉換模塊的長針腳插入IIC區域，注意標注一定要正確對應;接著將光敏傳感器插入24號插孔，同樣要特別注意四個針腳的標注，VCC代表電源正極，GND代表接地，模擬信號端連接的是擴展板A0#管腳;最后，給樹莓派接通電源，啟動操作系統（如圖1）。

3.編程實現“智能燈”

（1）進入平臺編程環境

瀏覽器訪問http：//www.gdwrobot.cn/登錄古德微機器人平臺，點擊“設備控制”切換至“積木”編程區。

（2）光敏傳感器模擬信號的處理

建立變量“光線強度”，為其賦值為“基礎”中的“從ADS 0 獲取模擬信號”，因為光敏傳感器模擬信號端是插接在擴展板24號的A0#管腳;同時，可構建使用“輸出調試信息‘光線強度”語句，將該數據輸出顯示在LOG區。

（3）映射LED的PWM值

建立第二個變量“小燈PWM”，使用“映射數字”語句將“光線強度”的0-32767映射為自己的取值范圍：0-3000。由于中間很多數據不能整除會產生小數，因此需要在前面添加一個“獲取整數”模塊;同樣是為了程序調試的方便，再構建使用“輸出調試信息‘小燈PWM”語句。

（4）控制LED燈的亮度

添加“控制5號GPIO輸出PWM”語句，其參數設置為變量“小燈PWM”，實現從“光線強度”到“小燈PWM”控制LED燈亮度的功能。

（5）其他細節

將以上語句全部放置于“重復當真”的循環結構中，同時別忘記在循環體最后添加一條“等待0.1秒”語句，目的是防止該循環過快，大量占用系統資源。另外，在循環結構開始之前要添加“控制5號小燈亮”語句，實現題目第（1）問（程序開始時點亮LED燈）的要求（如圖2）。

4.運行程序，檢測“智能燈”

點擊“連接設備”，出現五個綠色對鉤提示，說明與樹莓派操作系統連接成功;接著點擊“運行”按鈕，可以觀察到LED燈被點亮。此時，借助小擋板將光敏電阻進行部分遮蓋（模擬環境光線變暗），LED燈的亮度開始提高，同時在LOG區也分別顯示有“光線強度”值（如15476、15998等）和“小燈PWM”值（如1416、1464等）（如圖3）。如果再嘗試使用手機的“手電筒”去照射光敏傳感器的話，也會觀察到LED燈的亮度會降低——需要將LED燈與光敏傳感器用擋板“隔離”（手電筒的光線會影響到對LED亮度的觀察）。

最后將程序按照要求保存為“01.txt”，下載并上傳至考試系統中即可。