樹(shù)莓派自定義“燈帶函數(shù)”

牟曉東

眾所周知，函數(shù)是程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的“基石”，即“組織好的、可重復(fù)使用的、用來(lái)實(shí)現(xiàn)單一或相關(guān)功能的代碼段”。Python本身提供了功能豐富的“內(nèi)置函數(shù)”，可以在命令行模式中輸入“dir （__builtins__）”命令進(jìn)行查看，例如求絕對(duì)值函數(shù)、求最大值和最小值函數(shù)，還包括input輸入和print輸出函數(shù)等（如圖1）。

此時(shí)，可以直接在命令行交互模式下使用內(nèi)置函數(shù)，比如輸入“abs（-7）”來(lái)求解-7的絕對(duì)值，回車后就會(huì)返回?cái)?shù)值7;輸入“max（0，6，-99，28）”求解四個(gè)數(shù)中的最大值，就會(huì)返回?cái)?shù)值28。另外，Python還支持用戶根據(jù)自己的不同需求進(jìn)行自定義函數(shù)操作，比如編寫一個(gè)能夠同時(shí)求解二數(shù)之和、之差的函數(shù)sum_sub（）：

def sum_sub（a，b）：

return（a+b，a-b）

輸入“sum_sub（8，5）”進(jìn)行測(cè)試，回車后就會(huì)返回兩個(gè)結(jié)果：13和3（如圖2）。

在開(kāi)源硬件編程中使用Python可以靈活地控制各種周邊硬件，從而實(shí)現(xiàn)更為豐富的功能。我們?cè)跇?shù)莓派中使用Python進(jìn)行函數(shù)的自定義編寫，控制燈帶模仿現(xiàn)實(shí)生活中十字路口的紅綠燈，分別是單函數(shù)“帶參”的紅綠燈帶和雙函數(shù)“無(wú)參”的紅綠燈帶。

1.準(zhǔn)備工作

將可編程ws281x燈帶通過(guò)古德微擴(kuò)展板的18號(hào)接口與樹(shù)莓派連接，注意燈帶的三根引線分別標(biāo)注+5V、GND和Din，不要接反。

在樹(shù)莓派中通過(guò)Python編程控制燈帶需要安裝rpi_ws281x庫(kù)模塊，因此需要通過(guò)“Windows的遠(yuǎn)程桌面”連接樹(shù)莓派。在控制終端命令行模式中輸入命令：“sudo pip3 install rpi_ws281x adafruit-circuitpython-neopixel”，回車后等待進(jìn)度條到達(dá)100%后會(huì)有“Successfully installed”的提示（如圖3）。

2.Python單函數(shù)“帶參”控制紅綠燈帶

（1）首先，以“ws”為別名導(dǎo)入rpi_ws281x庫(kù)：“import rpi_ws281x as ws”，再導(dǎo)入time庫(kù)中的sleep函數(shù)：“from time import sleep”;接著，設(shè)置燈帶中激活的“燈珠”數(shù)量LED_COUNT值為60：“LED_COUNT = 60”，燈帶接入的端口號(hào)LED_PIN是18號(hào)：“LED_PIN = 18”，并且創(chuàng)建燈帶對(duì)象strip，實(shí)例化PixelStrip，參數(shù)為L(zhǎng)ED_COUNT和LED_PIN：“strip = ws.PixelStrip（LED_COUNT， LED_PIN）”，語(yǔ)句“strip.begin（）”的作用是對(duì)燈帶進(jìn)行初始化。

（2）接下來(lái)自定義“帶參”（參數(shù)為color）的lights（）函數(shù)：“def lights（color）：”，注意后面有英文冒號(hào)。

（3）建立四分支選擇結(jié)構(gòu)，特別要注意Python的“四空格”縮進(jìn)。

第一分支為“if color == 'red'：”，即函數(shù)參數(shù)為“red”時(shí)，使用循環(huán)結(jié)構(gòu)控制60個(gè)燈珠全部發(fā)紅光，RGB值為（100，0，0）;不要忘記對(duì)燈帶進(jìn)行刷新操作：“strip.show（）”。

第二和第三分支分別為“elif color == 'green'：”和“elif color == 'yellow'：”，即函數(shù)參數(shù)為“green”和“yellow”時(shí)，使用循環(huán)結(jié)構(gòu)控制60個(gè)燈珠全部發(fā)綠光、黃光，RGB值分別為（0，100，0） 和（100，100，0）;也要對(duì)燈帶進(jìn)行刷新操作：“strip.show（）”。

第四分支為“else：”，即函數(shù)參數(shù)為空字符串，控制60個(gè)燈珠全部熄滅，RGB值為（0，0，0）。

（4）主程序是一個(gè)“while True：”循環(huán)結(jié)構(gòu)，通過(guò)傳遞不同的參數(shù)對(duì)lights（）函數(shù)進(jìn)行調(diào)用。先傳遞“green”參數(shù)亮綠燈：“l(fā)ights（'green'）”，持續(xù)4秒鐘：“sleep（4）”;再建立執(zhí)行三次的循環(huán)結(jié)構(gòu)：“for i in range（3）：”，傳遞參數(shù)為空字符串，關(guān)閉燈帶：“l(fā)ights（' '）”，0.1秒后再次亮起綠燈：“l(fā)ights（'green'）”，持續(xù)0.1秒后傳遞“yellow”參數(shù)亮黃燈：“l(fā)ights（'yellow'）”;持續(xù)2秒后傳遞“red”參數(shù)亮紅燈：“l(fā)ights（'red'）”，再持續(xù)5秒后結(jié)束本次循環(huán);進(jìn)入下一次循環(huán)：亮綠燈……

（5）保存程序?yàn)閠est_lights11.py，在命令行窗口中輸入命令“sudo python3 test_lights11.py”運(yùn)行測(cè)試，一個(gè)燈帶式的“紅綠燈”開(kāi)始工作起來(lái)，這就是Python單函數(shù)“帶參”紅綠燈帶（如圖4）。

3.Python雙函數(shù)“無(wú)參”控制紅綠燈帶

（1）第一部分庫(kù)模塊的導(dǎo)入和對(duì)燈帶進(jìn)行初始化的代碼與剛才一致，直接復(fù)制和粘貼。整條燈帶的60個(gè)燈珠編號(hào)為0-59，將其均分為四組：0-14、15-29、30-44和45-59，其中的0-14和30-44對(duì)應(yīng)“十字路口”的X方向，而15-29和45-59則對(duì)應(yīng)Y方向。

（2）定義X方向上的x_lights（）函數(shù)：“def x_lights（）：”：

第一部分的“for i in range（15）”“亮綠燈”（0，100，0）代碼，包括0-14、30-44兩組燈珠，注意30-44的表示方法是“i+30”，也就是同時(shí)控制X方向馬路正面和對(duì)面;不要忘記添加燈帶刷新代碼“strip.show（）”，綠燈保持亮5秒：“sleep（5）”，省略了綠燈閃爍過(guò)程（可自行添加內(nèi)循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)）;

第二部分“亮黃燈”（100，100，0）代碼，復(fù)制粘貼后，只須改RGB顏色值即可，黃燈保持亮2秒：“sleep（2）”;

第三部分“亮紅燈”代碼，也是粘貼操作，改RGB值為（100，0，0），注意最后不必使用sleep（）控制紅燈持續(xù)亮的時(shí)間。

（3）定義Y方向上的y_lights（）函數(shù)：“def y_lights（）：”：

復(fù)制x_lights（）函數(shù)粘貼為y_lights（）函數(shù)，只修改三個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)中range（）的參數(shù)為“15，30”即可，因?yàn)閅方向控制的是15-29、45-59兩組燈珠，同樣也是使用“i+30”來(lái)表示45-59。

兩個(gè)函數(shù)代碼編寫完畢，最后寫主程序的“while True：”循環(huán)結(jié)構(gòu)，直接調(diào)用x_lights（）和y_lights（）即可。

保存程序?yàn)閠est_lights12.py，在命令行窗口中輸入命令“sudo python3 test_lights12.py”運(yùn)行測(cè)試，模擬十字路口的四個(gè)方向紅綠燈工作過(guò)程：紅燈停、綠燈行，黃燈亮了等一等……這就是Python雙函數(shù)“無(wú)參”紅綠燈帶（如圖5）。