藍橋杯樹莓派模擬題解析三：“電子測距儀”

牟曉東

本文以模擬題“電子測距儀”為例，進行題目解析。

第三題“電子測距儀”（難度系數3，25個計分點）：

在日常生活中，我們經常會需要測量距離，電子測距儀作為一種測距設備，可以很方便地幫助我們測出距離，現制作一個簡易的電子測距儀。

硬件準備：

1個按鍵模塊【接入25#引腳】，1個數碼管【接入IIC接口】，1個超聲波傳感器【接入超聲波專用接口】，杜邦線若干。

編程實現：

（1）程序開始時，數碼管沒有顯示;

（2）當按鍵按下并且按住時，數碼管顯示當前設備測試的距離值（只顯示整數部分），測量顯示的距離范圍為2-400cm;

（3）當測量到的距離大于400或者小于2cm時，數碼管顯示4個0;

（4）當按鍵松開時，數碼管不顯示;

（5）如此循環。

判斷標準：

3分：實現“編程實現”中的（1）;

5分：實現“編程實現”中的（2）;

7分：實現“編程實現”中的（3）;

5分：實現“編程實現”中的（4）;

5分：完全符合題意。

1.審題

“電子測距儀”的關鍵考點是使用分支選擇結構的嵌套，將超聲波傳感器檢測到的不同范圍距離值在數碼管上進行顯示;另外，還必須要特別注意數碼管的使用前設置（如先關閉再調節亮度等），以及如何單獨控制各個數字位的數據顯示。

（1）通常使用的HC-SR04超聲波傳感器的有效測距范圍為2-400cm，數碼管則最多可顯示四位數字;因此，題目中的要求（2）其實也只是使用了右側的1號、2號和3號低位數碼管，最左側的0號是處于“空閑”狀態。

（2）超聲波傳感器進行測距的返回值為9位小數，必須在輸出至數碼管顯示前進行“取整”操作;還要將這個三位數進行百位、十位和個位的逐一“分解”，分別輸出至數碼管的1號、2號、3號，這步操作是該題的難點，需要使用數學中的“除法”和“取余數”相結合的操作方法來實現。

（3）按鍵的編程控制部分需要使用“獲取25號按鈕檢測結果”語句，其返回結果為0和1，分別對應“松開”和“按下”兩種狀態。

2.實驗器材的安裝

按照題目要求，將按鍵模塊接入25號的三個引腳;超聲波傳感器有四個引腳，接入專用接口（擴展板的20和21號）;將數碼管的四個引腳（VCC、GND、SCL和SDA）接入IIC接口（Up列）;最后，給樹莓派接通電源，啟動操作系統（如圖1）。

3.編程實現“電子測距儀”

（1）進入平臺編程環境

訪問古德微機器人平臺（www.gdwrobot.cn）。

（2）數碼管的“預處理”

數碼管在調用前必須要先進行“關閉”的操作，而且題目（4）也明確有“按鍵松開時不顯示”的要求;由于數碼管的關閉需要逐個進行，為減少代碼數量，此時應該考慮建立函數“關閉數碼管”，順序關閉0-3號數碼管。同時，在程序開始調用該函數后，添加一條“設置0號數碼管的亮度為1”語句。

（3）構建“外層”分支選擇結構

建立變量“按鍵”，為其賦值為“獲取25號按鈕檢測結果”;接著建立“如果…執行…否則…”分支選擇結構，對變量“按鍵”的值是否為1進行判斷，是的話表示為“按下”狀態，準備實現題目中（2）和（3）的要求;否的話（值為0），關閉數碼管顯示，實現題目中（4）的要求。

（4）構建“內層”分支選擇結構

如果判斷按鍵為“按下”的狀態，則建立變量“距離”，賦值為“超聲波測距”，并且增加“獲取整數”處理后進行調試信息的LOG區輸出;接著再構建“如果…執行…否則…”分支選擇結構，判斷超聲波測量的距離值是否在2-400cm的正常測量范圍內;否的話，使用“設置0/1/2/3號數碼管顯示0”四個語句，控制顯示4個0，實現題目（3）的要求;是的話，建立變量“百位”、“十位”和“個位”：

為變量“百位”賦值為“距離除以100”，取出該三位數的最高位;

為變量“十位”賦值為先“距離除以100”后取余數、再將余數“除以10”;

為變量“個位”賦值為先“距離除以10”、再將商“取余數”。

最后，分別使用三個“設置1/2/3號數碼管顯示百位/十位/個位”，其中的“并顯示點0”的意思是控制不顯示數碼管中的小數點。

（5）完善細節

將相關語句按照題目要求放置于“重復當真”的循環結構中，在循環體內的兩層分支選擇結構的最后均添加一條“等待0.1秒”語句，防止循環過快（如圖2）。

4.調試程序

在平臺編程環境中點擊“連接設備”，正常的話再點擊“運行”按鈕，對照題目中的各種情況進行多次測試，包括程序開始和按鍵松開時“數碼管不顯示”、按鍵按下并且按住時的正常測距范圍（2-400cm）顯示實際測量值與超范圍時顯示4個0（如圖3），均實現了題目要求。

最后將程序按照要求保存為“03.txt”，下載并上傳至考試系統中即可。

5.程序“升級”

程序代碼仍然可以進行兩處改寫“升級”：

一是不建立變量“按鍵”，直接在外層分支選擇結構中將“獲取25號按鈕檢測結果”作為判斷條件，因為該返回值只有0和1，與按鍵的“松開”與“按下”是對應的——數值“1”在很多編程語言中都是表示邏輯真;二是將數碼管顯示0的四行語句從主程序中去除，將它們增加至新函數“數碼管顯示0”中，雖然在主程序中只調用一次，但整體的簡潔性會更好（如圖4）。

再次運行程序，同樣也能夠實現題目要求。