多途徑實(shí)現(xiàn)Arduino“紅外感應(yīng)燈”

牟曉東

在Arduino開源硬件編程中，常規(guī)實(shí)現(xiàn)方法是在Arduino IDE環(huán)境中進(jìn)行C語言（包括C++）式的代碼編程，代碼精簡、效率比較高。中小學(xué)生通常是從圖形化編程入手，通過將高度集成編譯好的“積木”式模塊進(jìn)行組合來實(shí)現(xiàn)同樣的編程效果，比如Mind+、Mixly等等。除此之外，我們還可以在Python中借助PinPong庫模塊的引入進(jìn)行代碼編程，也能夠讓Arduino控制各種外設(shè)來實(shí)現(xiàn)非常豐富的功能。以“紅外感應(yīng)燈”為例——當(dāng)有物體靠近（默認(rèn)為2～30cm范圍）時(shí)，Arduino控制LED燈發(fā)光;否則，LED燈保持熄滅狀態(tài)。

1.實(shí)驗(yàn)器材與電路連接

實(shí)驗(yàn)器材：Arduino UNO主板一個(gè)，紅外線傳感器一個(gè)，紅色LED燈一支，三色公對母杜邦線各一根。首先將LED燈長腿（正極）插入13號(hào)引腳，短腿（負(fù)極）插入與之相鄰的GND接地引腳;接著將三根杜邦線一端與紅外傳感器相連，紅色線將VCC引腳與Arduino的5V引腳連接，黑色線負(fù)責(zé)接地（兩端均連接GND），黃色線將紅外傳感器的OUT信號(hào)輸出端與Arduino的7號(hào)引腳相連;最后，通過數(shù)據(jù)線將Arduino與計(jì)算機(jī)USB接口連接，準(zhǔn)備開始編程（如圖1）。

2.常規(guī)Arduino IDE代碼編程實(shí)現(xiàn)“紅外感應(yīng)燈”

首先，在Arduino IDE中進(jìn)行兩個(gè)變量的定義與賦值，語句“int led = 13;”對應(yīng)插接在13號(hào)引腳的紅色LED燈，語句“int irSensorPin = 7;”對應(yīng)插接在7號(hào)引腳的紅外傳感器;接著，在setup（）函數(shù)中寫入兩個(gè)語句：“pinMode（led，OUTPUT）;”的作用是聲明LED燈的引腳（13號(hào)）為輸出模式，而“pinMode（irSensorPin， INPUT）;”的作用是聲明紅外傳感器引腳（7號(hào)）為輸入模式。

最后，在loop（）函數(shù)中寫入一個(gè)“if…else…”選擇結(jié)構(gòu)，其中的判斷條件是“digitalRead（irSensorPin） == HIGH”，即判斷從紅外傳感器中讀取的數(shù)字信號(hào)是否為HIGH高電平;高電平是對應(yīng)“沒有物體進(jìn)入檢測范圍”的情況，因此后面要寫一個(gè)“digitalWrite（led，LOW）;”語句，控制LED燈處于低電平的熄滅狀態(tài);如果條件不成立，說明紅外傳感器檢測到“有物體進(jìn)入”，則在else后面寫一個(gè)“digitalWrite（led，HIGH）;”語句，控制LED燈處于高電平的發(fā)光狀態(tài)（如圖2）。

將程序編譯并上傳，對紅外感應(yīng)燈進(jìn)行檢測：當(dāng)沒有物體靠近時(shí)，LED燈熄滅;而當(dāng)有物體進(jìn)入檢測范圍時(shí)，LED燈開始發(fā)光（如圖3），直到物體移出后又熄滅。

3.Python代碼編程實(shí)現(xiàn)“紅外感應(yīng)燈”

借助于PinPong第三方庫模塊，我們可以非常方便地在Python中對Arduino進(jìn)行代碼編程。首先需要在Python中進(jìn)行PinPong庫模塊的安裝，方法是在Python的腳本安裝目錄（比如：C：＼Users＼ZYYZ-BJ＼AppData＼Local＼Programs＼Pyth

on＼Python38＼Scripts）中按住Shift鍵的同時(shí)，在空白處點(diǎn)擊右鍵并選擇“在此處打開命令窗口”;接著在彈出的CMD窗口中輸入命令“pip install pinpong”，回車后即可開始安裝，成功后會(huì)顯示“Successfully installed”的提示信息（如圖4）。

首先，進(jìn)入Python IDLE編程環(huán)境后新建一個(gè)Python文件，導(dǎo)入time和pinPong庫模塊：“import time”和“from pinpong.board import Board，Pin”;接著，通過語句“Board（“uno”）.begin（）”來實(shí)現(xiàn)對Arduino uno板型的初始化操作，同時(shí)還會(huì)自動(dòng)識(shí)別端口號(hào)（比如COM9）;然后，建立led和irSensor兩個(gè)變量，語句“l(fā)ed = Pin（Pin.D13， Pin.OUT）”的作用是設(shè)置連接在13號(hào)引腳的LED燈為信號(hào)輸出端，語句“irSensor = Pin（Pin.D7， Pin.IN）”的作用是設(shè)置連接在7號(hào)數(shù)字引腳的紅外傳感器為信號(hào)輸入端。

最后，在“while True：”循環(huán)結(jié)構(gòu)中先建立變量Sensor_Value，并為其賦值為“irSensor.read_digital（）”，作用是讀取紅外傳感器所監(jiān)測到的數(shù)字信號(hào);然后建立一個(gè)“if…else…”選擇結(jié)構(gòu)，對變量Sensor_Value的值進(jìn)行“是否等于1”的判斷，條件成立的話，說明未檢測到有物體進(jìn)入，則執(zhí)行語句“l(fā)ed.write_digital（0）”，向LED燈的13號(hào)引腳寫入低電平0，即保持熄滅狀態(tài);反之，則通過語句“l(fā)ed.write_digital（1）”向13號(hào)引腳寫入高電平1，控制LED燈發(fā)光。語句“time.sleep（0.1）”的作用是控制每次循環(huán)運(yùn)行均延遲0.1秒，防止消耗過多的系統(tǒng)資源而造成“死機(jī)”。

將程序保存后按功能鍵F5運(yùn)行程序，Arduino紅外感應(yīng)燈開始“工作”：有物體靠近，亮燈;反之，熄滅。

4.Mind+圖形化編程實(shí)現(xiàn)“紅外感應(yīng)燈”

運(yùn)行Mind+進(jìn)入圖形化編程界面，難度比較低，直接通過“積木”塊語句的拖動(dòng)和組合：

首先在左側(cè)通過點(diǎn)擊“擴(kuò)展”項(xiàng)添加“主控板”下的“Arduino Uno”，返回后在“循環(huán)執(zhí)行”中建立一個(gè)“如果…那么執(zhí)行…否則…”選擇結(jié)構(gòu)，同樣是對插接在7號(hào)引腳的紅外傳感器進(jìn)行數(shù)字信號(hào)讀取;如果值為1，說明沒有物體進(jìn)入有效檢測范圍，則控制插接在13號(hào)引腳的LED燈熄滅——“輸出為低電平”;反之，則“輸出為高電平”，即控制LED燈發(fā)光（如圖5）。

程序編寫完畢后點(diǎn)擊“上傳到設(shè)備”項(xiàng)，當(dāng)出現(xiàn)“上傳成功”提示后，Arduino紅外感應(yīng)燈可以根據(jù)對物體的監(jiān)測進(jìn)行“熄滅、發(fā)光”的自動(dòng)切換，與之前使用Arduino IDE和Python代碼編程所實(shí)現(xiàn)的效果完全一致，大家不妨一試。