樹莓派“識(shí)色”圖形化編程案例二則

牟曉東

常規(guī)的顏色傳感器內(nèi)置有紅、綠、藍(lán)三基色傳感元器件，在濾色器的作用下從可視光的區(qū)域中進(jìn)行顏色數(shù)據(jù)的獲取，輸出RGB數(shù)值。如果將顏色傳感器接入樹莓派進(jìn)行“識(shí)色”，然后在古德微機(jī)器人網(wǎng)站進(jìn)行“積木”式圖形化編程，可以非常方便地開發(fā)出一些比較有趣、實(shí)用的創(chuàng)客作品模塊，比如看卡識(shí)色的“變色龍”燈帶和視覺障礙者的“紅綠燈語(yǔ)音提醒器”。

一、看卡識(shí)色的“變色龍”燈帶

1.功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)顏色傳感器獲取到不同卡片（或其他物體）的顏色信息，分解出對(duì)應(yīng)的RGB數(shù)值，作為燈帶60顆燈珠的發(fā)光三基色，相當(dāng)于“復(fù)制”卡片的顏色再“粘貼”到每一顆燈珠上，實(shí)現(xiàn)“變色龍”燈帶的顯示效果。

2.實(shí)驗(yàn)器材及連接

實(shí)驗(yàn)器材包括樹莓派3B+和古德微擴(kuò)展板各一塊，GY-33 TCS34725顏色傳感器（帶遮光筒）一個(gè)，可編程ws281x燈帶一條，公對(duì)母異色杜邦線四根，各種顏色卡片若干。

首先將燈帶插入擴(kuò)展板的18號(hào)引腳，注意三根線的標(biāo)注要與擴(kuò)展板一一對(duì)應(yīng);接著，將四根杜邦線一端連接顏色傳感器（VCC、GND、SCL和SDA端），另一端連接至擴(kuò)展板IIC接口（VCC、GND、CLK和DATA端）;最后，給樹莓派通電，啟動(dòng)操作系統(tǒng)（如圖1）。

3.進(jìn)行圖形化編程

訪問(wèn)古德微機(jī)器人網(wǎng)站（http：//www.gdwrobot.cn），登錄進(jìn)入自己賬號(hào)后點(diǎn)擊“設(shè)備控制”進(jìn)入“積木”界面，開始圖形化編程：

首先，通過(guò)模塊語(yǔ)句“設(shè)置GPIO‘18可控制燈帶‘60個(gè)燈珠并設(shè)置亮度為‘50”對(duì)燈帶進(jìn)行初始化;接著，建立一個(gè)“重復(fù)當(dāng)‘真執(zhí)行”的循環(huán)結(jié)構(gòu)，通過(guò)模塊語(yǔ)句“輸出調(diào)試信息‘獲取顏色檢測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)”，將顏色傳感器獲取的RGB數(shù)據(jù)以數(shù)組的形式在LOG調(diào)試信息區(qū)輸出，比如：“[172，144，240]”;然后建立三個(gè)變量：“紅色分量”、“綠色分量”和“藍(lán)色分量”，分別賦值為RGB數(shù)據(jù)列表中的“第一”、“第二”和“最后”序列值，即分別獲取對(duì)應(yīng)的顏色分量數(shù)值;再建立一個(gè)內(nèi)部循環(huán)結(jié)構(gòu)，設(shè)置60個(gè)燈珠的發(fā)光顏色為對(duì)應(yīng)的三個(gè)變量值;最后，添加“燈帶刷新顯示”模塊語(yǔ)句，控制燈帶按照設(shè)置的顏色效果發(fā)光，再添加“等待0.2秒”，防止程序運(yùn)行占用過(guò)多的系統(tǒng)資源而“死機(jī)”（如圖2）。

4.測(cè)試“變色龍”燈帶

將程序保存后點(diǎn)擊“連接設(shè)備”，再點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕進(jìn)行測(cè)試。此時(shí)，會(huì)在調(diào)試信息區(qū)不斷顯示由顏色傳感器實(shí)時(shí)獲取的各組RGB顏色數(shù)據(jù);嘗試將紅色、綠色、藍(lán)色和黃色卡片分別放置于顏色傳感器的遮光筒附近，燈帶立刻會(huì)隨之變色，發(fā)出對(duì)應(yīng)顏色的光（如圖3），實(shí)現(xiàn)了“變色龍”燈帶的顯示效果。

二、視覺障礙者的“紅綠燈語(yǔ)音提醒器”

1.功能實(shí)現(xiàn)

顏色傳感器“負(fù)責(zé)”實(shí)時(shí)檢測(cè)十字路口的紅綠燈變換情況，根據(jù)不同顏色的燈光信號(hào)信息，樹莓派控制音箱發(fā)出對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音提醒信息，比如“綠燈，行！”、“紅燈，停！”。

2.實(shí)驗(yàn)器材及連接

實(shí)驗(yàn)器材包括樹莓派3B+和古德微擴(kuò)展板各一塊，顏色傳感器一個(gè)，杜邦線四根，紅色、黃色和綠色LED燈各一支，音箱一個(gè)。

保持顏色傳感器與案例1相同的連接方式，然后，將紅色、黃色和綠色LED燈分別連接至擴(kuò)展板的5號(hào)、6號(hào)和12號(hào)引腳（注意長(zhǎng)腿為正極、短腿為負(fù)極），用來(lái)模擬路口紅綠燈;接著，將音箱的連接線插入樹莓派的圓形音頻輸出孔，通電，啟動(dòng)操作系統(tǒng)（如圖4）。

3.進(jìn)行圖形化編程

首先，建立一個(gè)名為“紅綠燈”的函數(shù)，作用是模擬路口“紅綠燈”實(shí)現(xiàn)的功能：綠燈（12號(hào)）亮10秒，閃爍三次，熄滅;黃燈（6號(hào)）亮3秒，熄滅;紅燈（5號(hào)）亮10秒，熄滅（如圖5）。

接著，建立對(duì)應(yīng)的子線程（注意名稱要與函數(shù)完全一致），對(duì)函數(shù)進(jìn)行調(diào)用;然后，再建立一個(gè)“重復(fù)當(dāng)‘真執(zhí)行”的循環(huán)結(jié)構(gòu)，將顏色傳感器獲取的顏色數(shù)據(jù)在LOG調(diào)試信息區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示輸出;建立兩個(gè)變量“紅色分量”和“綠色分量”，分別為其賦值為顏色傳感器輸出數(shù)據(jù)的RGB列表中的第一個(gè)和第二個(gè)數(shù)據(jù);建立第三個(gè)變量，名為“最大值分量”，為其賦值為RGB列表中數(shù)值最大的數(shù)據(jù)，表示RGB分量中最“占優(yōu)勢(shì)”的顏色對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù);接著，建立一個(gè)“如果…執(zhí)行…否則如果…執(zhí)行…否則…”三分支選擇結(jié)構(gòu)，判斷條件為“最大值分量”與“綠色分量”或“紅色分量”是否相等，相等則說(shuō)明對(duì)應(yīng)顏色的LED燈亮起，執(zhí)行的動(dòng)作分別是輸出文字調(diào)試信息和音箱播放對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音信息：“綠燈，行！”和“紅燈，停！”，注意要分別添加“等待3秒”模塊語(yǔ)句，作用是等待音箱播放完語(yǔ)音提醒;如果兩個(gè)條件均不符合，說(shuō)明是黃色LED燈亮起，則執(zhí)行“黃燈，等！”的文字信息輸出和提醒語(yǔ)音的播放（如圖6）。

4.測(cè)試“紅綠燈語(yǔ)音提醒器”

將程序保存后點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕進(jìn)行測(cè)試，“紅綠燈”LED開始循環(huán)閃亮工作，同時(shí)顏色傳感器在不斷檢測(cè)燈光的顏色，并且音箱中也會(huì)響起對(duì)應(yīng)的“綠燈，行！”、“黃燈，等！”和“紅燈，停！”提醒語(yǔ)音，實(shí)現(xiàn)了預(yù)設(shè)的視覺障礙者“紅綠燈語(yǔ)音提醒器”的功能（如圖7）。