小小捕光儀

張嘉宇 DFRobot課程設計工程師，編纂設計“Mind+Python編程入門系列課程”“Mind+Python編程進階系列課程”“BXY高中信息技術教程”等系列課程，曾帶隊參加VEX機器人世界錦標賽獲分區冠軍。

教學背景

在日常生活中，光線的強弱對人類的情緒有著很大的影響。無論是積極還是消極的情緒，愈明亮的光線愈會讓這種情感加劇。也正因此，書房、廚房等一些具有實用功能的家居環境，往往會采用較強光線的燈光，這樣更能讓人集中精神，情緒飽滿地投入工作或家務。而臥室則適合較弱光線的燈光，給人一種溫馨舒適的感覺，有助于放松身心。然而，僅憑主觀的感受很難精準地判斷光線強弱，那如何才能獲悉環境光的大小，繼而判斷家庭中各個房間的燈光是否合理呢？本節課我們將利用行空板來制作一個捕光儀，以便更好地了解房間的環境光強度，適時做出調整。

教學目標

1.認識光線傳感器的特點及功能。

2.了解Pinpong庫的實現原理、設計理念、編程規范等。

3.學會使用Pinpong庫檢測光線值的方法。

4.掌握使用Unihiker庫顯示圖片、切換文字及圖片的方法。

教學重難點

教學重點 在Python環境下，使用Unihiker庫編寫程序顯示并更新圖片和文字，使用Pinpong庫編寫程序檢測環境的光線值。

教學難點 使用Pinpong庫編寫程序檢測環境的光線值。

教學準備

行空板、Type-C&Micro二合一USB線、Mind+編程軟件。

教學過程

一、情境導入

師：同學們，在我們的家中，廚房和臥室使用的燈具是不是往往光線強弱不一樣呢？大家知道這是為什么嗎？

學生思考、回答……

師：同學們說得都很好，廚房常常選擇強光燈，這樣更能讓人集中精神投入家務，臥室選擇弱光燈，給人一種溫馨舒適的感覺，有助于放松身心。然而，我們僅憑主觀的感受很難精準地判斷光線強弱，那如何才能獲悉環境光的強弱，繼而判斷家庭中各個房間的燈光是否合理呢？

學生思考并討論。

師：解決這個問題的方法有很多，這節課上，讓我們利用行空板來制作一個捕光儀，更好地了解房間的環境光強度吧。

二、講授知識

教師先對理論知識進行教授，為學生后期應用開發鋪墊知識基礎。

1.光線傳感器

光線傳感器是一種能夠將光信號轉換成電信號的器件，可用于檢測光線值。行空板的光線傳感器是內置在板子上的，如圖1，檢測時返回的是一個模擬量，數值范圍在0～4095，光線越亮數值越高，光線越暗數值越低。

2.Pinpong庫通用知識及功能

師：通過Mind+軟件，我們可以將行空板與計算機連接起來，但如何才能使行空板上的元器件運行起來呢？這里我們就需要使用Pinpong庫。

Pinpong庫是一套控制開源硬件主控板的Python庫，原理是給開源硬件燒錄一個特定的固件，使開源硬件可以通過串口與電腦通信，執行各種命令。Pinpong庫的名稱由“Pin”和“Pong”組成，“Pin”指引腳，“Pinpong”為“乒乓球”的諧音，指信號的往復。Pinpong庫的設計，能讓開發者在開發過程中將重點放在程序功能的實現，不被繁雜的硬件型號束縛。哪怕程序編寫初期用其他板子開發，部署時改成了行空板，只要修改一下硬件的參數就能正常運行，實現“一次編寫，處處運行”。

師：行空板上的所有硬件都可以通過Pinpong庫來控制嗎？

學生思考、討論并回答。

師：事實上，整個行空板由一塊單板機和單片機系統組成。單片機系統類似一塊Arduino，而單板機我們可以當作一臺小電腦，無論是單片機上接的接口、傳感器等元器件，還是單板機上接的麥克風、USB口等設備，都可以通過Python庫來控制。

使用Pinpong庫控制行空板時，需要先初始化板子，而由于Pinpong庫的“pinpong.board”包中已經提供了相應的Board類，因此我們需要從中先導入這個模塊。同樣的，為了能夠控制行空板上各元器件，我們也需要導入“pinpong.extension.unihiker”模塊，并在初始化語句中輸入主控板型號和主控板端口號，不輸入則進行自動識別。

初始化板子后，可通過Pinpong庫中的“light.read（）”指令讀取光線值。其中，“light.read（）”表示讀取光線值，是固定用法，可以用“Light”作為變量，存儲讀取到的光線值。

3.Unihiker庫GUI類draw_image（）方法顯示圖片

GUI類中的draw_image（）方法可以實現在行空板屏幕上顯示圖片，在編程時，通過“對象.方法名（）”的形式來實現功能，同時，此方法會返回一個圖片對象，使用變量存儲起來，方便后續進行對象更新操作。

圖片一般按照寬高最小邊等比例縮放，可省略，若寬高參數都省略則保持原圖分辨率，這里我們可以使寬高和屏幕保持一致，如圖2。當需要設定圖片的位置時，也可通過固定x和y的值來確定圖片的橫縱坐標，位置為（0，0）時可省略。

4.Unihiker庫GUI類通用知識及功能

行空板屏幕上顯示的所有元素對象可稱為控件，如圖片、文字、表情、按鈕等。控件對象在初次生成后是可以改變的，我們可以通過“對象.config（）”的形式來實現。例如，我們先讓行空板顯示一張初始的背景圖“light-1.png”，并將它存儲到變量img（圖像控件）中，通過config更新控件對象的方式將背景圖換成“light-2.png”。再比如，我們先在（153，28）坐標位顯示一行文字，內容為“800”，并將它存儲到了變量value（文字控件）中，能通過config更新控件對象的方式將文字內容換成“666”。

三、動手實踐

師：接下來，讓我們動動手，通過行空板板載的光線傳感器實時檢測光線值，將它顯示在屏幕上，同時將光線值均勻劃分為4個不同的等級，并以此顯示不同亮度的小燈圖。

1.硬件搭建

學生通過USB連接線將行空板連接到計算機，如圖3。

2.軟件配置

教師指導學生配置Mind+軟件，依次“啟動軟件—創建與保存項目文件—創建與保存Python文件—導入圖片素材”，如圖4。

3.程序編寫

教師講解各分功能段的程序代碼，包括導入所需功能庫、實例化GUI類并在行空板屏幕上顯示背景圖和初始光線值、循環檢測光線值并更新數值顯示及圖片等。在設計循環檢測光線值并更新數值顯示功能段程序時，為了使光線值能夠每隔一秒不間斷地被監測，并更新顯示在屏幕上，建議使用while語句。掃描二維碼可獲取完整代碼資料。

4.運行程序

教師指導學生一起運行程序，并從不同的角度給行空板光線傳感器打光。學生會發現屏幕上方的光線值每隔一定的時間就會變化，而小燈的亮度及進度條的填充度也在相應地改變。光線越強，數值越大，小燈越亮，進度條填充度也越高，如圖5。

四、拓展與提升

教師和學生討論，當光線值過大（光線值>3072）或過小（光線值<1024）時，應如何編寫程序，在行空板屏幕上顯示“光線值過大/過小”的文字提醒。

教學反思

本課通過設計制作捕光儀，讓學生學會觀察生活，發現生活中一些現象背后的原因和問題，然后通過學習新的技術尋找解決問題的方法。

在教學方法上，本節課多數教學環節都會通過提問互動的方式進行，讓學生能夠充分思考。在項目實踐過程中，筆者將任務進行拆解，讓學生在一個個小任務中逐步發現問題和解決問題，不僅鍛煉了學生的思維能力，同時也提升了綜合素養。

（本課件由DF創客社區推薦）