蓝桥杯树莓派模拟题解析三：“电子测距仪”

牟晓东

本文以模拟题“电子测距仪”为例，进行题目解析。

第三题“电子测距仪”（难度系数3，25个计分点）：

在日常生活中，我们经常会需要测量距离，电子测距仪作为一种测距设备，可以很方便地帮助我们测出距离，现制作一个简易的电子测距仪。

硬件准备：

1个按键模块【接入25#引脚】，1个数码管【接入IIC接口】，1个超声波传感器【接入超声波专用接口】，杜邦线若干。

编程实现：

（1）程序开始时，数码管没有显示;

（2）当按键按下并且按住时，数码管显示当前设备测试的距离值（只显示整数部分），测量显示的距离范围为2-400cm;

（3）当测量到的距离大于400或者小于2cm时，数码管显示4个0;

（4）当按键松开时，数码管不显示;

（5）如此循环。

判断标准：

3分：实现“编程实现”中的（1）;

5分：实现“编程实现”中的（2）;

7分：实现“编程实现”中的（3）;

5分：实现“编程实现”中的（4）;

5分：完全符合题意。

1.审题

“电子测距仪”的关键考点是使用分支选择结构的嵌套，将超声波传感器检测到的不同范围距离值在数码管上进行显示;另外，还必须要特别注意数码管的使用前设置（如先关闭再调节亮度等），以及如何单独控制各个数字位的数据显示。

（1）通常使用的HC-SR04超声波传感器的有效测距范围为2-400cm，数码管则最多可显示四位数字;因此，题目中的要求（2）其实也只是使用了右侧的1号、2号和3号低位数码管，最左侧的0号是处于“空闲”状态。

（2）超声波传感器进行测距的返回值为9位小数，必须在输出至数码管显示前进行“取整”操作;还要将这个三位数进行百位、十位和个位的逐一“分解”，分别输出至数码管的1号、2号、3号，这步操作是该题的难点，需要使用数学中的“除法”和“取余数”相结合的操作方法来实现。

（3）按键的编程控制部分需要使用“获取25号按钮检测结果”语句，其返回结果为0和1，分别对应“松开”和“按下”两种状态。

2.实验器材的安装

按照题目要求，将按键模块接入25号的三个引脚;超声波传感器有四个引脚，接入专用接口（扩展板的20和21号）;将数码管的四个引脚（VCC、GND、SCL和SDA）接入IIC接口（Up列）;最后，给树莓派接通电源，启动操作系统（如图1）。

3.编程实现“电子测距仪”

（1）进入平台编程环境

访问古德微机器人平台（www.gdwrobot.cn）。

（2）数码管的“预处理”

数码管在调用前必须要先进行“关闭”的操作，而且题目（4）也明确有“按键松开时不显示”的要求;由于数码管的关闭需要逐个进行，为减少代码数量，此时应该考虑建立函数“关闭数码管”，顺序关闭0-3号数码管。同时，在程序开始调用该函数后，添加一条“设置0号数码管的亮度为1”语句。

（3）构建“外层”分支选择结构

建立变量“按键”，为其赋值为“获取25号按钮检测结果”;接着建立“如果…执行…否则…”分支选择结构，对变量“按键”的值是否为1进行判断，是的话表示为“按下”状态，准备实现题目中（2）和（3）的要求;否的话（值为0），关闭数码管显示，实现题目中（4）的要求。

（4）构建“内层”分支选择结构

如果判断按键为“按下”的状态，则建立变量“距离”，赋值为“超声波测距”，并且增加“获取整数”处理后进行调试信息的LOG区输出;接着再构建“如果…执行…否则…”分支选择结构，判断超声波测量的距离值是否在2-400cm的正常测量范围内;否的话，使用“设置0/1/2/3号数码管显示0”四个语句，控制显示4个0，实现题目（3）的要求;是的话，建立变量“百位”、“十位”和“个位”：

为变量“百位”赋值为“距离除以100”，取出该三位数的最高位;

为变量“十位”赋值为先“距离除以100”后取余数、再将余数“除以10”;

为变量“个位”赋值为先“距离除以10”、再将商“取余数”。

最后，分别使用三个“设置1/2/3号数码管显示百位/十位/个位”，其中的“并显示点0”的意思是控制不显示数码管中的小数点。

（5）完善细节

将相关语句按照题目要求放置于“重复当真”的循环结构中，在循环体内的两层分支选择结构的最后均添加一条“等待0.1秒”语句，防止循环过快（如图2）。

4.調试程序

在平台编程环境中点击“连接设备”，正常的话再点击“运行”按钮，对照题目中的各种情况进行多次测试，包括程序开始和按键松开时“数码管不显示”、按键按下并且按住时的正常测距范围（2-400cm）显示实际测量值与超范围时显示4个0（如图3），均实现了题目要求。

最后将程序按照要求保存为“03.txt”，下载并上传至考试系统中即可。

5.程序“升级”

程序代码仍然可以进行两处改写“升级”：

一是不建立变量“按键”，直接在外层分支选择结构中将“获取25号按钮检测结果”作为判断条件，因为该返回值只有0和1，与按键的“松开”与“按下”是对应的——数值“1”在很多编程语言中都是表示逻辑真;二是将数码管显示0的四行语句从主程序中去除，将它们增加至新函数“数码管显示0”中，虽然在主程序中只调用一次，但整体的简洁性会更好（如图4）。

再次运行程序，同样也能够实现题目要求。