多途径实现Arduino“红外感应灯”

2021-08-11牟晓东

电脑报 2021年30期

牟晓东

在Arduino开源硬件编程中，常规实现方法是在Arduino IDE环境中进行C语言（包括C++）式的代码编程，代码精简、效率比较高。中小学生通常是从图形化编程入手，通过将高度集成编译好的“积木”式模块进行组合来实现同样的编程效果，比如Mind+、Mixly等等。除此之外，我们还可以在Python中借助PinPong库模块的引入进行代码编程，也能够让Arduino控制各种外设来实现非常丰富的功能。以“红外感应灯”为例——当有物体靠近（默认为2～30cm范围）时，Arduino控制LED灯发光;否则，LED灯保持熄灭状态。

1.实验器材与电路连接

实验器材：Arduino UNO主板一个，红外线传感器一个，红色LED灯一支，三色公对母杜邦线各一根。首先将LED灯长腿（正极）插入13号引脚，短腿（负极）插入与之相邻的GND接地引脚;接着将三根杜邦线一端与红外传感器相连，红色线将VCC引脚与Arduino的5V引脚连接，黑色线负责接地（两端均连接GND），黄色线将红外传感器的OUT信号输出端与Arduino的7号引脚相连;最后，通过数据线将Arduino与计算机USB接口连接，准备开始编程（如图1）。

2.常规Arduino IDE代码编程实现“红外感应灯”

首先，在Arduino IDE中进行两个变量的定义与赋值，语句“int led = 13;”对应插接在13号引脚的红色LED灯，语句“int irSensorPin = 7;”对应插接在7号引脚的红外传感器;接着，在setup（）函数中写入两个语句：“pinMode（led，OUTPUT）;”的作用是声明LED灯的引脚（13号）为输出模式，而“pinMode（irSensorPin， INPUT）;”的作用是声明红外传感器引脚（7号）为输入模式。

最后，在loop（）函数中写入一个“if…else…”选择结构，其中的判断条件是“digitalRead（irSensorPin） == HIGH”，即判断从红外传感器中读取的数字信号是否为HIGH高电平;高电平是对应“没有物体进入检测范围”的情况，因此后面要写一个“digitalWrite（led，LOW）;”语句，控制LED灯处于低电平的熄灭状态;如果条件不成立，说明红外传感器检测到“有物体进入”，则在else后面写一个“digitalWrite（led，HIGH）;”语句，控制LED灯处于高电平的发光状态（如图2）。

将程序编译并上传，对红外感应灯进行检测：当没有物体靠近时，LED灯熄灭;而当有物体进入检测范围时，LED灯开始发光（如图3），直到物体移出后又熄灭。

3.Python代码编程实现“红外感应灯”

借助于PinPong第三方库模块，我们可以非常方便地在Python中对Arduino进行代码编程。首先需要在Python中进行PinPong库模块的安装，方法是在Python的脚本安装目录（比如：C：＼Users＼ZYYZ-BJ＼AppData＼Local＼Programs＼Pyth

on＼Python38＼Scripts）中按住Shift键的同时，在空白处点击右键并选择“在此处打开命令窗口”;接着在弹出的CMD窗口中输入命令“pip install pinpong”，回车后即可开始安装，成功后会显示“Successfully installed”的提示信息（如图4）。

首先，进入Python IDLE编程环境后新建一个Python文件，导入time和pinPong库模块：“import time”和“from pinpong.board import Board，Pin”;接着，通过语句“Board（“uno”）.begin（）”來实现对Arduino uno板型的初始化操作，同时还会自动识别端口号（比如COM9）;然后，建立led和irSensor两个变量，语句“led = Pin（Pin.D13， Pin.OUT）”的作用是设置连接在13号引脚的LED灯为信号输出端，语句“irSensor = Pin（Pin.D7， Pin.IN）”的作用是设置连接在7号数字引脚的红外传感器为信号输入端。

最后，在“while True：”循环结构中先建立变量Sensor_Value，并为其赋值为“irSensor.read_digital（）”，作用是读取红外传感器所监测到的数字信号;然后建立一个“if…else…”选择结构，对变量Sensor_Value的值进行“是否等于1”的判断，条件成立的话，说明未检测到有物体进入，则执行语句“led.write_digital（0）”，向LED灯的13号引脚写入低电平0，即保持熄灭状态;反之，则通过语句“led.write_digital（1）”向13号引脚写入高电平1，控制LED灯发光。语句“time.sleep（0.1）”的作用是控制每次循环运行均延迟0.1秒，防止消耗过多的系统资源而造成“死机”。

将程序保存后按功能键F5运行程序，Arduino红外感应灯开始“工作”：有物体靠近，亮灯;反之，熄灭。

4.Mind+图形化编程实现“红外感应灯”

运行Mind+进入图形化编程界面，难度比较低，直接通过“积木”块语句的拖动和组合：

首先在左侧通过点击“扩展”项添加“主控板”下的“Arduino Uno”，返回后在“循环执行”中建立一个“如果…那么执行…否则…”选择结构，同样是对插接在7号引脚的红外传感器进行数字信号读取;如果值为1，说明没有物体进入有效检测范围，则控制插接在13号引脚的LED灯熄灭——“输出为低电平”;反之，则“输出为高电平”，即控制LED灯发光（如图5）。