小小捕光仪

张嘉宇 DFRobot课程设计工程师，编纂设计“Mind+Python编程入门系列课程”“Mind+Python编程进阶系列课程”“BXY高中信息技术教程”等系列课程，曾带队参加VEX机器人世界锦标赛获分区冠军。

教学背景

在日常生活中，光线的强弱对人类的情绪有着很大的影响。无论是积极还是消极的情绪，愈明亮的光线愈会让这种情感加剧。也正因此，书房、厨房等一些具有实用功能的家居环境，往往会采用较强光线的灯光，这样更能让人集中精神，情绪饱满地投入工作或家务。而卧室则适合较弱光线的灯光，给人一种温馨舒适的感觉，有助于放松身心。然而，仅凭主观的感受很难精准地判断光线强弱，那如何才能获悉环境光的大小，继而判断家庭中各个房间的灯光是否合理呢？本节课我们将利用行空板来制作一个捕光仪，以便更好地了解房间的环境光强度，适时做出调整。

教学目标

1.认识光线传感器的特点及功能。

2.了解Pinpong库的实现原理、设计理念、編程规范等。

3.学会使用Pinpong库检测光线值的方法。

4.掌握使用Unihiker库显示图片、切换文字及图片的方法。

教学重难点

教学重点 在Python环境下，使用Unihiker库编写程序显示并更新图片和文字，使用Pinpong库编写程序检测环境的光线值。

教学难点 使用Pinpong库编写程序检测环境的光线值。

教学准备

行空板、Type-C&Micro二合一USB线、Mind+编程软件。

教学过程

一、情境导入

师：同学们，在我们的家中，厨房和卧室使用的灯具是不是往往光线强弱不一样呢？大家知道这是为什么吗？

学生思考、回答……

师：同学们说得都很好，厨房常常选择强光灯，这样更能让人集中精神投入家务，卧室选择弱光灯，给人一种温馨舒适的感觉，有助于放松身心。然而，我们仅凭主观的感受很难精准地判断光线强弱，那如何才能获悉环境光的强弱，继而判断家庭中各个房间的灯光是否合理呢？

学生思考并讨论。

师：解决这个问题的方法有很多，这节课上，让我们利用行空板来制作一个捕光仪，更好地了解房间的环境光强度吧。

二、讲授知识

教师先对理论知识进行教授，为学生后期应用开发铺垫知识基础。

1.光线传感器

光线传感器是一种能够将光信号转换成电信号的器件，可用于检测光线值。行空板的光线传感器是内置在板子上的，如图1，检测时返回的是一个模拟量，数值范围在0～4095，光线越亮数值越高，光线越暗数值越低。

2.Pinpong库通用知识及功能

师：通过Mind+软件，我们可以将行空板与计算机连接起来，但如何才能使行空板上的元器件运行起来呢？这里我们就需要使用Pinpong库。

Pinpong库是一套控制开源硬件主控板的Python库，原理是给开源硬件烧录一个特定的固件，使开源硬件可以通过串口与电脑通信，执行各种命令。Pinpong库的名称由“Pin”和“Pong”组成，“Pin”指引脚，“Pinpong”为“乒乓球”的谐音，指信号的往复。Pinpong库的设计，能让开发者在开发过程中将重点放在程序功能的实现，不被繁杂的硬件型号束缚。哪怕程序编写初期用其他板子开发，部署时改成了行空板，只要修改一下硬件的参数就能正常运行，实现“一次编写，处处运行”。

师：行空板上的所有硬件都可以通过Pinpong库来控制吗？

学生思考、讨论并回答。

师：事实上，整个行空板由一块单板机和单片机系统组成。单片机系统类似一块Arduino，而单板机我们可以当作一台小电脑，无论是单片机上接的接口、传感器等元器件，还是单板机上接的麦克风、USB口等设备，都可以通过Python库来控制。

使用Pinpong库控制行空板时，需要先初始化板子，而由于Pinpong库的“pinpong.board”包中已经提供了相应的Board类，因此我们需要从中先导入这个模块。同样的，为了能够控制行空板上各元器件，我们也需要导入“pinpong.extension.unihiker”模块，并在初始化语句中输入主控板型号和主控板端口号，不输入则进行自动识别。

初始化板子后，可通过Pinpong库中的“light.read（）”指令读取光线值。其中，“light.read（）”表示读取光线值，是固定用法，可以用“Light”作为变量，存储读取到的光线值。

3.Unihiker库GUI类draw_image（）方法显示图片

GUI类中的draw_image（）方法可以实现在行空板屏幕上显示图片，在编程时，通过“对象.方法名（）”的形式来实现功能，同时，此方法会返回一个图片对象，使用变量存储起来，方便后续进行对象更新操作。

图片一般按照宽高最小边等比例缩放，可省略，若宽高参数都省略则保持原图分辨率，这里我们可以使宽高和屏幕保持一致，如图2。当需要设定图片的位置时，也可通过固定x和y的值来确定图片的横纵坐标，位置为（0，0）时可省略。

4.Unihiker库GUI类通用知识及功能

行空板屏幕上显示的所有元素对象可称为控件，如图片、文字、表情、按钮等。控件对象在初次生成后是可以改变的，我们可以通过“对象.config（）”的形式来实现。例如，我们先让行空板显示一张初始的背景图“light-1.png”，并将它存储到变量img（图像控件）中，通过config更新控件对象的方式将背景图换成“light-2.png”。再比如，我们先在（153，28）坐标位显示一行文字，内容为“800”，并将它存储到了变量value（文字控件）中，能通过config更新控件对象的方式将文字内容换成“666”。

三、动手实践

师：接下来，让我们动动手，通过行空板板载的光线传感器实时检测光线值，将它显示在屏幕上，同时将光线值均匀划分为4个不同的等级，并以此显示不同亮度的小灯图。

1.硬件搭建

学生通过USB连接线将行空板连接到计算机，如图3。

2.软件配置

教师指导学生配置Mind+软件，依次“启动软件—创建与保存项目文件—创建与保存Python文件—导入图片素材”，如图4。

3.程序编写

教师讲解各分功能段的程序代码，包括导入所需功能库、实例化GUI类并在行空板屏幕上显示背景图和初始光线值、循环检测光线值并更新数值显示及图片等。在设计循环检测光线值并更新数值显示功能段程序时，为了使光线值能够每隔一秒不间断地被监测，并更新显示在屏幕上，建议使用while语句。扫描二维码可获取完整代码资料。

4.运行程序

教师指导学生一起运行程序，并从不同的角度给行空板光线传感器打光。学生会发现屏幕上方的光线值每隔一定的时间就会变化，而小灯的亮度及进度条的填充度也在相应地改变。光线越强，数值越大，小灯越亮，进度条填充度也越高，如图5。

四、拓展与提升

教师和学生讨论，当光线值过大（光线值>3072）或过小（光线值<1024）时，应如何编写程序，在行空板屏幕上显示“光线值过大/过小”的文字提醒。

教学反思

本课通过设计制作捕光仪，让学生学会观察生活，发现生活中一些现象背后的原因和问题，然后通过学习新的技术寻找解决问题的方法。

在教学方法上，本节课多数教学环节都会通过提问互动的方式进行，让学生能够充分思考。在项目实践过程中，笔者将任务进行拆解，让学生在一个个小任务中逐步发现问题和解决问题，不仅锻炼了学生的思维能力，同时也提升了综合素养。

（本课件由DF创客社区推荐）