樹莓派自定義“燈帶函數”

牟曉東

眾所周知，函數是程序設計語言的“基石”，即“組織好的、可重復使用的、用來實現單一或相關功能的代碼段”。Python本身提供了功能豐富的“內置函數”，可以在命令行模式中輸入“dir （__builtins__）”命令進行查看，例如求絕對值函數、求最大值和最小值函數，還包括input輸入和print輸出函數等（如圖1）。

此時，可以直接在命令行交互模式下使用內置函數，比如輸入“abs（-7）”來求解-7的絕對值，回車后就會返回數值7;輸入“max（0，6，-99，28）”求解四個數中的最大值，就會返回數值28。另外，Python還支持用戶根據自己的不同需求進行自定義函數操作，比如編寫一個能夠同時求解二數之和、之差的函數sum_sub（）：

def sum_sub（a，b）：

return（a+b，a-b）

輸入“sum_sub（8，5）”進行測試，回車后就會返回兩個結果：13和3（如圖2）。

在開源硬件編程中使用Python可以靈活地控制各種周邊硬件，從而實現更為豐富的功能。我們在樹莓派中使用Python進行函數的自定義編寫，控制燈帶模仿現實生活中十字路口的紅綠燈，分別是單函數“帶參”的紅綠燈帶和雙函數“無參”的紅綠燈帶。

1.準備工作

將可編程ws281x燈帶通過古德微擴展板的18號接口與樹莓派連接，注意燈帶的三根引線分別標注+5V、GND和Din，不要接反。

在樹莓派中通過Python編程控制燈帶需要安裝rpi_ws281x庫模塊，因此需要通過“Windows的遠程桌面”連接樹莓派。在控制終端命令行模式中輸入命令：“sudo pip3 install rpi_ws281x adafruit-circuitpython-neopixel”，回車后等待進度條到達100%后會有“Successfully installed”的提示（如圖3）。

2.Python單函數“帶參”控制紅綠燈帶

（1）首先，以“ws”為別名導入rpi_ws281x庫：“import rpi_ws281x as ws”，再導入time庫中的sleep函數：“from time import sleep”;接著，設置燈帶中激活的“燈珠”數量LED_COUNT值為60：“LED_COUNT = 60”，燈帶接入的端口號LED_PIN是18號：“LED_PIN = 18”，并且創建燈帶對象strip，實例化PixelStrip，參數為LED_COUNT和LED_PIN：“strip = ws.PixelStrip（LED_COUNT， LED_PIN）”，語句“strip.begin（）”的作用是對燈帶進行初始化。

（2）接下來自定義“帶參”（參數為color）的lights（）函數：“def lights（color）：”，注意后面有英文冒號。

（3）建立四分支選擇結構，特別要注意Python的“四空格”縮進。

第一分支為“if color == 'red'：”，即函數參數為“red”時，使用循環結構控制60個燈珠全部發紅光，RGB值為（100，0，0）;不要忘記對燈帶進行刷新操作：“strip.show（）”。

第二和第三分支分別為“elif color == 'green'：”和“elif color == 'yellow'：”，即函數參數為“green”和“yellow”時，使用循環結構控制60個燈珠全部發綠光、黃光，RGB值分別為（0，100，0） 和（100，100，0）;也要對燈帶進行刷新操作：“strip.show（）”。

第四分支為“else：”，即函數參數為空字符串，控制60個燈珠全部熄滅，RGB值為（0，0，0）。

（4）主程序是一個“while True：”循環結構，通過傳遞不同的參數對lights（）函數進行調用。先傳遞“green”參數亮綠燈：“lights（'green'）”，持續4秒鐘：“sleep（4）”;再建立執行三次的循環結構：“for i in range（3）：”，傳遞參數為空字符串，關閉燈帶：“lights（' '）”，0.1秒后再次亮起綠燈：“lights（'green'）”，持續0.1秒后傳遞“yellow”參數亮黃燈：“lights（'yellow'）”;持續2秒后傳遞“red”參數亮紅燈：“lights（'red'）”，再持續5秒后結束本次循環;進入下一次循環：亮綠燈……

（5）保存程序為test_lights11.py，在命令行窗口中輸入命令“sudo python3 test_lights11.py”運行測試，一個燈帶式的“紅綠燈”開始工作起來，這就是Python單函數“帶參”紅綠燈帶（如圖4）。

3.Python雙函數“無參”控制紅綠燈帶

（1）第一部分庫模塊的導入和對燈帶進行初始化的代碼與剛才一致，直接復制和粘貼。整條燈帶的60個燈珠編號為0-59，將其均分為四組：0-14、15-29、30-44和45-59，其中的0-14和30-44對應“十字路口”的X方向，而15-29和45-59則對應Y方向。

（2）定義X方向上的x_lights（）函數：“def x_lights（）：”：

第一部分的“for i in range（15）”“亮綠燈”（0，100，0）代碼，包括0-14、30-44兩組燈珠，注意30-44的表示方法是“i+30”，也就是同時控制X方向馬路正面和對面;不要忘記添加燈帶刷新代碼“strip.show（）”，綠燈保持亮5秒：“sleep（5）”，省略了綠燈閃爍過程（可自行添加內循環來實現）;

第二部分“亮黃燈”（100，100，0）代碼，復制粘貼后，只須改RGB顏色值即可，黃燈保持亮2秒：“sleep（2）”;

第三部分“亮紅燈”代碼，也是粘貼操作，改RGB值為（100，0，0），注意最后不必使用sleep（）控制紅燈持續亮的時間。

（3）定義Y方向上的y_lights（）函數：“def y_lights（）：”：

復制x_lights（）函數粘貼為y_lights（）函數，只修改三個循環結構中range（）的參數為“15，30”即可，因為Y方向控制的是15-29、45-59兩組燈珠，同樣也是使用“i+30”來表示45-59。

兩個函數代碼編寫完畢，最后寫主程序的“while True：”循環結構，直接調用x_lights（）和y_lights（）即可。

保存程序為test_lights12.py，在命令行窗口中輸入命令“sudo python3 test_lights12.py”運行測試，模擬十字路口的四個方向紅綠燈工作過程：紅燈停、綠燈行，黃燈亮了等一等……這就是Python雙函數“無參”紅綠燈帶（如圖5）。