樹莓派“識色”圖形化編程案例二則

牟曉東

常規的顏色傳感器內置有紅、綠、藍三基色傳感元器件，在濾色器的作用下從可視光的區域中進行顏色數據的獲取，輸出RGB數值。如果將顏色傳感器接入樹莓派進行“識色”，然后在古德微機器人網站進行“積木”式圖形化編程，可以非常方便地開發出一些比較有趣、實用的創客作品模塊，比如看卡識色的“變色龍”燈帶和視覺障礙者的“紅綠燈語音提醒器”。

一、看卡識色的“變色龍”燈帶

1.功能實現

根據顏色傳感器獲取到不同卡片（或其他物體）的顏色信息，分解出對應的RGB數值，作為燈帶60顆燈珠的發光三基色，相當于“復制”卡片的顏色再“粘貼”到每一顆燈珠上，實現“變色龍”燈帶的顯示效果。

2.實驗器材及連接

實驗器材包括樹莓派3B+和古德微擴展板各一塊，GY-33 TCS34725顏色傳感器（帶遮光筒）一個，可編程ws281x燈帶一條，公對母異色杜邦線四根，各種顏色卡片若干。

首先將燈帶插入擴展板的18號引腳，注意三根線的標注要與擴展板一一對應;接著，將四根杜邦線一端連接顏色傳感器（VCC、GND、SCL和SDA端），另一端連接至擴展板IIC接口（VCC、GND、CLK和DATA端）;最后，給樹莓派通電，啟動操作系統（如圖1）。

3.進行圖形化編程

訪問古德微機器人網站（http：//www.gdwrobot.cn），登錄進入自己賬號后點擊“設備控制”進入“積木”界面，開始圖形化編程：

首先，通過模塊語句“設置GPIO‘18可控制燈帶‘60個燈珠并設置亮度為‘50”對燈帶進行初始化;接著，建立一個“重復當‘真執行”的循環結構，通過模塊語句“輸出調試信息‘獲取顏色檢測傳感器的數據”，將顏色傳感器獲取的RGB數據以數組的形式在LOG調試信息區輸出，比如：“[172，144，240]”;然后建立三個變量：“紅色分量”、“綠色分量”和“藍色分量”，分別賦值為RGB數據列表中的“第一”、“第二”和“最后”序列值，即分別獲取對應的顏色分量數值;再建立一個內部循環結構，設置60個燈珠的發光顏色為對應的三個變量值;最后，添加“燈帶刷新顯示”模塊語句，控制燈帶按照設置的顏色效果發光，再添加“等待0.2秒”，防止程序運行占用過多的系統資源而“死機”（如圖2）。

4.測試“變色龍”燈帶

將程序保存后點擊“連接設備”，再點擊“運行”按鈕進行測試。此時，會在調試信息區不斷顯示由顏色傳感器實時獲取的各組RGB顏色數據;嘗試將紅色、綠色、藍色和黃色卡片分別放置于顏色傳感器的遮光筒附近，燈帶立刻會隨之變色，發出對應顏色的光（如圖3），實現了“變色龍”燈帶的顯示效果。

二、視覺障礙者的“紅綠燈語音提醒器”

1.功能實現

顏色傳感器“負責”實時檢測十字路口的紅綠燈變換情況，根據不同顏色的燈光信號信息，樹莓派控制音箱發出對應的語音提醒信息，比如“綠燈，行！”、“紅燈，停！”。

2.實驗器材及連接

實驗器材包括樹莓派3B+和古德微擴展板各一塊，顏色傳感器一個，杜邦線四根，紅色、黃色和綠色LED燈各一支，音箱一個。

保持顏色傳感器與案例1相同的連接方式，然后，將紅色、黃色和綠色LED燈分別連接至擴展板的5號、6號和12號引腳（注意長腿為正極、短腿為負極），用來模擬路口紅綠燈;接著，將音箱的連接線插入樹莓派的圓形音頻輸出孔，通電，啟動操作系統（如圖4）。

3.進行圖形化編程

首先，建立一個名為“紅綠燈”的函數，作用是模擬路口“紅綠燈”實現的功能：綠燈（12號）亮10秒，閃爍三次，熄滅;黃燈（6號）亮3秒，熄滅;紅燈（5號）亮10秒，熄滅（如圖5）。

接著，建立對應的子線程（注意名稱要與函數完全一致），對函數進行調用;然后，再建立一個“重復當‘真執行”的循環結構，將顏色傳感器獲取的顏色數據在LOG調試信息區進行實時顯示輸出;建立兩個變量“紅色分量”和“綠色分量”，分別為其賦值為顏色傳感器輸出數據的RGB列表中的第一個和第二個數據;建立第三個變量，名為“最大值分量”，為其賦值為RGB列表中數值最大的數據，表示RGB分量中最“占優勢”的顏色對應數據;接著，建立一個“如果…執行…否則如果…執行…否則…”三分支選擇結構，判斷條件為“最大值分量”與“綠色分量”或“紅色分量”是否相等，相等則說明對應顏色的LED燈亮起，執行的動作分別是輸出文字調試信息和音箱播放對應的語音信息：“綠燈，行！”和“紅燈，停！”，注意要分別添加“等待3秒”模塊語句，作用是等待音箱播放完語音提醒;如果兩個條件均不符合，說明是黃色LED燈亮起，則執行“黃燈，等！”的文字信息輸出和提醒語音的播放（如圖6）。

4.測試“紅綠燈語音提醒器”

將程序保存后點擊“運行”按鈕進行測試，“紅綠燈”LED開始循環閃亮工作，同時顏色傳感器在不斷檢測燈光的顏色，并且音箱中也會響起對應的“綠燈，行！”、“黃燈，等！”和“紅燈，停！”提醒語音，實現了預設的視覺障礙者“紅綠燈語音提醒器”的功能（如圖7）。