掌控板：Python編程實現水火情警報器

牟曉東

PinPong庫是一個可用于連接硬件設備進行編程的Python庫模塊，在開源硬件編程中可適用于Arduino、虛谷號、micro：bit、掌控板、樹莓派等常見的開發板。只須在Python編程環境中對初始化語句中的參數進行修改即可。比如在ArduinoUNO中的初始化語句是“Board（"uno"）.begin（）”，若換成掌控板則修改為“Board（"handpy"）.begin（）”。只要所使用的傳感器連接正確的話，Python編程代碼幾乎不必做改動就能夠在各種開發板之間進行“無縫”跨平臺移植，實現相同的功能。下面以掌控板為例，連接上雨水傳感器和火焰傳感器，通過Mind+環境中的Python編程調用PinPong庫來制作一個水火情警報器。

1.實驗器材及連接

實驗器材包括：掌控板和擴展板各一塊，FC-37雨水傳感器一個，火焰傳感器一個，各種杜邦線若干。首先，將掌控板正確插入至擴展板中，注意二者的金手指面要緊密接觸好；接著，將雨水傳感器的VCC、GND和AO（模擬數據輸出端）分別通過紅色、白色和綠色杜邦線連接至擴展板的P0引腳組的+、-和P端，注意不是連接DO（數字信號輸出端）；類似的連接方式，再將火焰傳感器的VCC、GND和DO分別通過紅色、白色和黃色杜邦線連接至擴展板的P1引腳組的+、-和P端；最后，通過數據線將掌控板與電腦的USB口進行連接（如圖1）。

2.在Mind+中進行Python編程

運行Mind+，切換至“代碼”、“Python模式”，再點擊右上角的“庫管理”項查看是否之前已經安裝過PinPong庫，確保“硬件控制”區域中的“pinpong”項后面按鈕顯示為“已安裝”。

開始在左側的代碼主編輯區進行編程。

首先，進行相關庫模塊的導入，包括導入時間庫：“importtime”、導入PinPong庫中的開發板及引腳類：“frompinpong.boardimportBoard，Pin”、導入掌控板擴展設備：“frompinpong.extension.handpyimport*”。接著，初始化掌控板：“Board（"handpy"）.begin（）”，再對P0和P1兩個引腳分別進行電平輸入的模擬數據和數字數據的初始化設置：“P0_pin=Pin（Pin.P0，Pin.ANALOG）”、“P1_pin=Pin（Pin.P1，Pin.IN）”（如圖2）。

接下來進行函數的自定義，包括控制掌控板正面三顆LED燈的亮與滅、OLED顯示屏分別進行“水情預警！”和“火情預警！”文字提示共兩組（四個）函數。

第一組控制LED燈的亮與滅函數分別是lights_on（）和lights_off（），每個函數均是通過設置RGB值來控制三顆LED燈的發光顏色，其中的rgb[0]、rgb[1]和rgb[2]則分別對應LED燈的序號，在lights_on（）函數中通過“rgb[0]=（255，0，0）”、“rgb[1]=（0，255，0）”和“rgb[2]=（0，0，255）”三行語句分別設置三顆LED燈的發光顏色為紅色、綠色和藍色（其中的數字255若改為127則表示對應顏色的發光強度降低為50%）；而在lights_off（）函數中，三顆LED的RGB值均設置為0，表示不發光（即熄滅狀態）；最后，再通過“rgb.write（）”語句使其生效（如圖3）。

第二組控制OLED顯示屏提示“水情預警！”的water_alert（）函數和“火情預警！”fire_alert（）函數代碼類似，以water_alert（）函數為例，先通過語句“oled.DispChar（'水情預警！'，32，16）”來設置文字提示信息的內容顯示及坐標，再通過語句“oled.show（）”使OLED顯示屏生效，并且添加時間等待語句“time.sleep（3）”，作用是控制文字信息的顯示提示時間為3秒鐘；接下來，語句“oled.fill（0）”的作用是將低電平輸出至OLED屏，滿屏均為黑色，最終也仍需添加語句“oled.show（）”使顯示生效（如圖4）。

最后編寫“whileTrue”循環主程序：建立變量water_value，為其賦值為“P0_pin.read_analog（）”，作用是讀取雨水傳感器所獲取的檢測數據（AO模擬端）；建立變量fire_value，賦值為“P1_pin.value（）”，作用是讀取火焰傳感器所獲取的檢測數據（D1數字端）；再通過兩個print（）語句將檢測的數據信息在電腦屏幕上顯示輸出：“print（"水信號的檢測（模擬）數據為："，water_value）”、“print（"火信號的檢測（數字）數據為："，fire_value）”；建立第一個if條件分支結構，其判斷為“water_value<1000”，因為通過測試發現雨水傳感器的檢測板在“無水”時的輸出值為1040左右，而“有水”時的輸出值為960左右；若該條件成立，說明檢測到“有水”，則分別執行亮燈函數lights_on（）、水情預警函數water_alert（）和滅燈函數lights_off（）；第二個if條件分支結構類似，只是判斷條件修改為“fire_value==0”，因為通過測試發現火焰傳感器在“無火”時的輸出值為1（“有火”則為0），條件成立則執行亮燈函數lights_on（）、火情預警函數fire_alert（）和滅燈函數lights_off（）；最后，為循環結構添加0.3秒鐘的時間等待語句“time.sleep（0.3）”（如圖5）。

3.測試水火情警報器

將程序保存，點擊右上角的“運行”進行測試：在“無水”、“無火”的正常情況下，掌控板的LED燈不發光，OLED屏也不顯示任何信息，電腦程序下方的“終端”處每隔0.3秒會顯示一組水與火信號的檢測數據；當在雨水傳感器的檢測板上滴幾滴水時，三顆LED燈發光，同時在顯示屏上出現“水情預警！”的提示，直至將水滴擦除才會解除燈光和文字警報；當在火焰傳感器附近點燃打火機時，LED燈發光，顯示屏提示“火情預警！”，直至熄滅打火機才會解除警報。