项目一 智能小夜灯 - 任务三

《传感器应用》主讲教师：XXX

项目一智能小夜灯PART01※光敏电阻传感器选型与检测※使用树莓派前工作01※点亮智能小夜灯认识光敏传感器的种类和特性01掌握Python开发环境的搭建03认识常见的树莓派开发板电路02掌握Python调用GPIO库方法04学习目标objectiveTASKTHREE任务三点亮智能小夜灯4任务要求储备知识任务实施任务目标231在了解python语言基础后，使用树莓派中的GPIO库的功能开发三色灯程序。任务要求TASKTHREE任务三点亮智能小夜灯4任务要求储备知识任务实施任务目标23101.了解Python语言02.了解Python语言的特点03.掌握使用树莓派GPIO库任务目标04.掌握使用python语言开发传感器应用TASKTHREE任务三点亮智能小夜灯4任务要求储备知识任务实施任务目标23101.认识Python语言02.认识树莓派GPIO03.认识输入输出储备知识01.认识Python语言由荷兰人吉多.范罗苏姆（GuidovanRossum）在1989年开始开发的一种高级语音，Python一词，英文意思为“蟒蛇”，之所以会选择Python作为该编程语言的名字，是因为吉多非常喜欢一个叫MontyPython的戏剧团。Python的图标也是根据该意思进行设计的。Python起源于ABC语言，受到了Modula-3语言的影响，同时结合了Unixshell和C语言的特点。Python语言Python是一种面向对象的、解释型的、通用的、开源的脚本编程语言，目前非常流行，在Gmail、YouTube、Reddit、Spotify、知乎、豆瓣等平台均有应用。图：各大流行程序排名图：应用Python的各大流行平台Python语言只有少量的语法约束，与传统的C/C++、Java、C#等语言相比，Python对代码格式的要求没有那么严格，排版优雅，Python语言是高级语言，编写程序时更接近人类自然语言的形式，只要掌握由英语单词表示的助记符，就能大致读懂代码的意思，这种宽松使得用户在编写代码时比较轻松，不用在细枝末节上花费太多精力。如下程序所示：Python语言的优点简洁优雅a=1b=3.14print(a)print(b)print("大家好，欢迎学习Python")Python程序中不要求在每个语句的最后写分号，当然写上也没错。定义变量时不需要指明类型，甚至可以给同一个变量赋值不同类型的数据。同时，Python语言通过强制缩进保证程序的可读性。与其它编程语言相比，Python是一门简单易学的编程语言，能够让程序员更专注于解决问题而非语言本身的语法和结构。Python开发的程序，所有用户都可以看到源代码。同时，任何人可以从网络上免费获取Python语言的系统源代码，用户使用Python进行开发或者发布自己的程序，不需要支付任何费用，即使作为商业用途，也没有版权问题，是免费的。Python是开源且免费的Python是解释型语言，能够在任何安装有Python解释器的平台上运行。Python可以跨平台运行Python拥有丰富的内置库和函数库，基本实现了所有的常见的功能。Python功能强大简单的字符串处理文件输入输出科学与数学计算Web应用开发3D图形绘制网络编程游戏开发以上功能均可借助Python库都可以轻松完成。同时，Python社区发展良好，除了Python官方提供的函数库，很多第三方机构也会参与进来开发模块，这其中就有Google、Facebook、Microsoft等软件巨头。Python语言的缺点运行速度慢代码加密困难相对于C/C++和Java，Python的运行速度几乎是最慢的。由于Python是直接运行源代码，因此，加密困难。总之，Python对于程序设计的初学者来说，简单易学，是初学者很不错的首选，对于程序开发者来说，由于它功能强大，可以很广阔的应用领域。02.认识树莓派GPIO意为通用输入/输出端口。通俗地说，就是一些引脚，可以通过它们输出高低电平或者通过它们读入引脚的状态-是高电平或是低电平。GPIO是个比较重要的概念，用户可以通过GPIO口和硬件进行数据交互(如UART)，控制硬件工作(如LED、蜂鸣器等),读取硬件的工作状态信号（如中断信号）等。GPIO口的使用非常广泛。掌握了GPIO，差不多相当于掌握了操作硬件的能力，树莓派的GPIO位于树莓派的右方如图所示。GPIO（GeneralPurposeI/OPorts）图：GPIO位置图由图观之，每一个针脚都有Pin#和NAME字段。NAME代表的是该针脚的BCM名称，当然NAME也可以直接看得出针脚的默认功能。比如3.3v和5v代表着该针脚会输出3.3v和5v的电压，Ground代表着该针脚是接地的，GPIO0*则是一些待用户开发的针脚。pin代表的是该针脚的编号，其中01和02针脚对应第一张图中GPIO最右边竖排的两个针脚。每个针脚都可以使用程序进行控制操作。树莓派工作在BCM则以实际IO口编号为主如GPIO10则为10，（使用转接板时使用为BCM模式，未使用转接板则两种模式都可以使用）使用转接板连接GPIO如图所示。01BCM模式02BOARD模式树莓派工作在BOARD模式时IO的序号以pin#为依据。树莓派中GPIO有两种模式，每种模式只是一种编号规则。图：转接板连接1图：转接板连接203.认识输入输出In输入与Out输出I/O，为In、Out的英文简称，其字面意思为输入与输出，再到计算机术语就是信号输入与信号输出，再到电子技术的术语就是电压或电流的输入与输出。可以将它理解成一根包含开关的电缆线。当开关打开的时候表示通上了电，开关关闭时电则没有输出，Out输出就是信号方向对外的输出，如图所示。Out输出图：输出表示本身为接收方接收信号，信号从另外的一端发送给接收方，接收方无法控制何时接收到信号，由信号输出方决定。如图所示。In输入图：输入表示知识补充电平在数字电路中，分为高电平和低电平，分别用1和0表示。一个数字电路的管脚，总是存在一个电平的，要么高要么低，或者说要么1要么0。TASKTHREE任务三点亮智能小夜灯4任务要求储备知识任务实施任务目标23104.第一个Python代码任务实施05.使用GPIO连接树莓派06.实现智能小夜灯04.第一个Python代码任务所需软件如下所示：环境准备任务所需硬件如下所示：TF卡读卡器TF卡树莓派4B电源线VNC-Viewer4.1.打印“helloworld”步骤1：使用ThonnyIDE开发python（1）开启树莓派电源->打开“VNC-Viewer”软件连接树莓派->输入IP地址->用户名密码。（2）连接成功后，在点击左上方【树莓派】图标->选择【Programing】->点击打开【ThonnyPythonIDE】软件，如图所示。图：打开PythonIDE（3）打开“ThonnyPython”软件，软件界面后如图所示。图：ThonnyPythonIDE软件界面步骤2：在软件中输入一行代码（1）在软件的文本编辑框中输入一行代码代码如下所示，输入位置如图所示。图：输入代码print("helloworld")（2）点击【Save】按钮保存代码文件->在弹出的窗体中选择保存位置，为了方便保存至【Desktop】桌面中->文件名称【demo.py】（python的程序文件默认的后缀名为py），如图所示。图：保存程序代码详解print为python语言中的打印方法，通过调用print方法可以Shell窗体中查看计算机输出的内容。步骤3：执行代码（1）输入代码并保存成功后，点击【Run】按钮,在软件下方的Shell窗体中，即可看见代码执行的结果“helloworld”如图所示。图：执行代码在IDE软件中新建一个test的文件，执行程序打印“mynameisGary”。【注意：python文件的后缀名称】技能拓展01在IDE软件中新建一个print文件，执行程序打印两行数据“line1”、“line2”。【注意：python文件的后缀名称】0205.使用GPIO连接树莓派任务所需软件如下所示：环境准备任务所需硬件如下所示：VNC-ViewerTF卡读卡器TF卡树莓派4B电源线三色灯模块5.1.GPIO应用点亮LED灯步骤1：根据连线图连接线路（无转接板连接方式）（1）设备对应接口如以下表说明树莓派三色灯模块GND-06GNDGPIO14-08RGPIO15-10G（2）如图所示，连接三色灯模块，需要注意的是GND的位置为左方“-”标志位置。图：连接图（3）根据图所示，将三色灯模块的红色控制引脚连接至右排插针的08口，绿色控制引脚连接至右排插针的10口，GND连接右排插针GND-06口，记住所对应的IO口为08、10口后续代码将使用它。图：连接三色灯步骤2：打开Thonny新建一个文件（1）开启树莓派电源->打开“VNC-Viewer”软件连接树莓派->输入IP地址->用户名密码。（2）打开“ThonnyPythonIDE”软件新建一个名称为“led.py”的文件，如图所示。图：新建led.py文件（3）输入代码并执行，代码与执行效果如下所示，执行代码后绿色灯亮起，红色灯熄灭。图：执行代码效果importRPi.GPIOasGPIOGPIO.setmode(GPIO.BOARD)#设置树莓派IO口工作模式为BOARD模式GPIO.setup(8,GPIO.OUT)#设置8口输出模式GPIO.output(8,1)#设置8口输出高电平print为python语言中的打印方法，通过调用print方法可以Shell窗体中查看计算机输出的内容。代码详解上述代码为引用树莓派GPIO资源库，如不输入该代码则无法使用输入输出功能，将引用库的名称设置为“GPIO”，这个名称是可以根据自己的情况发生改变的，如改为也是可以使用的，但后续的代码也需要变为“IO”这个变量。importRPi.GPIOasGPIOimportRPi.GPIOasIO在使用GPIO前需要对IO的模式进行设定，需要设置模式否则无法使用GPIO的功能，输入代码设置模式为BOARD模式。GPIO.setmode(GPIO.BOARD)树莓派的IO口共有两种模式：BOARD模式BCM模式两者的引脚各不相同，根据实际情况切换模式，本次任务先使用BOARD模式。设置完模式后，需要对具体的IO口状态进行设置，IO口有两种状态1、输入2、输出，根据LED灯模块应为输出状态，将3口设置为输出，参数1为第几IO口，参数2为输入、输出。如果设置IO口为输入代码就需要修改代码为。GPIO.setup(3,GPIO.OUT)GPIO.setup(3,GPIO.IN)设置IO口输入输出后，就可以实际的IO口输出控制，输出高电平或者输出低电平，方法output中参数1为控制的IO口，参数2为电平0为低电平1为高电平。GPIO.output(3,1)01使用IO变量名作为引用模块的GPIO使用，那么要点亮绿色灯代码需要如何修改。03将三色灯模块红色灯接入改为GPIO10，修改代码实现绿色灯点亮。02如要点亮红色灯而熄灭绿色灯，需要如何修改代码。技能拓展实现智能小夜灯任务所需软件如下所示：环境准备任务所需硬件如下所示：VNC-ViewerTF卡读卡器TF卡树莓派4B电源线三色灯模块光敏电阻模块6.1.使用光敏电阻传感器步骤1：根据连线图连接线路（1）设备对应接口如以下表说明树莓派三色灯模块5v-04VCCGNDGNDGPIO18-12DO（2）如图所示，连接光敏电阻模块，光敏电阻模块GND连接右排插针14脚，VCC连接04脚，DO为数字信号输出口连接12口。图：光敏电阻连接图图：实物连接图步骤2：打开Thonny新建一个文件（1）开启树莓派电源->打开“VNC-Viewer”软件连接树莓派->输入IP地址->用户名密码。（2）打开“ThonnyPythonIDE”软件新建一个名称为“light.py”的文件。（3）输入代码并执行，代码与执行效果如下所示,当遮住光敏电阻时打印low，放开手时打印hight。importRPi.GPIOasGPIOimporttimeGPIO.setmode(GPIO.BOARD)GPIO.setwarnings(False)GPIO.setup(12,GPIO.IN)while

True:

ifGPIO.input(12)==GPIO.LOW:

print("low")

else:

print("hight")time.sleep(1)代码详解上述代码根据接线图12为光敏电阻模块的DO输入口，并且为输入状态。GPIO.setup(12,GPIO.IN)

为无限循环，不断判断IO口的状态，判断当IO口为LOW低电平时，打印low反正则打印hight。whileTure6.2.实现智能小夜灯步骤1：根据连线图连接线路（1）设备对应接口如以下表说明（2）如图所示，将LED模块跟光敏电阻模块分别连接至GPIO中。树莓派光敏电阻模块树莓派三色灯模块5v-04VCCGNDGNDGNDGNDGPIO14-08RGPIO18-12DOGPIO15-10G图：连接LED模块与光敏电阻模块步骤2：编写代码实现智能小夜灯（1）开启树莓派电源->打开“VNC-Viewer”软件连接树莓派->输入IP地址->用户名密码。（2）打开“ThonnyPythonIDE”软件新建一个名称为“light1.py”的文件。（3）输入代码并执行，代码与执行效果如下所示,当光敏电阻模块光线被遮住时LED灯亮起，不遮住时LED灯则熄灭。importRPi.GPIOasGPIOimporttimeGPIO.setmode(GPIO.BOARD)GPIO.setwarnings(False)GPIO.setup(12,GPIO.IN)GPIO.setup(8,GPIO.OUT)GPIO.setup(10,GPIO.OUT)while

True:

ifGPIO.input(12)==GPIO.LOW:GPIO.output(8,0)GPIO.output(10,0)

else:GPIO.output(8,1)GPIO.output(10,1)time.sleep(1)结合点亮LED灯与光敏电阻模块代码，初始化LED模块与光敏电阻模块的IO口，之后在循环代码中编写判断光敏电阻是否被遮住的代码。代码详解技能拓展（1）编写代码实现若遮住光敏电阻模块时led灯熄灭，放开时LED点亮。（2）编写代码实现若遮住光敏电阻模块时LED灯开始闪烁1HZ频率，放开时熄灭。6.3.另一种方式实现智能小夜灯步骤1：使用转接头连接线路（1）各设备对应接口如以下表说明树莓派T型转接板三色灯模块GNDGNDGND

G23RGPIO13-07G24G树莓派T型转接板光敏传感器--AOGNDGNDGND(G)5V5VVCC(+)GPIO7G26DO（2）如图所示，将LED模块跟光敏电阻模