树莓派“识色”图形化编程案例二则_风闻

文/山东省招远第一中学 牟晓东

常规的颜色传感器内置有红、绿、蓝三基色传感元器件，在滤色器的作用下从可视光的区域中进行颜色数据的获取，输出RGB数值。如果将颜色传感器接入树莓派进行“识色”，然后在古德微机器人网站进行“积木”式图形化编程，可以非常方便地开发出一些比较有趣、实用的创客作品模块，比如看卡识色的“变色龙”灯带和视觉障碍者的“红绿灯语音提醒器”。

一、看卡识色的“变色龙”灯带

1.功能实现

根据颜色传感器获取到不同卡片（或其它物体）的颜色信息，分解出对应的RGB数值，作为灯带60颗灯珠的发光三基色，相当于“复制”卡片的颜色再“粘贴”到每一颗灯珠上，实现“变色龙”灯带的显示效果。

2.实验器材及连接

实验器材包括树莓派3B+和古德微扩展板各一块，GY-33 TCS34725颜色传感器（带遮光筒）一个，可编程ws281x灯带一条，公对母异色杜邦线四根，各种颜色卡片若干。

首先将灯带插入扩展板的18号引脚，注意三根线的标注要与扩展板一一对应；接着，将四根杜邦线一端连接颜色传感器（VCC、GND、SCL和SDA端），另一端连接至扩展板IIC接口（VCC、GND、CLK和DATA端）；最后，给树莓派通电，启动操作系统（如图1）。

3.进行图形化编程

访问古德微机器人网站（http://www.gdwrobot.cn），登录进入自己账号后点击“设备控制”进入“积木”界面，开始图形化编程：

首先，通过模块语句“设置GPIO‘18’可控制灯带‘60’个灯并设置亮度为‘50’”对灯带进行初始化；接着，建立一个“重复当‘真’执行”的循环结构，通过模块语句“输出调试信息‘获取颜色检测传感器的数据’”，将颜色传感器获取的RGB数据以数组的形式在LOG调试信息区输出，比如：“[172,144,240]”；然后建立三个变量：“红色分量”、“绿色分量”和“蓝色分量”，分别赋值为从RGB数据列表中的“第一”、“第二”和“最后”序列值，即分别获取对应的颜色分量数值；再建立一个内部循环结构，设置60个灯珠的发光颜色为对应的三个变量值；最后，添加“灯带刷新显示”模块语句，控制灯带按照设置的颜色效果发光，再添加“等待0.2秒”，防止程序运行占用过多的系统资源而“死机”（如图2）。

4.测试“变色龙”灯带

将程序保存后点击“连接设备”，再点击“运行”按钮进行测试。此时，会在调试信息区不断显示有颜色传感器实时获取的各组RGB颜色数据；尝试将红色、绿色、蓝色和黄色卡片分别放置于颜色传感器的遮光筒附近，灯带立刻会随之变色，发出对应颜色的光（如图3），实现了“变色龙”灯带的显示效果。

二、视觉障碍者的“红绿灯语音提醒器”

1.功能实现

颜色传感器“负责”实时检测十字路口的红绿灯变换情况，根据不同颜色的灯光信号信息，树莓派控制音箱发出对应的语音提醒信息，比如“绿灯，行！”、“红灯，停！”。

2.实验器材及连接

实验器材包括树莓派3B+和古德微扩展板各一块，颜色传感器一个，杜邦线四根，红色、黄色和绿色LED灯各一支，音箱一个。

保持颜色传感器与案例1相同的连接方式，然后，将红色、黄色和绿色LED灯分别连接至扩展板的5号、6号和12号引脚（注意长腿为正极、短腿为负极），用来模拟路口红绿灯；接着，将音箱的连接线插入树莓派的圆形音频输出孔，通电，启动操作系统（如图4）。

3.进行图形化编程

首先，建立一个名为“红绿灯”的函数，作用是模拟路口“红绿灯”实现的功能：绿灯（12号）亮10秒，闪烁三次，熄灭；黄灯（6号）亮3秒，熄灭；红灯（5号）亮10秒，熄灭（如图5）。

接着，建立对应的子线程（注意名称要与函数完全一致），对函数进行调用；然后，再建立一个“重复当‘真’执行”的循环结构，将颜色传感器获取的颜色数据在LOG调试信息区进行实时显示输出；建立两个变量“红色分量”和“绿色分量”，分别为其赋值为颜色传感器输出数据的RGB列表中的第一个和第二个数据；建立第三个变量，名为“最大值分量”，为其赋值为RGB列表中数值最大的数据，表示RGB分量中最“占优势”的颜色对应数据；接着，建立一个“如果…执行…否则如果…执行…否则…”三分支选择结构，判断条件为“最大值分量”与“绿色分量”或“红色分量”是否相等，相等则说明对应颜色的LED灯亮起，执行的动作分别是输出文字调试信息和音箱播放对应的语音信息：“绿灯，行！”和“红灯，停！”，注意要分别添加“等待3秒”模块语句，作用是等待音箱播放完语音提醒；如果两个条件均不符合，说明是黄色LED灯亮起，则执行“黄灯，等！”的文字信息输出和提醒语音的播放（如图6）。

4.测试“红绿灯语音提醒器”

将程序保存后点击“运行”按钮进行测试，“红绿灯”LED开始循环闪亮工作，同时颜色传感器在不断检测灯光的颜色，并且音箱中也会响起对应的“绿灯，行！”、“黄灯，等！”和“红灯，停！”提醒语音，实现了预设的视觉障碍者“红绿灯语音提醒器”的功能（如图7）。