【Follow me第二季第1期】任务提交：摇摇马、章鱼哥等
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本帖最后由 nemon 于 2024-9-1 09:36 编辑
有幸参加了Follow me第二季第1期活动，大致把Adafruit Circuit Playground Express的主要功能都试了一下。按照活动要求，完成了全部任务。
一 、短视频
完整视频在 https://training.eeworld.com.cn/video/40818
视频分集说明：
以上合集在 https://training.eeworld.com.cn/course/68616
二、任务实现详情
1：器材介绍
按照活动要求和我的脑补，我购买了 Adafruit Circuit Playground Express 开发板、360度舵机、28BYJ-48步进电机和驱动器：
后来为了测距，又增加了超声波传感器。
这次把所有的项目都做了所以每个项目的介绍（项目简介；全部物料清单，含物料名称、实物图片；设计思路）都放在下面分别说明。
2：入门任务、基础任务一
（1）任务/项目介绍（需要包含项目简介；全部物料清单，含物料名称、实物图片；设计思路）
我把入门任务和基础任务一放在一起做了。入门任务的要求是“开发环境搭建，板载LED点亮”，基础任务一的要求是“控制板载炫彩LED，跑马灯点亮和颜色变换”。
分析了一下，只需要用Adafruit Circuit Playground Express一块板子就可以完成。
板子上资源有1颗红色led，还有10颗三色全彩led，够用了。
官方有个 adafruit_circuitplayground 库，封装了板上的资源，led用red_led就能引用，炫彩灯用pixels来使用。
（2）软件流程图
（3）主要代码片段、功能展示及图文说明（每个任务需要包含至少一张对应的实物图）
import time
from adafruit_circuitplayground import cp as my_cp
my_cp.pixels.brightness=0.1
while True:
for i in range(100):
for j in range(10):
my_cp.pixels[j]=( 25*(i%10), 0+25*((j-i)%10) , 255-25*((j-i)%10) )
if i%50==0:
my_cp.red_led = (i==0)
time.sleep(0.01)
print(i,end=' ')
炫彩灯一直在轮流变色每转5圈，红色led改变一下亮灭。
图片没法演示动态效果，看视频：
3：基础任务二：监测环境温度和光线
（1）任务/项目介绍（需要包含项目简介；全部物料清单，含物料名称、实物图片；设计思路）
基础任务二的要求是“监测环境温度和光线，通过板载LED展示舒适程度”。
Adafruit Circuit Playground Express板载资源丰富，温度、光线传感器都是现成的，继续用炫彩led。
软件依旧使用adafruit_circuitplayground库，通过temperature和light可以读到温度和亮度，然后转换一下。
我的想法是，用炫彩led的亮度来表示环境亮度、用点亮的数量来表示温度。
（2）软件流程图
（3）任务对应的主要代码片段、功能展示及图文说明（每个任务需要包含至少一张对应的实物图）
import time,math
from adafruit_circuitplayground import cp as my_cp
def task_2_temperature_light():
LED_CNT = 10
t = my_cp.temperature
l = my_cp.light
b = ( 1-min(255,l)/255 )*0.5
b = 0.3 * min( math.log(l)/math.log(10) ,2 )/2
n = min(LED_CNT, int( LED_CNT*t/50 ) )
my_cp.pixels.brightness = b
for i in range(LED_CNT):
if i>n:
my_cp.pixels[i+(10-LED_CNT)]=( 0,0,0 )
else:
my_cp.pixels[i+(10-LED_CNT)]=( 25*n,0,255-10*n )
time.sleep(0.1)
#print( ','.join([str(x) for x in [t,l,b,n]]))
print( {'t':t,'l':l,'b':b,'n':n})
while True:
task_2_temperature_light()
把数据打出来看了下，发现温度亮度变化不大，所以现象不够明显。
效果见视频：
4：基础任务三：接近检测
（1）任务/项目介绍（需要包含项目简介；全部物料清单，含物料名称、实物图片；设计思路）
基础任务三的要求是：设定安全距离并通过板载LED展示，检测到入侵时，发起声音报警。
开始的时候，我看了下视频培训的提示，说是可以用红外传感器的库来实现。按这个思路，只要用Adafruit Circuit Playground Express板就够了。可是我看了下irremot库，感觉功能主要是编解码。又看到有的网友用红外发射后再读取的方法，不知是不是我这太热了，试了下效果不太好。于是决定改用超声波来做。那么除了Adafruit Circuit Playground Express板，还得用一个HC-SR04超声波模块。
超声波模块的用法是读取返回波的用时，然后乘以声速，计算出距离。这种方式也会受空气温度密度的影响，但是比红外准多了。
用的时候只要用VOUT供5V电，再占用2个IO就可以了：
（2）软件流程图
（3）任务对应的主要代码片段、功能展示及图文说明（每个任务需要包含至少一张对应的实物图）
import board,digitalio
import time
from adafruit_circuitplayground import cp
# 超声波传感器连接到的引脚
echo_pin = digitalio.DigitalInOut(board.A1)
trigger_pin = digitalio.DigitalInOut(board.A2)
trigger_pin.switch_to_output()
def get_distance():
# 将trigger引脚设置为高电平至少10微秒来发送超声波
trigger_pin.value = True
time.sleep(0.00001)
trigger_pin.value = False
# 等待回声(echo)引脚变为高电平，这表示超声波已经发出
while echo_pin.value == False:
pass
# 记录超声波开始反弹时的时间
start_time = time.monotonic()
# 等待回声(echo)引脚变为低电平，这表示超声波反弹回来了
while echo_pin.value == True:
pass
# 记录超声波反射回来时的时间
end_time = time.monotonic()
# 计算超声波的往返时间，并将其转换为厘米
elapsed_time = end_time - start_time
distance = elapsed_time * 34300
return distance
while True:
# 读取距离并打印出来
distance_cm = get_distance()
m = distance_cm / 100
inches = distance_cm / 254
print(f"Distance: {m}m | {distance_cm} cm")
cp.pixels.fill( (0,0,0) )
if distance_cm <20:
cp.pixels.fill( (255,0,0) )
cp.play_file('distance.wav')
time.sleep(0.5)
演示效果见视频：
5：进阶任务：制作不倒翁——摇摇马
（1）任务/项目介绍（需要包含项目简介；全部物料清单，含物料名称、实物图片；设计思路）
进阶任务的要求是——制作不倒翁，展示不倒翁运动过程中的不同灯光效果。
Adafruit Circuit Playground Express上有三轴加速度传感器，再加个360度舵机就可以了。
为啥用到了舵机呢？不知为啥，一下就想到了摇摇车“爸爸的爸爸是爷爷”那个魔性BGM，然后就想再给装饰一下。时间和材料都不够折腾出旋转木马的，于是搞个低配版，只旋转背景得了。
舵机都是靠占空比控制的，只不过360度舵机收到占空比后，不是转到固定角度，而是以不同速度连续旋转。那么就会有一个表示“静止”的占空比，低于或高于它，就会向不同方向转动，离得越远，转的越快。
找了一个西点盒，用泡沫塑料剪了马头和马尾，插到盒子上，然后给盒子里装上重物，不倒翁“摇摇马”就做好了。
（2）软件流程图
（3）任务代码片段、功能展示及图文说明（每个任务需要包含至少一张对应的实物图）
from adafruit_circuitplayground import cp
import board,pwmio,time
pwm = pwmio.PWMOut(board.A1, frequency=50, duty_cycle=0)
def servo360_go(diriction=0,speed=0):
if diriction == 0 :
pwm.duty_cycle=0
elif diriction>0:
pwm.duty_cycle = 5000 + min(diriction *speed , 4500)
else:
pwm.duty_cycle = 5000 + max(diriction *speed , -4500)
t=0
servo360_go(0)
while True:
x, y, z = cp.acceleration
v = x*x+y*y+z*z
print("x:%0.4f,y:%0.4f,z:%0.4f => %0.4f" % (x, y, z , v ))
servo360_go(0)
if v > 110:
servo360_go(-25,20)
for j in range(10):
cp.pixels[j]=( 0, 0+25*j , 255-25*j )
cp.play_file('grandpa.wav')
servo360_go(25,40)
time.sleep(0.5)
cp.pixels.fill( (0,0,0) )
time.sleep(0.2)
代码中，servo360_go就是用来通过调整pwm改变舵机运动的函数。先使用三轴加速度传感器，用acceleration就可以读出x、y、z的加速度。再把3轴x、y、z的平方和加起来，估算当前的总体加速度。因为有重力加速度，所以会有个基准的值，我也不管基准是多少了，只要这个平方和大于110，就认为开始晃了。然后转背景、亮灯、播放BGM。效果如图：
当然，能动的制作效果还得看视频：
6：创意任务一：可穿戴装饰——报警器
（1）任务/项目介绍（需要包含项目简介；全部物料清单，含物料名称、实物图片；设计思路）
创意任务一的要求是，做一个可穿戴装饰。
我的想法是做一个报警器：平时显示彩虹色，按下A键进入报警模式红蓝交替闪烁并播放报警音，直到按B键恢复正常。
按这个功能分析，只需要用Adafruit Circuit Playground Express一块板子就可以完成，不过我还是加了个挂绳，2万万不能装，B还是要装一下的。
（2）软件流程图
（3）任务代码、功能展示及图文说明
from adafruit_circuitplayground import cp
import time
i = 0
while True:
if cp.button_a :
cp.pixels.brightness = 1
while not cp.button_b :
for j in range(5):
cp.pixels[j+0]=( 255,0,0 )
cp.pixels[j+5]=( 0,0,255 )
for j in range(1):
cp.play_file('alert.wav')
for j in range(5):
cp.pixels[j+0]=( 0,0,255 )
cp.pixels[j+5]=( 255,0,0 )
for j in range(1):
cp.play_file('alert.wav')
else:
#cp.pixels.fill( ( 0,0,0 ) )
cp.pixels.brightness = 0.2
for j in range(10):
cp.pixels[j]=( 25*(i%10), 0+25*((j-i)%10) , 255-25*((j-i)%10) )
i = (i+1)%10
time.sleep(0.01)
运行起来效果如同设计的，平时正常显示炫彩，按下a键就进入警报模式：
完成效果见视频：
7：创意任务二：章鱼哥
（1）任务/项目介绍（需要包含项目简介；全部物料清单，含物料名称、实物图片；设计思路）
创意任务二的任务是做一个章鱼哥，要求章鱼哥的触角根据环境声音的大小舒展或者收缩。
为了让触角的舒张和收缩幅度相同，是用ULN2003驱动的28BYJ48步进电机来实现的。Adafruit Circuit Playground Express上有麦克风，但是这次只用它来测音量。章鱼触手收回去之后，需要再伸展开来，所以还需要用一个开关。
章鱼的身体是用杯子改的，把杯壁翦成8条，折叠打孔。然后把步进电机固定在杯子底部，在轴上装一个瓶子盖，在瓶盖周围打上8个孔，用棉线穿过空之后，再穿过折叠的杯壁的孔，绕到触手末端，就完成了。
（2）软件流程图
（3）各任务对应的主要代码片段、功能展示及图文说明（每个任务需要包含至少一张对应的实物图）
为了能操作ULN2003驱动28BYJ48步进电机省事，先写了一个文件Stepper28BYJ48_ULN2003.py，里面定义了操作步进电机的类。
初始化的时候，把控制的引脚传进去，之后每次走一步，都只要传方向和速度。
import board,digitalio
import time
class Stepper28BYJ48_ULN2003:
_DELAY_T = 0.15
_POS_ARRY =(
(False , True ,True ,True ),# A
(False , False ,True ,True ),# AB
(True , False ,True ,True ),# B
(True , False ,False ,True ),# BC
(True , True ,False ,True ),# C
(True , True ,False ,False),# CD
(True , True ,True ,False),# D
(False , True ,True ,False),# DA
)
# init
def __init__(self,pin_a,pin_b,pin_c,pin_d):
#self.speed = 1000
#self.direction = 1
self.pos = -1
self.pins = [ digitalio.DigitalInOut(p) for p in (pin_a,pin_b,pin_c,pin_d) ]
for p in self.pins:
p.switch_to_output()
# step
def steper_one_step(self,d=1,speed=1000):
self.pos += d #self.direction
self.pos %= len(self._POS_ARRY)
print(self.pos)
#ctr_a.value , ctr_b.value , ctr_c.value , ctr_d.value = self._POS_ARRY[pos]
for i in range(len(self.pins)):
self.pins[i].value = self._POS_ARRY[self.pos][i]
#time.sleep(self._DELAY_T/self.speed)
time.sleep(self._DELAY_T/abs(speed))
检测声音大小，可以用audiobusio库，喂给它一个缓冲区，就可以返回一系列模拟值。官网代码套了2层函数，太罗嗦了，精简了一下，用取样缓冲区模拟量计算归一化均值，就能检测声音大小。章鱼触手收回去之后，需要再伸展开来，所以用digitalio来读取开关。主程序如下：
import board,time
from Stepper28BYJ48_ULN2003 import Stepper28BYJ48_ULN2003 as st
import audiobusio,board,array,math
import digitalio
from adafruit_circuitplayground import cp
N = 1/4
stepper = st( board.A3 , board.A2 , board.A1 , board.A6 )
mic = audiobusio.PDMIn(board.MICROPHONE_CLOCK, board.MICROPHONE_DATA, sample_rate=16000, bit_depth=16)
samples = array.array("H", [0] * 320)
button = digitalio.DigitalInOut(board.A5)
button.switch_to_input(pull=digitalio.Pull.DOWN)
while True:
mic.record(samples, len(samples))
minbuf = int( sum(samples) / len(samples) )
samples_sum = sum([ float(sample - minbuf) * (sample - minbuf) for sample in samples] )
val = math.sqrt(samples_sum / len(samples))
print( sum(samples) , minbuf , val )
if val > 300 :
print('danger!')
cp.play_file('danger.wav')
for i in range(4076 * N):
if i%100==0:
print(i,end=' :-> ')
stepper.steper_one_step(-1,100000)
time.sleep(2)
while button.value :
time.sleep(0.05)
print('safe.')
cp.play_file('shoping.wav')
for i in range(4076 * N):
if i%100==0:
print(i,end=' :-> ')
stepper.steper_one_step( 1,100000)
time.sleep(2)
time.sleep(0.1)
组装起来是这样的：
运行效果看视频吧。
8：创意任务三：触摸钢琴
（1）任务/项目介绍（需要包含项目简介；全部物料清单，含物料名称、实物图片；设计思路）
创意任务三原题要求是做“水果钢琴”——通过触摸水果弹奏音乐，并配合灯光效果。我没准备水果，只是靠触摸完成功能，所以只能叫“琴”。
因为没有水果，只需要用Adafruit Circuit Playground Express一块板子就可以完成。
利用官方adafruit_circuitplayground.cp来点灯、检测触摸、放音乐——其实就是按某个频率震荡。
（2）软件流程图
（3）任务代码、功能展示及图文说明（每个任务需要包含至少一张对应的实物图）
除了当琴弹，还加了个示范功能：按下按键A后，会播放“小星星”这首曲子，并点亮对应的灯，所以要定义乐谱和时长。
还要给每个音调定义好频率，放音的时候用官方库的start_tone功能。这个库只要告诉它Hz数，就会播放对应的音调。不用的时候，执行stop_tone就可以停止。
from adafruit_circuitplayground import cp
import time
HZ = ( 262,294,330,349,392,440,494)
LT = ( 6,8,9,0,1,3,5)
MUSIC_LITTLE_STAR_M = tuple( int(c) for c in '115566544332215544332554433211556654433221' )
MUSIC_LITTLE_STAR_L = tuple( int(c) for c in '111111211111121111112111111211111121111112' )
cp.pixels.fill( ( 0,0,0 ) )
while True:
#break
print( cp.touch_A1,cp.touch_A2,cp.touch_A3,cp.touch_A4,cp.touch_A5,cp.touch_A6 ,cp.button_a)
if cp.button_a:
for i in range(len(MUSIC_LITTLE_STAR_M)):
cp.pixels[ LT[MUSIC_LITTLE_STAR_M[i]-1] ]= ( 255,0,255 )
cp.start_tone( HZ[MUSIC_LITTLE_STAR_M[i]-1] )
time.sleep(0.25*MUSIC_LITTLE_STAR_L[i])
cp.pixels[ LT[MUSIC_LITTLE_STAR_M[i]-1] ]= ( 0,0,0 )
cp.stop_tone()
if cp.touch_A1:
cp.start_tone( HZ[0] )
cp.pixels[ LT[0] ]= ( 0,255,0 )
elif cp.touch_A2:
cp.start_tone( HZ[1] )
cp.pixels[ LT[1] ]= ( 0,255,0 )
elif cp.touch_A3:
cp.start_tone( HZ[2] )
cp.pixels[ LT[2] ]= ( 0,255,0 )
elif cp.touch_A4:
cp.start_tone( HZ[3] )
cp.pixels[ LT[3] ]= ( 0,255,0 )
elif cp.touch_A5:
cp.start_tone( HZ[4] )
cp.pixels[ LT[4] ]= ( 0,255,0 )
elif cp.touch_A6:
cp.start_tone( HZ[5] )
cp.pixels[ LT[5] ]= ( 0,255,0 )
else:
cp.stop_tone()
cp.pixels.fill( ( 0,0,0 ) )
time.sleep(0.3)
这是触碰A5的效果。
完成效果见视频：
9：对本活动的心得体会（包括意见或建议）
这次参加Follow me第二季第1期活动，大致把Adafruit Circuit Playground Express的主要功能都试了一下。按照活动要求，完成了全部任务。对Circuit的python也有了更多认识。学习过程中看到了网友们很多脑洞大开的技巧，受益良多。期间试了一下用arduino编程，准备今后再抽时间试试图形化编程工具。
感谢主办方DigiKey、EEworld，以及各位帮助过我的同学，谢谢！
三、可编译下载的代码
https://download.eeworld.com.cn/detail/nemon/634238
代码说明：
|
入门任务（必做）：开发环境搭建，板载LED点亮
基础任务一（必做）：控制板载炫彩LED，跑马灯点亮和颜色变换
|
code_task_A01_led_blink.py |
| 基础任务二（必做）：监测环境温度和光线 |
code_task_A02_temperature_light.py |
| 基础任务三（必做）：接近检测 |
code_task_A03_distence_alert.py |
| 进阶任务（必做）：制作不倒翁——摇摇马 |
code_task_B01_horse.py |
| 创意任务一：可穿戴装饰——报警器 |
code_task_C01_alert.py |
| 创意任务二：章鱼哥 |
code_task_C02_octopus.py |
| 创意任务三：钢琴 |
code_task_C03_piano.py |
| 
提升卡
变色卡
千斤顶
1/9 
京公网安备 11010802033920号
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