【Follow me第二季第一期】任务汇总帖

cyz6668

【Follow me第二季第一期】任务汇总帖 [复制链接]

本帖最后由 cyz6668 于 2024-9-29 13:04 编辑

大家好，我是cyz6668，今天向大家分享一下我参与Follow me第一期的任务汇总。汇总视频见【【Follow me第二季第一期】任务汇总（by cyz6668）-【Follow me第二季第一期】任务汇总（by cyz6668）-EEWORLD大学堂】。

项目简介：搭配必购板子Adafruit Circuit Playground Express完成下方任务。

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

基础任务二（必做）：监测环境温度和光线，通过板载LED展示舒适程度

基础任务三（必做）：接近检测——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

进阶任务（必做）：制作不倒翁——展示不倒翁运动过程中的不同灯光效果

创意任务：有创意的可穿戴装饰——可结合多种传感器和灯光效果展示

物料图片：主要用了开发板Adafruit Circuit Playground Express。

设计思路分开任务详细介绍。

本期任务使用的是Adafruit这块开发板，我选择使用Circuit Python对它进行开发。

1. 入门任务：开发环境的搭建和板载LED的点亮

见【【Follow me第二季第1期】入门任务：板载LED点亮以及跑马灯效果 - DigiKey得捷技术专区 - 电子工程世界-论坛 (eeworld.com.cn)】。

首先我们需要下载好烧录所需的.uf2文件和CircuitPython固件库。下载好以后我们将开发板通过USB连接到电脑，电脑识别出新的驱动器CPLAYBOOT，这标志着连接成功。

将之前下载好的.uf2文件复制到驱动器中，等待一段时间，板子呈现红灯全亮的状态，并且之前的驱动器弹出并且重新被识别为CIRCUITPY，即可烧录Python程序。

之后我们下载本地的Mu Editor用于编写开发板的代码，选择使用Circuit Python，开发环境就搭建完成了。之后将下载好的固件库复制到板子中，这些都是Circuit Playground Library中的函数，提供了各种功能和参考例程。后续的任务都会基于此进行。

我们试着点亮一下板载LED，代码如下：

from adafruit_circuitplayground import cp
	while True: 
	cp.red_led =True

实现板载LED灯的点亮效果如下，可以看到D13位置的LED灯点亮。

2. 基础任务一（必做）：控制板载炫彩LED，跑马灯点亮和颜色变换

·见【【Follow me第二季第1期】入门任务：板载LED点亮以及跑马灯效果 - DigiKey得捷技术专区 - 电子工程世界-论坛 (eeworld.com.cn)】。

这部分任务需要使用到板子外围的一圈LED灯，并且依次去点亮并赋予不同的颜色。我们使用如下代码亮灯，其中i表示需要点亮的LED灯的编号，三元数组(R,G,B)用于设置灯的颜色。

为了方便实现跑马灯的颜色变换，我们预先设置了一个颜色的列表color，用于存储可能用到的颜色，然后只需要每一盏灯按顺序依次取一种颜色即可，超过取色的列表范围就从头开始取。同时在每一次循环中，LED灯的起始颜色会更新为颜色列表中的下一个颜色，这样，整个LED灯带就会呈现出流动的光效。

具体的代码如下：

from adafruit_circuitplayground import cp

cp.pixels.brightness = 0.1
num_pixels = 10 
colors = [(255, 0, 0), (0, 255, 0), (0, 0, 255), (255, 255, 0), (255, 0, 255),
           (0, 255, 255), (255, 127, 0), (127, 255, 0), (127, 0, 255), (0, 127, 255)]

while True:
    for i in range(num_pixels):
        start_color = i
        for j in range(num_pixels):
            cp.pixels[j] = colors[(i+j)%10]

3. 基础任务二（必做）：监测环境温度和光线，通过板载LED展示舒适程度

见【【Follow me第二季第1期】普通任务：光照传感器和温度传感器 - DigiKey得捷技术专区 - 电子工程世界-论坛 (eeworld.com.cn)】。

这个任务主要涉及温度和光照传感器的使用。

首先是光照传感器，通过cp.light就可以读取光照传感器采集的数值。此外，教程进一步提供了一个量化光照强度并转换为LED亮灯数量的函数示例。此函数将传感器读数转换为0到9之间的整数，代表亮灯的数量。

其次再看温度传感器，使用的方法和光照传感器是一样的，通过cp.temperature，可以获取以摄氏度为单位的温度读数。同样地，为了量化温度读数，教程推荐了另一种方法。这种方法不仅直观，而且具有更高的通用性和可复用性，便于迁移至其他传感器的应用。

回到实际的任务，我们先通过以下的代码，打印一下当前的光照强度和温度，作为我们设置的舒适温度的标准。可以看到光照强度大约是160左右，温度是26℃左右。基于此，我们设定了光照的上限为200，下限为100；温度的上限为30℃，下限为24℃。

我们对量化函数进行了合并，分别用左右两侧各5盏LED来分别量化表示光照和温度。同时考虑到实际的采集值可能会超过我们设置的阈值，防止两边亮灯互相干扰，此函数限制了亮灯数量的最大值为5，确保了LED显示的一致性和直观性。

LED灯的状态更新通过编写专门的函数实现，该函数不仅考虑了LED灯的编号顺序，还通过颜色编码区分了不同的环境状态。光照部分都亮白灯；温度部分，适宜温度时亮绿灯，低于适宜温度时亮蓝灯，高于适宜温度时亮红灯，以示区别。

最后在主循环中去调用这个更新LED状态的函数，将所有的灯按照更新好的状态点亮。我们可以看到左边的温度指示灯和右边的光照指示灯被点亮，视频中也演示了当用手指遮挡光线或者触碰温度传感器，改变光照强度和温度的时候，出现的指示灯数量变化。

具体的代码如下：

import time
from adafruit_circuitplayground import cp

cp.pixels.auto_write = False
cp.pixels.brightness = 0.1
minimum_light = 0
maximum_light = 200
minimum_temp = 25
maximum_temp = 32
pixels = [0] * 10

def scale_range(value, minimum_value, maximum_value):
	return min(int((value - minimum_value) / (maximum_value - minimum_value) * 5), 5)

def update_leds(peak_light, peak_temp):
	for i in range(10):
		pixels[i] = (0, 0, 0)
	for i in range(peak_light):
		pixels[i] = (255, 255, 255)

	if peak_temp < 3:
		temp_color = (0, 0, 255)
	elif peak_temp == 3:
		temp_color = (0, 255, 0)
	else:
		temp_color = (255, 0, 0)
	for i in range(10 - peak_temp, 10):
		pixels[i] = temp_color
	return pixels

while True:
	print((cp.light,cp.temperature))
	peak_light = scale_range(cp.light, minimum_light, maximum_light)
	peak_temp = scale_range(cp.temperature, minimum_temp, maximum_temp)
	pixels = update_leds(peak_light, peak_temp)
	for i in range(10):
		cp.pixels[i] = pixels[i]
	cp.pixels.show()
	time.sleep(0.05)

4. 基础任务三（必做）：接近检测——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

见【【Follow me第二季第1期】普通任务：光照传感器和温度传感器 - DigiKey得捷技术专区 - 电子工程世界-论坛 (eeworld.com.cn)】。

我们的设计思路是通过固定光源照射开发板，并点亮板上所有LED灯来模拟环境光照。当物体接近时，会遮挡外部光源，导致光照传感器只能接收到来自板载LED的光，从而读数下降。相反，当物体非常接近时，其表面的反射作用会增强传感器的读数。基于这一原理，我们设定了当传感器读数异常升高时，触发蜂鸣器发出警报。

我们编写了以下代码来记录和绘制光照强度的变化曲线。在无遮挡和正常遮挡的情况下，光照传感器的采样值相对比较稳定，分别是120左右和5左右。但是当物体非常接近时，尽管光照传感器采样值出现增大，最大值可以超过250。我们将250设置为安全距离，但是因为物体移动或者不平整等原因，导致比较大的波动，可能会出现一些误判断的情况。

完整的代码如下：

import time
from adafruit_circuitplayground import cp

while True:
	if cp.light < 140:
		for i in range(10):
			cp.pixels[i] = (0, 0, 255)
		cp.pixels.show()
	elif cp.light > 250:
		for i in range(10):
			cp.pixels[i] = (255, 0, 0)
		cp.pixels.show()
		cp.play_file("dip.wav")
	else:
		for i in range(10):
			cp.pixels[i] = (0, 255, 0)
		cp.pixels.show()
	time.sleep(0.01)

在无遮挡时，LED显示绿色；当物体遮挡但距离较远时，LED显示蓝色；而当物体非常接近时，LED显示红色，并触发蜂鸣器报警。最终的结果如视频所示。

我们采用硬纸板是可以反光的，从而使得非常接近板子的时候反而能加强光照传感器的读数。此外，由于物体遮挡和接近板子之间必然经过正常光照的中间状态，可能会导致在某些适中距离下出现误判。未来，我们计划进一步研究如何有效利用红外模块，以提高接近检测的准确性和可靠性。

5. 进阶任务（必做）：制作不倒翁——展示不倒翁运动过程中的不同灯光效果

见【【Follow me第二季第1期】进阶任务：不倒翁和创意可穿戴装饰 - DigiKey得捷技术专区 - 电子工程世界-论坛 (eeworld.com.cn)】。

我们将使用六轴加速度传感器，以实现一个动态的灯光效果，随着不倒翁的摇摆而变化。

该任务主要需要使用的传感器可以参考教程中的Acceleration部分。通过传感器可以获取x,y,z三轴的读数，这些读数会随着开发板的空间位置和倾斜情况而变化。利用这些参数，我们可以对LED灯的(R,G,B)三元组进行动态调整，以实现不倒翁在晃动过程中呈现出独特的灯光效果。

具体的实现代码已经在教程中提供，我们可以直接采用并进行适当的修改。

from adafruit_circuitplayground import cp

while True:
	R = 0
	G = 0
	B = 0
	x, y, z = cp.acceleration
	print((x, y, z))
	cp.pixels.fill(((R + abs(int(x))), 
				(G + abs(int(y))), 
				(B + abs(int(z)))))

根据不同的倾斜情况的传感器示数，可以调整RGB三色的配比，我们可以根据不同的倾斜情况实现不同的颜色变化。例如，当开发板平放时，灯光可以呈现蓝色；当板子垂直放置时，灯光可以呈现绿色；而当板子垂直后旋转，灯光则可以转变为红色。在视频演示中，我们可以观察到随着开发板的晃动，灯光效果随之不断变化。

6. 创意任务一：有创意的可穿戴装饰——可结合多种传感器和灯光效果展示

见【【Follow me第二季第1期】进阶任务：不倒翁和创意可穿戴装饰 - DigiKey得捷技术专区 - 电子工程世界-论坛 (eeworld.com.cn)】。

我们设计了一款独特的可穿戴装饰，它不仅拥有绚丽的灯光效果，还具备音乐播放功能，让你在黑夜中也能享受快乐时光。这款装饰巧妙地结合了开发板的LED灯、蜂鸣器以及开关，为用户提供了丰富的互动体验。

在这款装饰中，我们使用了板载的LED灯和蜂鸣器，以及一个拨动开关和两个按键开关B。拨动开关用于在两种模式之间切换，而按键开关B则用于改变蜂鸣器的音调，使其能够演奏旋律。

当拨动开关置右时，LED灯进入自动变色模式。当拨动开关置左时，LED灯进入手动变色模式。此时，用户可以通过按下按键B来改变LED灯的颜色，同时蜂鸣器会播放预设的音调。通过连续长按按键B，可以实现蜂鸣器播放旋律，并且LED灯随着旋律顺滑地变换颜色。

以下是具体的代码实现，首先介绍如何实现LED灯的顺滑切换。

我们预设了一个RGB颜色的允许取值范围，以确保选取的颜色都是相对正色。然后，我们编写了一个颜色更新函数，每次只从R,G,B三个通道中随机选择一个进行参数在允许的取值内随机改变，这样就保证了连续两个颜色之间不会产生特别大的差异。同时，在每一次颜色改变后，我们都会检查RGB三者是否同时取到了0，如果是，则会将这一次改变的通道在除了0以外的值内重新随机选择。

其次我们介绍如何实现蜂鸣器的旋律播放。我们根据乐谱C调中低音do到高音do的频率，将一首乐曲Funky Town（鸡块旋转小曲）的旋律转换成频率的列表。每次检测到按键B被按下，蜂鸣器自动播放下一个音调。当按键B被长按时，就实现了旋律的连续播放。

最终把两者结合起来，具体代码如下：

import time
import random
from adafruit_circuitplayground import cp

color_values = [0, 63, 127, 191, 255]
current_color = [255, 255, 255]
cp.pixels.brightness = 0.1
tone_list = [454,454,422,454,-1,358,-1,358,454,550,518,454,
             358,358,326,358,-1,262,-1,262,358,454,422,358]

def change_color(current_color):
	channels = ['R', 'G', 'B']
	channel = random.choice(channels)
	new_value = random.choice(color_values)

	if channel == 'R':
		current_color[0] = new_value
	elif channel == 'G':
		current_color[1] = new_value
	else:
		current_color[2] = new_value

	if current_color == [0, 0, 0]:
		new_value = random.choice(color_values[1:])
	if channel == 'R':
		current_color[0] = new_value
	elif channel == 'G':
		current_color[1] = new_value
	else:
		current_color[2] = new_value

	return current_color

flag = 0    
while True:
	for i in range(10):
		cp.pixels[i] = current_color

	if cp.switch:
    		current_color  = current_color
    		if cp.button_b:
			cp.play_tone(tone_list[flag], 0.1)
			current_color = change_color(current_color)
			flag = (flag + 1)%24
	else:
    		flag = 0
    		current_color = change_color(current_color)

	cp.pixels.show()
	time.sleep(0.1)

在视频演示中，我们可以看到，当拨动开关置右时，LED灯自动切换颜色；当拨动开关置左且按键B被按下时，LED灯手动切换颜色，同时蜂鸣器播放旋律。这一互动体验不仅增加了装饰的趣味性，也提升了用户的参与感。

对本次活动的心得体会与建议：

参加这次电子开发板试玩活动，我收获颇丰。

我的技术水平通过这次学习得到提升，我通过实际操作，我对这款开发板的特性和使用方法有了全面的了解，提升了我的硬件编程和调试技能。
对我的创新思维也有启发作用。看到其他同学的创意项目，激发了我的创新思维，启发我在未来的项目中尝试更多新的想法。
团队合作：通过与小组成员的合作，我学会了如何在团队中有效沟通和协作，这对于任何项目都是非常重要的。
社区交流：活动中认识了很多志同道合的朋友，建立了宝贵的联系。这些交流不仅有助于技术上的成长，也为未来可能的合作打下了基础。
总之，这次活动不仅让我学到了新的知识和技术，更重要的是激发了我对电子开发的热情。我相信这些经验和心得将对我的未来发展大有裨益。

我希望后面可以推出更多相关的活动，更高难度的工作，并且可以有相关更详尽的课程学习。

以上就是这次任务的汇报，代码暂时还没有通过审核，附在帖子后面了，欢迎大家批评指正！

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