项目设想

因为我住的宿舍楼光线较差，尤其是一到晚上，楼道里漆黑一片，虽然楼道内装了声控灯，但总觉得发出声音有些不好意思，因此晚上总是摸黑前行。于是有一次我十分尴尬的走错了寝室，这让我下定决心给我们的宿舍门做一些装饰：光感应灯。

我打算用3个LED（红、黄、绿各一个）结合Pico和光感应模块将门牌“511”照亮。

参考资料

材料清单及成本

  • 树莓派Pico（以下简称：Pico）

    https://3.cn/24w1Y-gh ￥16.8

  • 2节5号电池盒

    https://m.tb.cn/h.gMC3Lv3?tk=n7Lh3gOjHF2 ￥3.52/5 = ￥0.704

  • 光感应模块

    https://m.tb.cn/h.golCN8X?tk=5p9M3gOlumG ￥2.95

  • 2节5号碱性电池

    https://3.cn/24w3-aLa ￥8.8/5 = ￥1.76

  • 3个LED

    成本忽略不计

  • 小电线

    成本忽略不计

电路连接

Pico引脚分布图

Pico GPIO Layout.png

将LED与Pico连接

按照上面的引脚分布图，将红、黄、绿的LED分别与GP2、GP12、GP15连接。

连接光传感器

  • 传感器模块的VCC脚接树莓派Pico的3V3
  • 传感器模块的GND脚接树莓派Pic 的GND
  • 传感器模块的AO脚接树莓派Pico的GP28
  • 传感器模块的 DO 脚接树莓派Pico的GP27

代码实现

导入所需库并定义LED

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import machine
import utime

ledG = machine.Pin(15, machine.Pin.OUT)
ledY = machine.Pin(12, machine.Pin.OUT)
ledR = machine.Pin(2, machine.Pin.OUT)

定义开灯/关灯函数

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def lightOn():
    ledG.on()
    ledY.on()
    ledR.on()
    
def lightOff():
    ledG.off()
    ledY.off()
    ledR.off()

定义光传感器（模拟信号、数字信号）

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sensor_analog = machine.ADC(28)
sensor_digital = machine.Pin(27, machine.Pin.IN)

先编写如下程序进行测试：

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import machine
import utime
 
sensor_analog = machine.ADC(28)
sensor_digital = machine.Pin(27, machine.Pin.IN)
 
while True:
    print('Analog value: %d, Digital value: %d.' % (65535 - sensor_analog.read_u16(), 1 - sensor_digital.value()))
    utime.sleep(0.5)

如下是开启我桌上台灯前后的输出结果。

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Analog value: 41786, Digital value: 1.
Analog value: 41930, Digital value: 1.
Analog value: 41674, Digital value: 1.
Analog value: 41706, Digital value: 1.
Analog value: 47035, Digital value: 1.
Analog value: 57454, Digital value: 1.
Analog value: 57422, Digital value: 1.
Analog value: 57454, Digital value: 1.
Analog value: 57358, Digital value: 1.

定义阈值并编写测量函数

如上所示，将测试用阈值暂定为50000，即模拟信号值大于50000时，开启LED；反之，则不开启。

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# 定义阈值
threshold = 50000

def testing(threshold):
    # 定义光传感器
    sensor_analog = machine.ADC(28)
    sensor_digital = machine.Pin(27, machine.Pin.IN)
    print('Analog value: %d, Digital value: %d.' % (65535 - sensor_analog.read_u16(), 1 - sensor_digital.value()))
    if 65535 - sensor_analog.read_u16() >= threshold:
        return True
    else:
        return False

开/关灯逻辑实现

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while True:
    utime.sleep(0.1)
    if testing(threshold):
        lightOff()
    else:
        lightOn()

实地测量获取数据

如上的阈值是用于桌上判断台灯开启与否的，与实际需求（见“项目设想”）必然存在一定差异，因此我们必须再做更多实地测量获取可用的阈值。

但把电脑搬到外面去似乎不太合适（主要也是不方便），于是我们需要自动启动程序并将测量值记录下来。

编写测量程序

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import machine
import utime
 
sensor_analog = machine.ADC(28)
sensor_digital = machine.Pin(27, machine.Pin.IN)


# 为每次启动分行
with open('dataLogger.txt', 'a') as f:
        f.write('\n')

while True:
    with open('dataLogger.txt', 'a') as f:
        f.write('Analog value: %d, Digital value: %d.\n' % (65535 - sensor_analog.read_u16(), 1 - sensor_digital.value()))
    
    utime.sleep(0.5)

Pico自动运行程序

将如上程序保存为main.py。按下CTRL+D，这样Thonny就能将Pico激活。

这样，就可以带上充电宝（和USB A2B数据线），来到宿舍门外试验啦！

测量日志：

2024/9/4 14:35（这时天很亮，楼道里也能勉强看清）宿舍门前的声控灯开启与否的阈值约为30000。

2024/9/4 21:21 阈值约为18000。

综上，我决定采用18000作为最终阈值。

附：记录日志

14:35

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完整代码

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import machine
import utime

# 定义LED
portG = 15
portY = 12
portR = 2
ledG = machine.Pin(portG, machine.Pin.OUT)
ledY = machine.Pin(portY, machine.Pin.OUT)
ledR = machine.Pin(portR, machine.Pin.OUT)

# 定义阈值
threshold = 18000

def lightOn():
    ledG.on()
    ledY.on()
    ledR.on()
    
def lightOff():
    ledG.off()
    ledY.off()
    ledR.off()
    

def testing(threshold):
    # 定义光传感器
    sensor_analog = machine.ADC(28)
    sensor_digital = machine.Pin(27, machine.Pin.IN)
    print('Analog value: %d, Digital value: %d.' % (65535 - sensor_analog.read_u16(), 1 - sensor_digital.value()))
    if 65535 - sensor_analog.read_u16() >= threshold:
        return True
    else:
        return False


while True:
    utime.sleep(0.1)
    if testing(threshold):
        lightOff()
    else:
        lightOn()

记得将上述代码保存为main.py！

使用电池供电

目前为止，我们都是采用Pico上的micro USB接口为其供电。但我们不可能专门为这个光感应灯配备一个充电宝，这样成本太高了，因此最佳方案是使用干电池为其供电。（当然也可以选用带micro USB口的电池盒，但这个方案被pass掉的原因同样是成本较高）

根据树莓派官网的信息，Pico的安全供电电压介于1.8V和5.5V之间，因此我们选用2节干电池，提供3V的工作电压。

将电池盒的正、负极分别接在Pico的VSYS口、GND口。

形成产品

为了能让我们的光感应灯长久的贴于寝室门上，我们需要一个外壳。我手头刚好有一个惠普鼠标的纸壳，便用它作为产品外壳。

首先大致测量数字5 1 1之间的长度，以确定LED的位置，随后，用小刀之类的工具在其上钻三个孔用于将灯泡置于壳外。

接着，在纸壳的下部，钻一个方形的孔，用于放置光感应模块。

实物图：

实物图2.jpg
实物图1.jpg