謝作如 浙江省溫州中學(xué)

2015年，筆者在本欄目寫過一篇題為《可觸發(fā)拍照的“電子眼”》的文章，用Arduino結(jié)合Processing的形式，制作了一個(gè)簡單的可觸發(fā)拍照作品，模擬現(xiàn)在智慧城市中隨處可見的“電子眼”功能?，F(xiàn)在回頭去看，雖然Arduino在中小學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)比較常見，但Processing并沒有得到普及。而且筆者設(shè)計(jì)的作品原型最大的缺點(diǎn)是難以部署——總不能搬一臺(tái)計(jì)算機(jī)去充當(dāng)“電子眼”吧？

當(dāng)筆者再次審視過去的創(chuàng)客作品時(shí)，不得不為光陰流逝和技術(shù)變遷而感慨。當(dāng)年為實(shí)現(xiàn)一些創(chuàng)意，滿世界苦苦尋找低門檻的編程工具?，F(xiàn)如今，那些創(chuàng)意作品大都能用現(xiàn)有的工具快速實(shí)現(xiàn)。以“電子眼”作品為例，借助行空板和OpenCV、pinpong庫，寥寥幾行代碼就能實(shí)現(xiàn)這些功能（如圖1）。

圖1 2015年的“電子眼”原型作品界面和照片

●“電子眼”作品的工作流程分析

“電子眼”的核心功能是觸發(fā)拍照，其工作原理如圖2所示。當(dāng)時(shí)筆者選擇了紅外熱釋電傳感器、開源硬件（Arduino）、普通電腦和攝像頭，軟件則使用Processing。

圖2 “電子眼”觸發(fā)拍照的工作原理

紅外熱釋電傳感器（如下頁圖3）是能檢測人或動(dòng)物身體發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器，輸出開關(guān)信號(hào)，可以應(yīng)用于各種需要檢測運(yùn)動(dòng)人體的場合。在淘寶上，這種傳感器的價(jià)格在20～50元之間。

圖3 紅外熱釋電傳感器

實(shí)際上，除了紅外熱釋電傳感器外，還可以選擇其他類似的傳感器（如右表），如微波位移傳感器、紅外測障傳感器等。當(dāng)然，如果要實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的條件判斷，可能需要更多的傳感器組合。

可選傳感器列表

●用行空板實(shí)現(xiàn)“電子眼”的優(yōu)勢(shì)分析

行空板是一款為中小學(xué)Python編程而設(shè)計(jì)的開源硬件。行空板很小，尺寸略大于一張普通的明信片，但是性能卻不弱：4核1.2G國產(chǎn)CPU、512M內(nèi)存和16G固態(tài)硬盤，自帶了Wi-Fi和藍(lán)牙。行空板運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)，支持免驅(qū)攝像頭、聲卡等常見的外設(shè)，并預(yù)裝了一些與編程學(xué)習(xí)和創(chuàng)客造物息息相關(guān)的編程工具。例如，OpenCV是一個(gè)開源的跨平臺(tái)計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)軟件庫，比Processing更適合編寫與攝像頭相關(guān)的程序。

行空板還內(nèi)置了單片機(jī)，相當(dāng)于在普通的Linux電腦上接一塊類似Arduino和掌控板的開源硬件。那么，借助pinpong庫編寫與傳感器交互的攝像頭程序，類似于用Mind+編寫“實(shí)時(shí)模式”的代碼，非常方便。

行空板雖然是一塊配置了可觸摸屏幕的智能終端，但并沒有提供接鍵盤鼠標(biāo)進(jìn)行編程的模式。因?yàn)槲覀兛偸橇?xí)慣于在自己的電腦上調(diào)試代碼，然后“部署”（上傳）到智能終端上。從這一點(diǎn)看，行空板提供的多種連接電腦方式尤其可圈可點(diǎn)：①用USB方式，模擬出一塊網(wǎng)卡；②用Wi-Fi模式，和電腦連接同一個(gè)局域網(wǎng)；③用熱點(diǎn)模式，讓行空板作為一個(gè)無線路由器。

除了自帶的Jupyter和Mind+，行空板還可以使用Thonny作為IDE工具，調(diào)試代碼非常方便。因?yàn)檫B接開源硬件采用了pinpong庫，所以只要在電腦上接一塊開源硬件和攝像頭，“電子眼”的代碼就可以在任何電腦上開發(fā)調(diào)試，等測試正常后再部署到行空板上（如圖4）。

圖4 用Thonny給行空板編寫程序

●可觸發(fā)拍照“電子眼”作品的編程

根據(jù)“電子眼”的工作原理圖，筆者將代碼分解為拍照保存和傳感器觸發(fā)兩個(gè)部分，逐一講解。

參考代碼1：打開攝像頭，拍照并且保存

用OepnCV驅(qū)動(dòng)攝像頭拍照僅幾行代碼就可以實(shí)現(xiàn)?？紤]到有些攝像頭啟動(dòng)慢，代碼中增加了等待0.5秒時(shí)間，避免拍攝的照片是黑屏，代碼如上頁圖5所示。

圖5 參考代碼1

參考代碼2：讀取行空板傳感器狀態(tài)

行空板內(nèi)置的按鈕A和B，連接的是板載單片機(jī)的27、28引腳。圖6所示的代碼能夠輸出按鈕A的狀態(tài)。默認(rèn)情況是1，按下是0。

圖6 參考代碼2

參考代碼3：“電子眼”的最簡代碼

為了避免保存的圖片文件被覆蓋，代碼中每拍一張照片就將圖片編號(hào)加上1。一般來說，正式產(chǎn)品一般會(huì)采用“時(shí)間+編號(hào)”的方式來命名。

紅外熱釋電傳感器和按鈕一樣，都屬于開關(guān)量傳感器，所以代碼只需要根據(jù)接口編寫做一下修改即可，在如圖7所示的代碼中，傳感器接在21口。

圖7 參考代碼3

●程序運(yùn)行效果測試和優(yōu)化

筆者將紅外熱釋電傳感器接在行空板的21口（背面的接口），接上一個(gè)普通的攝像頭后測試，運(yùn)行正常：當(dāng)有人在傳感器前活動(dòng)的，就能自動(dòng)保存攝像頭照片（如圖8、圖9）。

圖8 選擇要運(yùn)行的程序

圖9 運(yùn)行界面

需要說明的是，行空板有一個(gè)默認(rèn)禁用的“開機(jī)自啟”功能（如圖10）。打開之后板子開機(jī)時(shí)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行上一次關(guān)機(jī)前運(yùn)行的程序。這樣一來，只要插上電源，這個(gè)“電子眼”程序就能夠一直運(yùn)行下去。如果找一個(gè)盒子包裝一下，這個(gè)“電子眼”作品和正式購買的安防產(chǎn)品功能上一樣穩(wěn)定，能夠長時(shí)間使用。筆者將這個(gè)作品部署在學(xué)校的人工智能實(shí)驗(yàn)室，作為暑假的安防管理，當(dāng)拍到有人活動(dòng)的照片后（因?yàn)槭罴賹?shí)驗(yàn)室不開放），還會(huì)同時(shí)給筆者發(fā)一封郵件。

圖10 行空板的“開機(jī)自啟”功能設(shè)置

●結(jié)語

筆者曾在本刊2020年的專題《用Python驅(qū)動(dòng)開源硬件》中，請(qǐng)上海蘑菇云的創(chuàng)客寫了一篇文章，將之前用Processing完成的創(chuàng)客作品用Python“再造”了一次。在創(chuàng)客文化中，“再造”是被鼓勵(lì)的一種學(xué)習(xí)方式。我們?cè)诓粩嗫焖偾斑M(jìn)的同時(shí)，不妨也回頭看看，當(dāng)年難以解決的一些問題或者門檻較高的技術(shù)方案，是否已經(jīng)有了新的工具和新的解決方案？在接下來的專欄文章中，筆者將繼續(xù)整理這方面的內(nèi)容，敬請(qǐng)關(guān)注。