謝作如 浙江省溫州中學

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。現(xiàn)在回頭去看，雖然Arduino在中小學的應(yīng)用已經(jīng)比較常見，但Processing并沒有得到普及。而且筆者設(shè)計的作品原型最大的缺點是難以部署——總不能搬一臺計算機去充當“電子眼”吧？

當筆者再次審視過去的創(chuàng)客作品時，不得不為光陰流逝和技術(shù)變遷而感慨。當年為實現(xiàn)一些創(chuàng)意，滿世界苦苦尋找低門檻的編程工具。現(xiàn)如今，那些創(chuàng)意作品大都能用現(xiàn)有的工具快速實現(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。當時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）是能檢測人或動物身體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，輸出開關(guān)信號，可以應(yīng)用于各種需要檢測運動人體的場合。在淘寶上，這種傳感器的價格在20～50元之間。

圖3 紅外熱釋電傳感器

實際上，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。當然，如果要實現(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

●用行空板實現(xiàn)“電子眼”的優(yōu)勢分析

行空板是一款為中小學Python編程而設(shè)計的開源硬件。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和藍牙。行空板運行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)裝了一些與編程學習和創(chuàng)客造物息息相關(guān)的編程工具。例如，OpenCV是一個開源的跨平臺計算機視覺和機器學習軟件庫，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，相當于在普通的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“實時模式”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進行編程的模式。因為我們總是習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。從這一點看，行空板提供的多種連接電腦方式尤其可圈可點：①用USB方式，模擬出一塊網(wǎng)卡；②用Wi-Fi模式，和電腦連接同一個局域網(wǎng)；③用熱點模式，讓行空板作為一個無線路由器。

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。因為連接開源硬件采用了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)動攝像頭拍照僅幾行代碼就可以實現(xiàn)?？紤]到有些攝像頭啟動慢，代碼中增加了等待0.5秒時間，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加上1。一般來說，正式產(chǎn)品一般會采用“時間+編號”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），接上一個普通的攝像頭后測試，運行正常：當有人在傳感器前活動的，就能自動保存攝像頭照片（如圖8、圖9）。

圖8 選擇要運行的程序

圖9 運行界面

需要說明的是，行空板有一個默認禁用的“開機自啟”功能（如圖10）。打開之后板子開機時會自動運行上一次關(guān)機前運行的程序。這樣一來，只要插上電源，這個“電子眼”程序就能夠一直運行下去。如果找一個盒子包裝一下，這個“電子眼”作品和正式購買的安防產(chǎn)品功能上一樣穩(wěn)定，能夠長時間使用。筆者將這個作品部署在學校的人工智能實驗室，作為暑假的安防管理，當拍到有人活動的照片后（因為暑假實驗室不開放），還會同時給筆者發(fā)一封郵件。

圖10 行空板的“開機自啟”功能設(shè)置

●結(jié)語

筆者曾在本刊2020年的專題《用Python驅(qū)動開源硬件》中，請上海蘑菇云的創(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”是被鼓勵的一種學習方式。我們在不斷快速前進的同時，不妨也回頭看看，當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，敬請關(guān)注。