ASCII之謎：閃爍的LED密碼之光

15th鐵人賽

艾薇 Ivy

2023-10-11 15:00:50

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前情提要

　　在Day 26：繼電器的控制悖論中，你的室友們想要潛入女生宿舍送宵夜，還拉你下水，但當室友A──眼鏡仔破解門禁系統時，卻觸發了保護機制，結果你、眼鏡仔、毛帽男三人被困在一個女生房間裡。
　　你們發現房間裡有一個盆栽，上面的樹莓正閃爍著紅色LED亮光，裡面還有一條線連接到DHT22溫溼度感測器。你們發現如果溫度跟濕度達到一定的標準，就會觸發繼電器。你們想盡辦法成功觸發繼電器後，發現這個繼電器連接到風扇的插頭，然後風扇開始緩緩轉動。
　　你們在風扇後面找到一張紙條，上面寫著要你們用WebCam攝影機拍照，然後用Python程式把照片轉換成ASCII碼，再用GPIO4接腳控制LED燈，讓它閃爍出ASCII碼。這是大漂亮給你們的下一個提示。

Step 1：需求分析

輸入 / Input

(1) 使用者輸入ASCII字元（例如： “@” 或 “?”）
(2) LED 燈連接的 GPIO 接腳號（例如 17）

處理 / Process

(1) 根據使用者輸入的字元，查找 ASCII 碼的字典，獲取該字元對應的二進位代碼（例如： “@” 對應 “01000000”）。
(2) 對每個位元進行迴圈，如果是 1 就讓 LED 燈亮起，如果是 0 就讓 LED 燈熄滅，並且每次切換狀態後暫停 0.5 秒。
(3) 使用者輸入的字元不在列表中，就印出錯誤訊息。

輸出 / Output

(1) LED 燈閃爍出使用者輸入的 ASCII 字元的二進位表示法（例如 “@” 就會閃爍出 “01000000” 的模式）。
(2) 如果使用者輸入的字元無法顯示，就會在終端機上顯示“Invalid character!”的訊息。

Step 2：演算法／流程圖

目的

讓樹莓派的 GPIO 接腳控制一顆 LED 燈
讓 LED 燈閃爍出一個 ASCII 字元的二進位表示法

步驟

1. 引入了 gpiozero 和 time 這兩個模組，分別用來操作GPIO 接腳和控制時間。
1. 建立一個LED 物件，並且指定使用GPIO17這個接腳來連接LED燈。
1. 建立一個ASCII 字元列表和一個ASCII 碼字典，分別用來儲存不同亮度等級的字元和它們對應的二進位代碼。
1. 輸入一個想要閃爍的 ASCII 字元，並且檢查是否在列表中。
- (1) 如果在列表中，程式碼就會獲取該字元對應的 ASCII 碼，並且對每個位元進行迴圈。
  - a. 在迴圈中，程式碼會判斷位元是 1 還是 0，
    如果是 1 就讓 LED 燈亮起；如果是 0 就讓 LED 燈熄滅。
  - b. 每次切換 LED 燈的狀態後，程式碼會暫停 0.5 秒，讓 LED 燈保持一段時間的亮度。
  - c. 迴圈結束後，程式碼會關閉 LED 燈，結束閃爍。
- (2) 如果不在列表中，程式碼就會印出錯誤訊息，告訴使用者該字元無法顯示。

Step 3：程式撰寫

1. 引入了 `gpiozero` 和 `time` 這兩個模組，分別用來操作`GPIO 接腳`和`控制時間`

pip install PIL numpy opencv-python
# 引入gpiozero和time模組 就像是打開工具箱
from gpiozero import LED
from time import sleep

2. 建立一個`LED 物件`，並且指定使用`GPIO17`這個接腳來連接LED燈

# 建立一個LED物件 就像是拿出一顆LED燈
# 參數17表示使用GPIO17接腳 就像是把LED燈插到第17號小孔
led = LED(17)
# 建立一個ASCII字元的列表 就像是一個密碼表
# 從最暗到最亮 就像是不同的亮度等級
chars = ["@", "#", "S", "%", "?", "*", "+", ";", ":", ",", "."]

3. 建立一個`ASCII 字元列表`和一個`ASCII 碼字典`，分別用來儲存`不同亮度等級的字元`和它們`對應的二進位代碼`

# 建立一個ASCII碼的字典 就像是一個對應表
# 對應每個字元和它的二進位表示法 就像是把每個字元轉換成0和1的組合
codes = {"@": "01000000", "#": "00100011", "S": "01010011", "%": "00100101", "?": "00111111", "*": "00101010", "+": "00101011", ";": "00111011", ":": "00111010", ",": "00101100", ".": "00101110"}

4. 輸入一個想要閃爍的 `ASCII 字元`，並且檢查是否在列表中

# 輸入你想要閃爍的ASCII字元 就像是選擇你想要顯示的字元
char = input("Enter a character: ")
# 檢查字元是否在列表中 就像是看看密碼表裡有沒有這個字元
if char in chars:
    # 獲取字元對應的ASCII碼 就像是查找對應表得到0和1的組合
    code = codes[char]
    # 對每個位元進行迴圈 就像是把0和1的組合一個一個讀取
    for bit in code:
        # 如果位元是1，就讓LED燈亮起 就像是把電流通過LED燈
        if bit == "1":
            led.on()
        # 如果位元是0，就讓LED燈熄滅 就像是把電流斷開LED燈
        else:
            led.off()
        # 暫停0.5秒 就像是讓LED燈保持一段時間的亮度
        sleep(0.5)
    # 關閉LED燈 就像是把電流完全斷開LED燈
    led.off()
else:
    # 如果字元不在列表中，就印出錯誤訊息 就像是告訴你這個字元無法顯示
    print("Invalid character!")

參考資料

超圖解Python程式設計入門（趙英傑, 2019, p.5-2, p.14-2）
Day14 閃爍LED燈(實驗1)（dick, 2019）
- 介紹如何用樹莓派和 gpiozero 模組來控制 LED 燈的亮滅。
- 列出所需的材料，並且提供了電路圖和程式碼。
- 說明程式碼的功能，展示實際結果。
第 06 章 - 認識 GPIO 與 LED 燈測試（蔡德明助理教授, 2022）
- 6.2：使用 gpiozero 的 python 模組控制 LED
  - 如何用 gpiozero 這個 python 模組來控制 LED 燈的亮滅和亮度。
  - 如何安裝 gpiozero，以及如何用不同的方式來指定 LED 的連接腳位。
  - 如何用 while 迴圈、on()、off()、blink()、value() 和 pulse() 等函數來讓 LED 燈產生不同的效果。
  - 如何用 input() 函數來讓使用者輸入指令來控制 LED 燈的開關。