藍(lán)橋杯樹(shù)莓派模擬題解析三：“電子測(cè)距儀”

牟曉東

本文以模擬題“電子測(cè)距儀”為例，進(jìn)行題目解析。

第三題“電子測(cè)距儀”（難度系數(shù)3，25個(gè)計(jì)分點(diǎn)）：

在日常生活中，我們經(jīng)常會(huì)需要測(cè)量距離，電子測(cè)距儀作為一種測(cè)距設(shè)備，可以很方便地幫助我們測(cè)出距離，現(xiàn)制作一個(gè)簡(jiǎn)易的電子測(cè)距儀。

硬件準(zhǔn)備：

1個(gè)按鍵模塊【接入25#引腳】，1個(gè)數(shù)碼管【接入IIC接口】，1個(gè)超聲波傳感器【接入超聲波專用接口】，杜邦線若干。

編程實(shí)現(xiàn)：

（1）程序開(kāi)始時(shí)，數(shù)碼管沒(méi)有顯示;

（2）當(dāng)按鍵按下并且按住時(shí)，數(shù)碼管顯示當(dāng)前設(shè)備測(cè)試的距離值（只顯示整數(shù)部分），測(cè)量顯示的距離范圍為2-400cm;

（3）當(dāng)測(cè)量到的距離大于400或者小于2cm時(shí)，數(shù)碼管顯示4個(gè)0;

（4）當(dāng)按鍵松開(kāi)時(shí)，數(shù)碼管不顯示;

（5）如此循環(huán)。

判斷標(biāo)準(zhǔn)：

3分：實(shí)現(xiàn)“編程實(shí)現(xiàn)”中的（1）;

5分：實(shí)現(xiàn)“編程實(shí)現(xiàn)”中的（2）;

7分：實(shí)現(xiàn)“編程實(shí)現(xiàn)”中的（3）;

5分：實(shí)現(xiàn)“編程實(shí)現(xiàn)”中的（4）;

5分：完全符合題意。

1.審題

“電子測(cè)距儀”的關(guān)鍵考點(diǎn)是使用分支選擇結(jié)構(gòu)的嵌套，將超聲波傳感器檢測(cè)到的不同范圍距離值在數(shù)碼管上進(jìn)行顯示;另外，還必須要特別注意數(shù)碼管的使用前設(shè)置（如先關(guān)閉再調(diào)節(jié)亮度等），以及如何單獨(dú)控制各個(gè)數(shù)字位的數(shù)據(jù)顯示。

（1）通常使用的HC-SR04超聲波傳感器的有效測(cè)距范圍為2-400cm，數(shù)碼管則最多可顯示四位數(shù)字;因此，題目中的要求（2）其實(shí)也只是使用了右側(cè)的1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)低位數(shù)碼管，最左側(cè)的0號(hào)是處于“空閑”狀態(tài)。

（2）超聲波傳感器進(jìn)行測(cè)距的返回值為9位小數(shù)，必須在輸出至數(shù)碼管顯示前進(jìn)行“取整”操作;還要將這個(gè)三位數(shù)進(jìn)行百位、十位和個(gè)位的逐一“分解”，分別輸出至數(shù)碼管的1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)，這步操作是該題的難點(diǎn)，需要使用數(shù)學(xué)中的“除法”和“取余數(shù)”相結(jié)合的操作方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（3）按鍵的編程控制部分需要使用“獲取25號(hào)按鈕檢測(cè)結(jié)果”語(yǔ)句，其返回結(jié)果為0和1，分別對(duì)應(yīng)“松開(kāi)”和“按下”兩種狀態(tài)。

2.實(shí)驗(yàn)器材的安裝

按照題目要求，將按鍵模塊接入25號(hào)的三個(gè)引腳;超聲波傳感器有四個(gè)引腳，接入專用接口（擴(kuò)展板的20和21號(hào)）;將數(shù)碼管的四個(gè)引腳（VCC、GND、SCL和SDA）接入IIC接口（Up列）;最后，給樹(shù)莓派接通電源，啟動(dòng)操作系統(tǒng)（如圖1）。

3.編程實(shí)現(xiàn)“電子測(cè)距儀”

（1）進(jìn)入平臺(tái)編程環(huán)境

訪問(wèn)古德微機(jī)器人平臺(tái)（www.gdwrobot.cn）。

（2）數(shù)碼管的“預(yù)處理”

數(shù)碼管在調(diào)用前必須要先進(jìn)行“關(guān)閉”的操作，而且題目（4）也明確有“按鍵松開(kāi)時(shí)不顯示”的要求;由于數(shù)碼管的關(guān)閉需要逐個(gè)進(jìn)行，為減少代碼數(shù)量，此時(shí)應(yīng)該考慮建立函數(shù)“關(guān)閉數(shù)碼管”，順序關(guān)閉0-3號(hào)數(shù)碼管。同時(shí)，在程序開(kāi)始調(diào)用該函數(shù)后，添加一條“設(shè)置0號(hào)數(shù)碼管的亮度為1”語(yǔ)句。

（3）構(gòu)建“外層”分支選擇結(jié)構(gòu)

建立變量“按鍵”，為其賦值為“獲取25號(hào)按鈕檢測(cè)結(jié)果”;接著建立“如果…執(zhí)行…否則…”分支選擇結(jié)構(gòu)，對(duì)變量“按鍵”的值是否為1進(jìn)行判斷，是的話表示為“按下”狀態(tài)，準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)題目中（2）和（3）的要求;否的話（值為0），關(guān)閉數(shù)碼管顯示，實(shí)現(xiàn)題目中（4）的要求。

（4）構(gòu)建“內(nèi)層”分支選擇結(jié)構(gòu)

如果判斷按鍵為“按下”的狀態(tài)，則建立變量“距離”，賦值為“超聲波測(cè)距”，并且增加“獲取整數(shù)”處理后進(jìn)行調(diào)試信息的LOG區(qū)輸出;接著再構(gòu)建“如果…執(zhí)行…否則…”分支選擇結(jié)構(gòu)，判斷超聲波測(cè)量的距離值是否在2-400cm的正常測(cè)量范圍內(nèi);否的話，使用“設(shè)置0/1/2/3號(hào)數(shù)碼管顯示0”四個(gè)語(yǔ)句，控制顯示4個(gè)0，實(shí)現(xiàn)題目（3）的要求;是的話，建立變量“百位”、“十位”和“個(gè)位”：

為變量“百位”賦值為“距離除以100”，取出該三位數(shù)的最高位;

為變量“十位”賦值為先“距離除以100”后取余數(shù)、再將余數(shù)“除以10”;

為變量“個(gè)位”賦值為先“距離除以10”、再將商“取余數(shù)”。

最后，分別使用三個(gè)“設(shè)置1/2/3號(hào)數(shù)碼管顯示百位/十位/個(gè)位”，其中的“并顯示點(diǎn)0”的意思是控制不顯示數(shù)碼管中的小數(shù)點(diǎn)。

（5）完善細(xì)節(jié)

將相關(guān)語(yǔ)句按照題目要求放置于“重復(fù)當(dāng)真”的循環(huán)結(jié)構(gòu)中，在循環(huán)體內(nèi)的兩層分支選擇結(jié)構(gòu)的最后均添加一條“等待0.1秒”語(yǔ)句，防止循環(huán)過(guò)快（如圖2）。

4.調(diào)試程序

在平臺(tái)編程環(huán)境中點(diǎn)擊“連接設(shè)備”，正常的話再點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕，對(duì)照題目中的各種情況進(jìn)行多次測(cè)試，包括程序開(kāi)始和按鍵松開(kāi)時(shí)“數(shù)碼管不顯示”、按鍵按下并且按住時(shí)的正常測(cè)距范圍（2-400cm）顯示實(shí)際測(cè)量值與超范圍時(shí)顯示4個(gè)0（如圖3），均實(shí)現(xiàn)了題目要求。

最后將程序按照要求保存為“03.txt”，下載并上傳至考試系統(tǒng)中即可。

5.程序“升級(jí)”

程序代碼仍然可以進(jìn)行兩處改寫(xiě)“升級(jí)”：

一是不建立變量“按鍵”，直接在外層分支選擇結(jié)構(gòu)中將“獲取25號(hào)按鈕檢測(cè)結(jié)果”作為判斷條件，因?yàn)樵摲祷刂抵挥?和1，與按鍵的“松開(kāi)”與“按下”是對(duì)應(yīng)的——數(shù)值“1”在很多編程語(yǔ)言中都是表示邏輯真;二是將數(shù)碼管顯示0的四行語(yǔ)句從主程序中去除，將它們?cè)黾又列潞瘮?shù)“數(shù)碼管顯示0”中，雖然在主程序中只調(diào)用一次，但整體的簡(jiǎn)潔性會(huì)更好（如圖4）。

再次運(yùn)行程序，同樣也能夠?qū)崿F(xiàn)題目要求。