论文部分内容阅读
眾所周知，函数是程序设计语言的“基石”，即“组织好的、可重复使用的、用来实现单一或相关功能的代码段”。Python本身提供了功能丰富的“内置函数”，可以在命令行模式中输入“dir （__builtins__）”命令进行查看，例如求绝对值函数、求最大值和最小值函数，还包括input输入和print输出函数等（如图1）。
此时，可以直接在命令行交互模式下使用内置函数，比如输入“abs（-7）”来求解-7的绝对值，回车后就会返回数值7;输入“max（0，6，-99，28）”求解四个数中的最大值，就会返回数值28。另外，Python还支持用户根据自己的不同需求进行自定义函数操作，比如编写一个能够同时求解二数之和、之差的函数sum_sub（）：
def sum_sub（a，b）：
return（a+b，a-b）
输入“sum_sub（8，5）”进行测试，回车后就会返回两个结果：13和3（如图2）。
在开源硬件编程中使用Python可以灵活地控制各种周边硬件，从而实现更为丰富的功能。我们在树莓派中使用Python进行函数的自定义编写，控制灯带模仿现实生活中十字路口的红绿灯，分别是单函数“带参”的红绿灯带和双函数“无参”的红绿灯带。
1.准备工作
将可编程ws281x灯带通过古德微扩展板的18号接口与树莓派连接，注意灯带的三根引线分别标注+5V、GND和Din，不要接反。
在树莓派中通过Python编程控制灯带需要安装rpi_ws281x库模块，因此需要通过“Windows的远程桌面”连接树莓派。在控制终端命令行模式中输入命令：“sudo pip3 install rpi_ws281x adafruit-circuitpython-neopixel”，回车后等待进度条到达100%后会有“Successfully installed”的提示（如图3）。
2.Python单函数“带参”控制红绿灯带
（1）首先，以“ws”为别名导入rpi_ws281x库：“import rpi_ws281x as ws”，再导入time库中的sleep函数：“from time import sleep”;接着，设置灯带中激活的“灯珠”数量LED_COUNT值为60：“LED_COUNT = 60”，灯带接入的端口号LED_PIN是18号：“LED_PIN = 18”，并且创建灯带对象strip，实例化PixelStrip，参数为LED_COUNT和LED_PIN：“strip = ws.PixelStrip（LED_COUNT， LED_PIN）”，语句“strip.begin（）”的作用是对灯带进行初始化。
（2）接下来自定义“带参”（参数为color）的lights（）函数：“def lights（color）：”，注意后面有英文冒号。
（3）建立四分支选择结构，特别要注意Python的“四空格”缩进。
第一分支为“if color == 'red'：”，即函数参数为“red”时，使用循环结构控制60个灯珠全部发红光，RGB值为（100，0，0）;不要忘记对灯带进行刷新操作：“strip.show（）”。
第二和第三分支分别为“elif color == 'green'：”和“elif color == 'yellow'：”，即函数参数为“green”和“yellow”时，使用循环结构控制60个灯珠全部发绿光、黄光，RGB值分别为（0，100，0） 和（100，100，0）;也要对灯带进行刷新操作：“strip.show（）”。
第四分支为“else：”，即函数参数为空字符串，控制60个灯珠全部熄灭，RGB值为（0，0，0）。
（4）主程序是一个“while True：”循环结构，通过传递不同的参数对lights（）函数进行调用。先传递“green”参数亮绿灯：“lights（'green'）”，持续4秒钟：“sleep（4）”;再建立执行三次的循环结构：“for i in range（3）：”，传递参数为空字符串，关闭灯带：“lights（' '）”，0.1秒后再次亮起绿灯：“lights（'green'）”，持续0.1秒后传递“yellow”参数亮黄灯：“lights（'yellow'）”;持续2秒后传递“red”参数亮红灯：“lights（'red'）”，再持续5秒后结束本次循环;进入下一次循环：亮绿灯……
（5）保存程序为test_lights11.py，在命令行窗口中输入命令“sudo python3 test_lights11.py”运行测试，一个灯带式的“红绿灯”开始工作起来，这就是Python单函数“带参”红绿灯带（如图4）。
（1）第一部分库模块的导入和对灯带进行初始化的代码与刚才一致，直接复制和粘贴。整条灯带的60个灯珠编号为0-59，将其均分为四组：0-14、15-29、30-44和45-59，其中的0-14和30-44对应“十字路口”的X方向，而15-29和45-59则对应Y方向。
（2）定义X方向上的x_lights（）函数：“def x_lights（）：”：
第一部分的“for i in range（15）”“亮绿灯”（0，100，0）代码，包括0-14、30-44两组灯珠，注意30-44的表示方法是“i+30”，也就是同时控制X方向马路正面和对面;不要忘记添加灯带刷新代码“strip.show（）”，绿灯保持亮5秒：“sleep（5）”，省略了绿灯闪烁过程（可自行添加内循环来实现）;
第二部分“亮黄灯”（100，100，0）代码，复制粘贴后，只须改RGB颜色值即可，黄灯保持亮2秒：“sleep（2）”;
第三部分“亮红灯”代码，也是粘贴操作，改RGB值为（100，0，0），注意最后不必使用sleep（）控制红灯持续亮的时间。
（3）定义Y方向上的y_lights（）函数：“def y_lights（）：”：
复制x_lights（）函数粘贴为y_lights（）函数，只修改三个循环结构中range（）的参数为“15，30”即可，因为Y方向控制的是15-29、45-59两组灯珠，同样也是使用“i+30”来表示45-59。
两个函数代码编写完毕，最后写主程序的“while True：”循环结构，直接调用x_lights（）和y_lights（）即可。
保存程序为test_lights12.py，在命令行窗口中输入命令“sudo python3 test_lights12.py”运行测试，模拟十字路口的四个方向红绿灯工作过程：红灯停、绿灯行，黄灯亮了等一等……这就是Python双函数“无参”红绿灯带（如图5）。
此时，可以直接在命令行交互模式下使用内置函数，比如输入“abs（-7）”来求解-7的绝对值，回车后就会返回数值7;输入“max（0，6，-99，28）”求解四个数中的最大值，就会返回数值28。另外，Python还支持用户根据自己的不同需求进行自定义函数操作，比如编写一个能够同时求解二数之和、之差的函数sum_sub（）：
def sum_sub（a，b）：
return（a+b，a-b）
输入“sum_sub（8，5）”进行测试，回车后就会返回两个结果：13和3（如图2）。
在开源硬件编程中使用Python可以灵活地控制各种周边硬件，从而实现更为丰富的功能。我们在树莓派中使用Python进行函数的自定义编写，控制灯带模仿现实生活中十字路口的红绿灯，分别是单函数“带参”的红绿灯带和双函数“无参”的红绿灯带。
1.准备工作
将可编程ws281x灯带通过古德微扩展板的18号接口与树莓派连接，注意灯带的三根引线分别标注+5V、GND和Din，不要接反。
在树莓派中通过Python编程控制灯带需要安装rpi_ws281x库模块，因此需要通过“Windows的远程桌面”连接树莓派。在控制终端命令行模式中输入命令：“sudo pip3 install rpi_ws281x adafruit-circuitpython-neopixel”，回车后等待进度条到达100%后会有“Successfully installed”的提示（如图3）。
2.Python单函数“带参”控制红绿灯带
（1）首先，以“ws”为别名导入rpi_ws281x库：“import rpi_ws281x as ws”，再导入time库中的sleep函数：“from time import sleep”;接着，设置灯带中激活的“灯珠”数量LED_COUNT值为60：“LED_COUNT = 60”，灯带接入的端口号LED_PIN是18号：“LED_PIN = 18”，并且创建灯带对象strip，实例化PixelStrip，参数为LED_COUNT和LED_PIN：“strip = ws.PixelStrip（LED_COUNT， LED_PIN）”，语句“strip.begin（）”的作用是对灯带进行初始化。
（2）接下来自定义“带参”（参数为color）的lights（）函数：“def lights（color）：”，注意后面有英文冒号。
（3）建立四分支选择结构，特别要注意Python的“四空格”缩进。
第一分支为“if color == 'red'：”，即函数参数为“red”时，使用循环结构控制60个灯珠全部发红光，RGB值为（100，0，0）;不要忘记对灯带进行刷新操作：“strip.show（）”。
第二和第三分支分别为“elif color == 'green'：”和“elif color == 'yellow'：”，即函数参数为“green”和“yellow”时，使用循环结构控制60个灯珠全部发绿光、黄光，RGB值分别为（0，100，0） 和（100，100，0）;也要对灯带进行刷新操作：“strip.show（）”。
第四分支为“else：”，即函数参数为空字符串，控制60个灯珠全部熄灭，RGB值为（0，0，0）。
（4）主程序是一个“while True：”循环结构，通过传递不同的参数对lights（）函数进行调用。先传递“green”参数亮绿灯：“lights（'green'）”，持续4秒钟：“sleep（4）”;再建立执行三次的循环结构：“for i in range（3）：”，传递参数为空字符串，关闭灯带：“lights（' '）”，0.1秒后再次亮起绿灯：“lights（'green'）”，持续0.1秒后传递“yellow”参数亮黄灯：“lights（'yellow'）”;持续2秒后传递“red”参数亮红灯：“lights（'red'）”，再持续5秒后结束本次循环;进入下一次循环：亮绿灯……
（5）保存程序为test_lights11.py，在命令行窗口中输入命令“sudo python3 test_lights11.py”运行测试，一个灯带式的“红绿灯”开始工作起来，这就是Python单函数“带参”红绿灯带（如图4）。
（1）第一部分库模块的导入和对灯带进行初始化的代码与刚才一致，直接复制和粘贴。整条灯带的60个灯珠编号为0-59，将其均分为四组：0-14、15-29、30-44和45-59，其中的0-14和30-44对应“十字路口”的X方向，而15-29和45-59则对应Y方向。
（2）定义X方向上的x_lights（）函数：“def x_lights（）：”：
第一部分的“for i in range（15）”“亮绿灯”（0，100，0）代码，包括0-14、30-44两组灯珠，注意30-44的表示方法是“i+30”，也就是同时控制X方向马路正面和对面;不要忘记添加灯带刷新代码“strip.show（）”，绿灯保持亮5秒：“sleep（5）”，省略了绿灯闪烁过程（可自行添加内循环来实现）;
第二部分“亮黄灯”（100，100，0）代码，复制粘贴后，只须改RGB颜色值即可，黄灯保持亮2秒：“sleep（2）”;
第三部分“亮红灯”代码，也是粘贴操作，改RGB值为（100，0，0），注意最后不必使用sleep（）控制红灯持续亮的时间。
（3）定义Y方向上的y_lights（）函数：“def y_lights（）：”：
复制x_lights（）函数粘贴为y_lights（）函数，只修改三个循环结构中range（）的参数为“15，30”即可，因为Y方向控制的是15-29、45-59两组灯珠，同样也是使用“i+30”来表示45-59。
两个函数代码编写完毕，最后写主程序的“while True：”循环结构，直接调用x_lights（）和y_lights（）即可。
保存程序为test_lights12.py，在命令行窗口中输入命令“sudo python3 test_lights12.py”运行测试，模拟十字路口的四个方向红绿灯工作过程：红灯停、绿灯行，黄灯亮了等一等……这就是Python双函数“无参”红绿灯带（如图5）。