如何用 Raspberry Pi 制作自动南瓜灯

A vignette of green, orange, and yellow pumpkins in front of a brick wall

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Lauren Pritchett, CC BY-SA 4.0

万圣节快到了，这是我最喜欢的节日和派对时光之一。今年，我决定用自动化运动感应来为我的部分装饰品增添（南瓜）风味。这篇惊悚的文章将逐步向您展示我是如何制作它们的，从构建和接线到编码。这不是您普通的周末项目，它需要大量的用品和构建时间。但这是一种有趣的玩转 Raspberry Pi 并融入这个令人难忘的节日气氛的方式。

此项目所需物品

一个大型塑料南瓜
一台 Raspberry Pi 4（带外围设备）
一套与 Raspberry Pi 兼容的 Arduino 入门套件
一把热熔胶枪
彩带，最好是节日主题颜色

您在入门套件中需要的物品包括一个红外运动传感器、一个面包板、两个小型 LED 灯、一条将面包板连接到 Raspberry Pi 的带状线，以及将所有这些部件连接在一起的电缆。您可以在网上找到所有这些物品，我建议购买入门套件，以便您可以进行超出此项目的其他有趣的事情。

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^{Jess Cherry CC BY-SA 4.0}

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Project supplies including breadboard, cables, LEDs, and elements of the Arduino starter kit

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安装 Raspberry Pi OS 和预配置

收到我的 Pi（包括 SD 卡）后，我上网并按照 Raspberry Pi Imager 说明进行操作。这允许将操作系统快速安装到 SD 卡上。注意：您需要能够将 SD 卡放入 SD 卡读卡器插槽中。我有一个外接 SD 卡读卡器，但有些计算机内置了读卡器。在您的本地计算机上，您还需要一个 VNC 查看器。

安装操作系统并运行更新后，我还需要执行一些额外的步骤才能使一切正常工作。为此，您需要以下内容

Python 3
Python3-devel
Pip
RPi GPIO (pip install RPi.GPIO)
代码编辑器（Thonny 在 Raspberry Pi OS 上）

接下来，设置 VNCviewer，以便在您将 Pi 隐藏在南瓜中时可以登录。

为此，运行以下命令，然后按照以下说明进行操作。

sudo raspi-config

当此菜单弹出时，选择“接口选项”

Raspberry Pi Software Configuration Tool menu

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接下来，选择 VNC 并在弹出窗口中启用它

Raspberry Pi Software Configuration Tool menu of interface options

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您也可以使用安全外壳 (SSH) 来执行此操作，但在故障排除阶段，我使用了 VNC。登录到您的 Raspberry Pi 后，收集 IP 地址并将其用于 SSH 和 VNC 连接。如果您已移动房间，您也可以使用路由器或 WiFi 交换机来告诉您 Pi 的 IP 地址。

现在一切都已安装完毕，您可以继续使用灯构建面包板了。

每个人都应该尝试南瓜面包（板）

许多人没有见过或使用过面包板，因此我添加了我的零件图片，从我的基本组件开始。

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这两个部件与中心的扩展护罩组装在一起，如图所示。

Breadboard with cables, pins, and ribbons, partially set up for the project

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带状线连接到 Raspberry Pi 中的引脚插槽，使该板成为我们可以编码和玩耍的新扩展。带状线不是必需的，它只是使 GPIO 引脚的使用更加方便。如果您不想购买带状线，您可以将母对公跳线直接从 Pi 上的引脚连接到面包板。以下是您需要的组件

Raspberry Pi（版本 4 或 3）
面包板
GPIO 扩展带状电缆
跳线（x6 公对公）
电阻 220Ω
HC-SR501 或任何类似的接近传感器 (x1)
LED (x2)

组装电路板

一旦您拥有了所有部件，就可以将所有东西组装在一起。首先，查看电路板上引脚的定义方式。这是我的个人扩展板；您拥有的扩展板可能不同。引脚定义在您进行编码时很重要，因此请务必妥善保管您的电缆。以下是我的扩展原理图。

如您所见，原理图既有物理板上定义的 BCM（Broadcom SOC 通道）GPIO 编号，也有您在代码中使用的物理编号，用于创建例程和函数。

Schematic of Raspberry Pi extension board

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现在是时候连接一些电缆了。首先，从传感器开始。我的套件中提供了连接电缆，因此我将在进行过程中添加图片。这是传感器，带有电源 (+) 接地 (-) 和传感器连接到扩展板的连接。

Sensor illustration with power, ground, and sensor connection

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对于电缆颜色：电源为红色，接地为黑色，黄色传输传感器数据。

Photo of a hand holding the sensor with black, red, and yellow cables

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我将电缆插入，电源/红色连接到 5V 引脚，接地/黑色连接到 GRN 引脚，传感器/黄色连接到 GPIO 17 引脚，稍后在代码中定义为 11。

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接下来，是时候设置灯了。每个 LED 灯都有两个引脚，一个比另一个短。长边（阳极）始终与引脚电缆对齐，短边（阴极）与接地和电阻器对齐。

LED light with pin, cables, and resistor

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对于第一个灯，我使用 GPIO18（引脚 12）和 GPIO25 作为信号。这很重要，因为代码与这些引脚通信。您可以更改您使用的引脚，但随后您必须更改代码。这是最终结果的图表

Illustration of connections from breadboard to Raspberry Pi, sensor, and LEDs

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现在一切都已连接好，是时候开始编写代码了。

如何使用 Python 设置南瓜

如果您已经安装了 Python 3，那么您已经拥有了逐行开始工作所需的一切。在本例中，我将 Python 3 与 RPI 包一起使用。从导入的包开始，RPI 和 time from sleep（这有助于创建教程后面描述的闪烁效果）。我将我的 Python 文件命名为 senseled.py，但您可以将您的文件命名为您想要的任何名称。

#!/usr/bin/env python3

import RPi.GPIO as GPIO
import os
from time import sleep

接下来，定义您的两个 LED 引脚和传感器引脚。在本帖的前面，我在连接卡时提供了这些引脚编号，因此您可以在下面看到这些确切的编号。

ledPin1 = 12 # define ledPins
ledPin2 = 22
sensorPin = 11 # define sensorPin

由于在本例中您有两个灯要设置为一起闪烁，因此我还创建了一个定义的数组以供稍后使用

leds = [ledPin1, ledPin2]

接下来，使用 RPi.GPIO 包定义电路板和引脚的设置。为此，设置电路板上的模式。我选择在我的设置中使用物理编号系统，但如果您愿意，可以使用 BCM。请记住，您永远不能同时使用两者。以下是每个示例

# for GPIO numbering, choose BCM 
GPIO.setmode(GPIO.BCM) 
 
# or, for pin numbering, choose BOARD 
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

对于本示例，请使用我的设置中的引脚编号。将两个引脚设置为输出模式，这意味着所有命令都输出到灯。然后，将传感器设置为输入模式，以便当传感器检测到运动时，它会将数据输入到电路板以输出灯。以下是这些定义的示例

def setup():
 GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # use PHYSICAL GPIO Numbering
 GPIO.setup(ledPin1, GPIO.OUT) # set ledPin to OUTPUT mode
 GPIO.setup(ledPin2, GPIO.OUT) # set ledPin to OUTPUT mode
 GPIO.setup(sensorPin, GPIO.IN) # set sensorPin to INPUT mode

现在电路板和引脚已定义，您可以将您的主函数放在一起。为此，我在 for 循环中使用数组，然后根据传感器输入使用 if 语句。如果您不熟悉这些函数，您可以查看此

快速指南.

如果传感器接收到输入，则 LED 输出为高电平（通电）0.03 秒，然后为低电平（断电），同时打印消息 led turned on.。如果传感器未收到输入，则 LED 关闭电源，同时打印消息 led turned off。

def main():
 while True:
 for led in leds:
 if GPIO.input(sensorPin)==GPIO.HIGH:
 GPIO.output(led, GPIO.HIGH)
 sleep(.05)
 GPIO.output(led, GPIO.LOW)
 print ('led turned on >>>')
 else :
 GPIO.output(led, GPIO.LOW) # turn off led
 print ('led turned off <<<')

虽然您可以在数学上选择亮度级别，但我发现设置通电和断电之间的睡眠计时器更容易。我在多次测试创建闪烁蜡烛效果所需的时间后设置了此计时器。

最后，您需要进行一些清理以在程序结束时释放您的资源

def destroy():
 GPIO.cleanup() # Release GPIO resource

现在一切都已定义为运行，您可以运行您的代码了。启动程序，运行设置，尝试您的 main，如果收到 KeyboardInterrupt，则销毁并清理所有内容。

if __name__ == '__main__': # Program entrance
 print ('Program is starting...')
 setup()
 try:
 main()
 except KeyboardInterrupt: # Press ctrl-c to end the program.
 destroy()

现在您已经创建了您的程序，最终结果应如下所示

#!/usr/bin/env python3

import RPi.GPIO as GPIO
import os
from time import sleep

ledPin1 = 12 # define ledPins
ledPin2 = 22
sensorPin = 11 # define sensorPin
leds = [ledPin1, ledPin2]

def setup():
 GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # use PHYSICAL GPIO Numbering
 GPIO.setup(ledPin1, GPIO.OUT) # set ledPin to OUTPUT mode
 GPIO.setup(ledPin2, GPIO.OUT) # set ledPin to OUTPUT mode
 GPIO.setup(sensorPin, GPIO.IN) # set sensorPin to INPUT mode

 
def main():
 while True:
 for led in leds:
 if GPIO.input(sensorPin)==GPIO.HIGH:
 GPIO.output(led, GPIO.HIGH)
 sleep(.05)
 GPIO.output(led, GPIO.LOW)
 print ('led turned on >>>')
 else :
 GPIO.output(led, GPIO.LOW) # turn off led
 print ('led turned off <<<')
 

def destroy():
 GPIO.cleanup() # Release GPIO resource

if __name__ == '__main__': # Program entrance
 print ('Program is starting...')
 setup()
 try:
 main()
 except KeyboardInterrupt: # Press ctrl-c to end the program.
 destroy()

当它运行时，它应该类似于这样。（注意：在此录制期间我仍在测试睡眠时间。）

是时候烤南瓜了

首先，我有一个非常大的塑料南瓜，是我们的家人送给我和我丈夫的礼物。

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最初，它的背面有一个插头，灯泡烧坏了，这首先激发了这个想法。我意识到我必须进行一些修改，首先是用钻头和曲线锯在底部切一个孔。

A man drilling a hole in the bottom of a large plastic jack o'lantern

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A hole that takes up most of the bottom of the plastic jack o'lantern

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幸运的是，南瓜背面已经有一个孔，用于连接到原始灯的电线。我可以将所有设备塞进南瓜内部，但我需要一种隐藏传感器的方法。

首先，我必须为传感器制作一个可以外部连接到南瓜的位置，所以我用茎钻了一个孔

A small hole drilled in the brown stem of the jack o'lantern

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然后我将传感器的所有接线都穿过孔，结果又出现了一个问题：传感器又大又怪异。我开始寻找一种装饰性的方法来解决这个问题。

The sensor hanging around the stem of the pumpkin, and a spool of ribbon

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事实上，我制作了全人类最可怕的彩带装饰（覆盖着热熔胶枪糊状物），但您不会注意到传感器。

A large bow with orange, black, and patterned ribbon completely covers the sensor

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最后，我将 Pi 和扩展卡放入南瓜中，并将电源线从背面穿过。

The breadboard and cables fit inside the hole in the bottom of the jack o'lantern

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一切都连接好后，我准备好 VNC 进入我的 Pi 并打开 Python，然后等待有东西移动来测试它。

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senseled.py running, showing led turned off switching to led turned on

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烘烤后注意事项

这是一个非常漫长且经过大量研究的构建过程。正如我在介绍中说的那样，这不是一个周末项目。当我开始时，我对面包板一无所知，我花了一段时间才重新编码并确定我到底想要什么。我在这里没有包含一些非常细致的细节。例如，传感器有两个旋钮，用于定义它可以拾取运动的距离以及传感器输入需要持续多长时间。虽然这是一件很棒的学习事情，但我绝对会在开始这段旅程之前做大量的研究。

我没有完成我真正想要的项目的一部分：连接到蓝牙设备并发出怪异的声音的能力。也就是说，玩 Raspberry Pi 总是很有趣的，无论是用于家庭自动化、天气跟踪，还是仅仅是愚蠢的装饰品。我希望您喜欢这次演练，并受到启发尝试类似的DIY项目。

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