手势控制灯

大姚

作为人工智能应用领域中重要的一个方面，智能家居已经越来越受到人们的关注。人们常常会想象各种“未来之家”的场景：走进房间，灯光自动打开，电视自动播放，空调自动调节……我们相信这些智能设备在不久的将来都不再只是梦想，它们正在逐步成为现实。现在一些智能产品的实现也变得越来越简单，我们甚至可以自己动手制作一些简单的智能产品了，比如本期介绍的手势控制灯。

准 备 材 料

Arduino控制器，GP2D120X红外距离传感器，RGB LED灯条，电源适配器，杜邦线，连接端子2套，25cm长的有机玻璃棒和有机玻璃固定板。

GP2D120X红外距离传感器可提供约30cm的精确距离探测，当然也可以测得更远一点的距离，只是精度会变低。但是由于手势灯对距离精度的要求不高，我们可采用它进行50cm的测距。

该传感器一般用于机器人的测距、避障以及路径规划，是机器视觉及其应用领域的不错选择，而且它还能很好地兼容Arduino（Uno、Mega、Due等）控制器。其工作电压为4.5—5.5V，输出模拟信号，一共有三个接口，分别是红色的5V电源端、黑色的接地端和橙色信号端。

手势控制灯采用RGB LED灯条。该灯条是软性灯条，一面是发光的LED线阵颗粒，一面附有3M双面胶，可固定于底板。

灯条长50cm，共有72个LED芯片。灯条的两头，一头是信号输入端，一头是信号输出端。输入端有3个接线端，分别是红色的5V电源端、白色的接地端和蓝色的信号输入端。

电源适配器，12V直流输出，输出电流1A。如果没有12V直流电源，则可以采用7—12V直流电源，它们都可以给Arduino Uno控制器供电。

制 作 过 程

1. 将两块有机玻璃固定板用热熔胶连接在一起，构成50cm长的固定板，以匹配LED灯条的长度。再将LED灯条的背面双面胶撕除，粘贴到有机玻璃固定板上。接着用热熔胶将两根有机玻璃棒固定在LED灯条的上方。

2. 找一個硬纸板盒子，用美工刀在盒子上面开两个方孔（10mm×5mm），用于通过红外距离传感器和LED灯条的接线端。同时在盒子的侧面开一个小圆孔，用于走适配器的电线，给Arduino控制器供电。

3. 用3根杜邦线分别连接Arduino控制器与红外距离传感器的接线端，具体连接方式见下图：红外距离传感器红色和黑色线分别接Arduino控制器的5V电源端和接地端，橙色线连接Arduino 控制器的模拟信号A1输入端。

4. 与LED灯条相连：将Arduino控制板的5V电源端、接地端和6号数字口分别连接到LED灯条的5V电源端、地线端和信号接入端。用LED灯条的信号输入端的细线连接Arduino控制器的6号PWM输出端。

5. 插上电源适配器，对Arduino控制器进行供电，至此硬件连接部分全部完毕。要让手势控制灯正常工作，还需要给Arduino控制器下载控制程序。

6. 为了下载控制程序，先要通过D口USB线（蓝色数据线）连接电脑和Arduino 控制器，下载Adafruit_NeoPixel Library库文件（下载地址：https：//learn.adafruit.com/adafruit- neopixel- uberguide/arduino- library- installation），将其解压缩在C：＼Program Files （x86）＼Arduino＼libraries。

7. 运行Arduino，打开GestureControl

LightingV3.ino文件（下载地址：https：//pan.baidu.com/s/17M- yd0RC-fzkVvE0a83Onw）。打開菜单栏中“工具”选项，点击“板卡”选项，选择Arduino控制器的型号（这里是Arduino Uno）。

8. 选择Arduino控制器与电脑的连接端口。为了判断是否连接正确，可以通过插拔USB线，查看COM口。插上Arduino与电脑时，新增的COM口即为Arduino的通信端口。

9. 点击“文件”下面的“下载”，将程序上传到Arduino控制器，上传成功后即可脱离电脑运行。

程 序 原 理

当接通电源后，程序会开启红外距离传感器探测，关闭LED灯条上的所有LED。

本程序采用间隔50ms探测红外距离传感器的数据，见程序第9行：int delaytime = 50。

当红外距离传感器的上方有遮挡，且遮挡的距离小于500mm时（见第25行），就会点亮遮挡相应高度内的LED颗粒。

不同的遮挡高度点亮不同颗数的LED，点亮LED的颗数根据500mm对应72颗灯珠依次推算得到。当遮挡物上下移动时，点亮的LED颗数也会随之变化。

当遮挡物从一定高度（500mm以内）抽离时，红外距离传感器的数据就会从当前距离一下子变到500mm以上，那么此时的点亮LED颗粒将在此前的高度。