什么是物理計算？

物理計算（PC）處理可以使用軟件和硬件感知和響應其環境的構建設備。與設備或對象的交互是PC的主要目標。 PC技術被藝術家和設計師用于創造互動藝術。

機電一體化是一個跨學科領域，使用電子電氣，機械和嵌入式軟件，使機械系統更加高效和智能化。電子傳感器收集與機械部件或致動組件的定位有關的環境數據。嵌入式軟件將處理此定位數據，并根據控制代碼中嵌入的邏輯進行機械調整。因此，機電一體化系統的核心是PC。

此外，PC依靠電子傳感器來獲得物理刺激，如光，溫度，壓力和聲音。電機和螺線管等執行器為PC設備提供旋轉和線性運動。如果PC設備需要可視指示器，則使用LED，LCD，儀表和監視器等電子設備來提供效果。此外，可以使用揚聲器和蜂鳴器實現聲音指示器或警報。憑借您在PC中的新知識，您現在可以了解簡單物體探測器傳感器如何與Pi Zero W一起工作。

簡單物體探測器傳感器如何工作？

簡單物體探測器是一種可以感應光線水平變化的PC設備。光敏電阻檢測光照水平并將數據發送到Pi Zero W.Pi Zero W微控制器中嵌入的Python代碼將在HDMI監視器上顯示數值。

因為Pi Zero W沒有沒有內部模數轉換器（ADC）讀取變化的光級數據，使用電解電容。電解電容器通過光敏電阻產生的變化電流不斷充電和放電。 HDMI上顯示的數據是基于光敏電阻的變化電流的電解電容器的充電和放電電壓電平。圖1顯示了簡單物體探測器的電子電路原理圖。

圖1.物體檢測器電路圖。

圖2顯示了物體探測器設備中使用的1μF電解電容（C1）的充電和放電曲線。

圖2. C1電解電容的充電和放電圖。

對于圖2所示的圖，“x”軸是電壓為“y”的時間軸。通過了解光傳感器電路的工作原理，您就可以構建基于PC的物體探測器了。

構建簡單物體探測器

正如您從前面的討論中了解到的，物體探測器有兩個主要部分：光傳感器電路和微控制器。 PC設備的第三部分是聲音輸出警報。因此，簡單物體探測器有三個主要部分：光傳感器，微控制器和聲音輸出警報。圖3顯示了簡單對象檢測器的框圖。

圖3.簡單對象檢測器框圖。

您可以使用一些電子元件和PI Zero W構建一個簡單的物體探測器。下面列出了構建光感項目所需的電子部件。

（ 1）壓電蜂鳴器（Buz1）

（1）10千歐（KΩ）微調器或線性電位器（R2）

（1）光敏電阻（R1）

（1）1microfarad（μF）電解電容器（C1）

（1）Raspberry Pi Zero W

（1）無焊面包板

跳線

注意： Adafruit銷售Parts Pal套件（產品編號：2975），為該項目提供電子元件。

使用電子部件，您可以使用圖4所示的電氣接線圖構建簡單的物體探測器.1μF電解電容tor是極化電子元件。您將在圖4中看到電解電容器的負極引線方向。如果電解電容器未正確放入電路中，則PC設備將無法工作。您將負極導線連接到接地導軌或行，如圖4所示。

圖4.簡單物體探測器的電氣接線圖。

您將使用3英寸母/母跨接線將Pi Zero W電氣連接到無焊面包板，如圖4所示。在為PC設備供電之前，請重新檢查接線為了錯誤。完成電氣布線后，您可以編寫簡單對象檢測器的Python代碼。圖5顯示了簡單對象檢測器的最終項目構建。

圖5.完整的簡單物體探測器設備。

為了改善PC設備的物體檢測功能，一個由墨水筆夾持管制成的簡易準直器是放在光敏電阻上。準直器將在操作時消除光敏電阻的環境光。恭喜，您已經成功構建了簡單的物體探測器PC硬件。您現在可以使用Python編碼語言編寫PC檢測功能。

圖6.用于從光敏電阻中去除環境光的準直器。

對象檢測器Python代碼

隨著物體檢測器電線完成，您將進行編程（代碼）Pi Zero W讀取Python編碼語言中的光級變化。此外，Python代碼在檢測到對象時會發出警報。要編寫應用程序代碼，請打開Python 3軟件，如圖7所示。

圖7.從Pi Zero W桌面訪問Python 3編碼軟件。

打開編碼軟件，您將單擊文件》新文件。鍵入以下Python代碼：

from gpiozero import LightSensor， Buzzer

from time import sleep， strftime， time

ldr = LightSensor（13）

buzzer = Buzzer（12）

with open（“/home/pi/ldr_data2.csv”， “a”） as log：

while True：

if ldr.value == 0：

buzzer.on（）

sleep（1）

buzzer.off（）

sleep（1）

else：

buzzer.off（）

ldrsensor = ldr.value

log.write（“{0}，{1} ”.format（strftime（“%S”），str（ldrsensor）））

print（ldr.value）

sleep（1）

代碼清單由三部分組成：

導入庫

分配變量

代碼循環

ldr_data.py代碼應用程序所需的庫是 gpiozero 和時間。 gpiozero 允許您訪問Pi Zero W的BCM2835微控制器通用輸入輸出（GPIO）引腳，定時器，計數器，中斷，通信端口和脈沖寬度調制（PWM）資源。

time 庫允許您訪問ARM v7處理器的內部系統時鐘功能。 ldr 和蜂鳴器是分配給GPIO引腳12和13的變量名。這些GPIO引腳的指定庫名是 LightSensor 和蜂鳴器。打開/日志指令允許Pi Zero W的通信端口收集傳感器數據。傳感器數據被讀入ldr_data.csv文件。

while 循環連續運行并且當 ldr 。值等于零。壓電蜂鳴器切換ON和OFF 2秒輸出報警持續時間周期。當光敏電阻檢測到物體時，會發生這種報警情況。如果未檢測到物體，則關閉壓電蜂鳴器，收集傳感器數據（ ldr.value ）并將其存儲在 ldrsensor 變量中。數據按時間格式化（以秒［％S］為單位）并寫入ldr_data.csv文件。傳感器數據以1秒為間隔顯示在HDMI監視器上［睡眠（1）］。

輸入代碼后，您可以通過按鍵盤上的 Ctrl S 然后按 F5 來運行監控檢測應用程序。數據將顯示在屏幕上，如圖8所示。

圖8.在Pi Zero W上運行的Python ldr_data.py代碼。

將手或物體放在準直器上會從壓電蜂鳴器發出警報。可以使用10KΩ微調器或線性電位計（R2）組件調節警報響度。

就是這樣！您已經使用PC技術成功構建了功能簡單的物體探測器。您可以通過轉到 home/pi 目錄并使用LibreOffice或Notepad打開ldr_data.py文件來查看存儲的數據。

作為一項探索活動，請查看您是否可以使用Excel軟件包繪制數據。另外，參考本教程并通過嘗試其他傳感器設備（如熱敏電阻）并在屏幕上觀察數據來構建它。