[入门教程]Arduino入门教程30-绘制光线

欢迎来到绘制光线这个项目！在这个项目中，我们将Arduino上读取的光线传感器数据实时传输到Processing中并实现其可视化。你将学习如何计算光线的平均值以减少噪声干扰。同时，你将在Processing中创建一个简单的界面，用于显示随着光线变化而起伏的光谱。现在，让我们开始这个有趣的旅程吧！

元件清单

硬件连接
请按照下图进行硬件连接。

图 1 绘制光线连线图

示例代码Processing 样例代码：

//项目 - 绘制光线
import processing.serial.*;
int[] Ypoint; // 垂直方向上的坐标
//int[] x = new int[0];
 
Serial myPort;  // 创建Serial类的对象
int val;      // 从串口接收到的数据
 
void setup()
{
  size(640, 360);
  colorMode(HSB,1000);
  Ypoint = new int[width];
  String portName = "COM6"; // 打开你正在使用的端口。
  myPort = new Serial(this, portName, 9600);
  print(portName);
}
 
void draw()
{
  background(900);             // 设置背景为灰色
  
  for (int i = 1; i < width; i++) { // 记录Ypoint
    Ypoint[i-1] = Ypoint[i];
  }
    if ( myPort.available() > 0) {  // 如果有数据可用，
    val = myPort.read(); // 读取数据并存储在val中
  }
 
  Ypoint[width-1] = val;
  int x=1;
  for(int i = 1; i < width; i++) {
    // 绘制曲线    
    x++;
    line(i, height, i, map(Ypoint[i], 0, 255, 0, height)); // 将光强转换为Ypoint
    stroke(x,800,800);
 
  }
 
    println(val);
   
}
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Arduino IDE 样例代码：

//项目 - 绘制光线
#include <Arduino.h>
int lightSensorPin;
const int numReadings = 10;
int readings[numReadings];
int readIndex = 0;
long total = 0;
int average = 0;
 
void setup() {
  Serial.begin(9600);
 
  for (int thisReading = 0; thisReading < numReadings; thisReading++) {//build the list
    readings[thisReading] = 0;
  }
 
  lightSensorPin = A0;
  pinMode(lightSensorPin, INPUT);
 
}
 
void loop() {
  int newReading = analogRead(lightSensorPin); // 读取新的光线传感器值
  total = total - readings[readIndex] + newReading;
  readings[readIndex] = newReading;
  readIndex = (readIndex + 1) % numReadings;
  average = total / numReadings;
  delay(50);
  int mappedValue = map(average, 0, 1023, 0, 255); // 将平均值映射到0-255范围内
  Serial.write(mappedValue);
}
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上传Arduino的代码后需要关闭Arduino IDE，并打开processing软件点击运行。等待数据传输稳定（大约5秒钟），使用手电筒照射光敏传感器或移开，可以观察到电脑上的光谱曲线会根据光线强度进行调节。

代码回顾
本项目主要利用Arduino进行光线强度的接收与数据处理，并通过串口通信将处理后的亮度值发送给Processing进行可视化。具体来说，Arduino通过光线传感器实时捕捉环境中的光线亮度，并将其转换为数字值。随后，对这些亮度值进行必要的处理，以确保数据的准确性和可靠性。处理后的亮度值通过串口通信实时发送给Processing。在Processing中，根据接收到的亮度值，绘制一个动态的光谱区域，该区域的高低起伏直观地表示了光线亮度的实时变化情况，从而为用户提供了一个直观、实时的光线亮度变化监测工具。

Processing程序代码回顾
在setup()中：
对窗口大小和颜色进行设置。并初始化Ypoint数组，长度为窗口的宽度（即640），用于绘制竖线。

size(640, 360);
  colorMode(HSB,1000);
  Ypoint = new int[width];
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设置串口通信，并打印串口名称。

  String portName = "COM6";  
  myPort = new Serial(this, portName, 9600);
  print(portName);
}
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在draw()中：         
  
将Ypoint数组中的元素向前移动一位，为新的数据腾出空间。

  for (int i = 1; i < width; i++) {
    Ypoint[i-1] = Ypoint[i];
  }
 
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如果串口有数据可读，从串口读取一个字节的数据，并存储在val变量中。

    if ( myPort.available() > 0) {  
    val = myPort.read();
  }
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将最新读取的数值赋值给Ypoint数组的最后一个元素

  Ypoint[width-1] = val;
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这段代码的目的是根据数组Ypoint[]中的每个元素值，绘制一系列竖直线条。这些线条的x坐标与它们在数组中的索引相对应，而y坐标则通过映射函数map()将Ypoint的值从0到255的范围转换到窗口的垂直范围（从0到height）。并利用x值的自增来实现每条竖线颜色的变化。

  int x=1;
  for(int i = 0; i < width-1; i++) {
    x++;
    line(i, height, i, map(Ypoint[i], 0, 255, 0, height));
    stroke(x,800,800);
  }
 
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Arduino程序代码回顾
Arduino IDE代码
在setup()函数中，循环初始化readings数组，将所有元素设置为0。

for (int thisReading = 0; thisReading < numReadings; thisReading++) {
    readings[thisReading] = 0;
  }
 
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在loop()中，

int newReading = analogRead(lightSensorPin); 
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读取当前光线的模拟值，将其存在readings数组的当前索引位置。

  total = total - readings[readIndex] + newReading;
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更新total的值，先减去要被替换的旧读数，再加上新的读数。

  readings[readIndex] = newReading;
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将新的读数存储在readings数组的当前索引位置。

  readIndex = (readIndex + 1) % numReadings;
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更新readIndex的值，使其指向下一个数组位置，如果到达数组末尾则循环回到开头。

  average = total / numReadings;
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计算所有读数的平均值，并赋值给average变量

  int mappedValue = map(average, 0, 1023, 0, 255);
Serial.write(mappedValue);
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由于Serial.write只能写入8位的二进制，也就是0-255，所以使用map函数将平均值从0-1023范围映射到0-255范围，再通过串口发送mappedValue的整数部分（配合processing中的相关接收数据的语句来使用）。

附件下载：
示例程序.rar