24. 课程_22 摩尔斯代码信息传输

一起来用摩尔斯代码,钓鱼线,一个舵机和一个传感器在两块micro:bit之间传递信息吧!有了这些已经足够了,为什么还要使用micro:bit无线电呢?

24.1. 制作目标


使用Python来给micro:bit编程。 使用摩尔斯代码表给摩尔斯代码加密或破解摩尔斯代码。 移动舵机以及使用碰撞传感器检测。

24.2. 制作材料


  • 2 x BBC Micro:bit

  • 2 x 扩展板

  • 2 x Micro-USB线

  • 1 x 舵机

  • 1 x 碰撞传感器

  • 细线 (例如:钓鱼线)

  • 硬纸板(可有可无)

在这个Gif图片中你可能看不见这跟细线,但是它却是真实存在于舵机和碰撞传感器之间哦!

温馨提示: 如果你想要以上所有这些元器件,你可以购买我们的micro:bit小小发明家套件

24.3. 为什么选择Python?


读起来和英语一样 – Python是读起来最简单的一种编程语言。这使它成为了一门最适合编程初学者学习的语言。 灵活多变 – Python成为行业标准的编程语言是有原因的。它可以用来做很多事。这就是为什么谷歌和Youtube把它作为它们的后端软件的一部分。 社区活跃 - Python是初学者们最喜欢的一门语言。在Python社区里面,你可以找到数以万计的资源,寻求到很多帮助。这些帮助不仅仅局限于帮助你检查你的代码。这些资源和帮助是无价的,它可以帮助你扫除编程学习路途中的所有绊脚石。

24.4. 如何用Python开始编程?


你可以在micro:bit Python官方编辑器内编写你的Pyhton代码。 点击下载按钮,把.hex文件拖动到连接电脑的MICROBIT驱动中,程序就可以运行了。

24.5. 概览


我们将使用2块micro:bit:一块用于发送摩尔斯代码,另一块用于接收摩尔斯代码。数据的传输将会通过一段线来完成。当舵机拉扯线的时候(基于编码输入),碰撞传感器就会检测到线的拉动并且将摩尔斯代码转换成文字。当然,你可以通过micro:bit内置的无线电传输数据。但是,这样又有什么乐趣呢?

24.6. 组装部件


将舵机粘在硬纸板上。将细线的一端缠绕在舵机转轴的末尾,另一端缠绕在碰撞传感器的金属弹片上。把碰撞传感器放置得远一些,这样当舵机转动时,细线就会被拉动,传感器被激活。如果你没有一块硬纸板的话,你可以把这些东西粘在桌子上。在micro:bit发送端,将舵机连接扩展板上的P0.在micro:bit接收端,将碰撞传感器连接扩展板上的P0。

24.7. 摩尔斯代码是什么?


摩尔斯代码是一种通过长(“-“,或“dah”)和短 (“.”, 或 “dit”)的信号组合来传输文本的代码。每个字母以及从0到9的数字都有它们自己的摩尔斯代码的表示。文字通过停顿隔开。

发送步骤1:将文本转换成摩尔斯代码

假设我们给出文本“HELLO WORLD”,并且想要把它转换成摩尔斯代码。首先,我们需要一个“表格”说明每个字母的摩尔斯代码是什么。因此,我们就能够(举个例子)知道“E”是“.”, “W”是“.-”。

我们可以使用一种Python的数据结构dictionary(字典)。这种结构可以是我们将关键字和数值联系起来。在本案例中,关键字应该是字母,数值应该是摩尔斯代码的相应符号。

这里有一个字典的示例:

MORSE_CODE = {‘A’: ‘.-‘, ‘B’: ‘-…’, ‘C’: ‘-.-.’, ‘D’: ‘-..’, ‘E’: ‘.’, ‘F’: ‘..-.’, ‘G’: ‘–.’, ‘H’: ‘….’, ‘I’: ‘..’, ‘J’: ‘.—‘, ‘K’: ‘-.-‘, ‘L’: ‘.-..’, ‘M’: ‘–‘, ‘N’: ‘-.’, ‘O’: ‘—‘, ‘P’: ‘.–.’, ‘Q’: ‘–.-‘, ‘R’: ‘.-.’, ‘S’: ‘…’, ‘T’: ‘-‘, ‘U’: ‘..-‘, ‘V’: ‘…-‘, ‘W’: ‘.–‘, ‘X’: ‘-..-‘, ‘Y’: ‘-.–‘, ‘Z’: ‘–..’, ‘0’: ‘—–‘, ‘1’: ‘.—-‘, ‘2’: ‘..—‘, ‘3’: ‘…–‘, ‘4’: ‘….-‘, ‘5’: ‘…..’, ‘6’: ‘-….’, ‘7’: ‘–…’, ‘8’: ‘—..’, ‘9’: ‘—-.’ }

现在我们可以将每个单独的字母转换成摩尔斯代码。我们需要把所有的信息组合起来,在每个字母的末尾添加一个空格,告诉接收端一个字母已经发送。

发送步骤2:用摩尔斯代码使舵机旋转

当我们把信息转换成摩尔斯代码的格式后,接下来就是基于编写好的信息让舵机转动。在本案例中,dit将代表一个0.6s的拉力,dah表示一个1.2s的拉力,一个空格表示一个1.6s的拉力。

首先,我们需要找到舵机旋转的正确角度,制造出想要的效果:拉紧传感器一端的细线可以激活传感器,而松开细线则不激活传感器。我们将把这些数值命名为press_angle和release_angle。对于这种设置,它们的数值通常是150和60。但是,根据舵机和传感器位置的不同,它们的数值也会有所不同。

为了使舵机转动,我们将使用一个类。你可以在此获得这个类。要在在线编辑器中使用这个类,你需要将这段代码复制粘贴到程序的开端。

对于每个字符(dit, dah 或 空格),我们应该设置一段合适的时间长度用于拉紧细线,然后短暂的松开细线一小会儿。

接收步骤1:将传感器数据转换成摩尔斯代码

当传感器一端的细线被拉紧,它将会按下传感器上的金属弹片,使用模拟输入就可以检测到弹片被按下。无论弹片什么时候被按下,模拟读数都会小于一个阈值。在本案例中,我们将使用一个100的阈值。

在弹片被按下的时候,我们可以使用事件接收器来引发事件,使轮询的执行更简单。这意味着按照一定的间隔查看模拟读数。在本案例中,间隔是0.1s。

如果在一个循环中,弹片被按下,我们将把press_length增加100来追踪到目前为止弹片被按下了多久。如果弹片发现被松开了,我们可以使用press_length来发现按钮被按下了多久,并由此来决定哪个字符(dit, dah或space)已经被传输了。我们将把这个添加到变量cur_letter,让其追踪到目前为止所发送的dits和dahs。

接收步骤2:将摩尔斯代码转换为文字

每当检测到一个空格被检测,它就会选取目前已经被检测到的字符(dits 或 dahs),并将其转换为一个字母。我们将需要再次使用dictionary(字典)。这一次,关键字将会是摩尔斯代码表示,数值将会是字母。

这里有一个解码字典的示例:

MORSE_DECODE = {‘.-‘: ‘A’, ‘-…’: ‘B’, ‘-.-.’: ‘C’, ‘-..’: ‘D’, ‘.’: ‘E’, ‘..-.’: ‘F’, ‘–.’: ‘G’, ‘….’: ‘H’, ‘..’: ‘I’, ‘.—‘: ‘J’, ‘-.-‘: ‘K’, ‘.-..’: ‘L’, ‘–‘: ‘M’, ‘-.’: ‘N’, ‘—‘: ‘O’, ‘.–.’: ‘P’, ‘–.-‘: ‘Q’, ‘.-.’: ‘R’, ‘…’: ‘S’, ‘-‘: ‘T’, ‘..-‘: ‘U’, ‘…-‘: ‘V’, ‘.–‘: ‘W’, ‘-..-‘: ‘X’, ‘-.–‘: ‘Y’, ‘–..’: ‘Z’, ‘—–‘: ‘0’, ‘.—-‘: ‘1’, ‘..—‘: ‘2’, ‘…–‘: ‘3’, ‘….-‘: ‘4’, ‘…..’: ‘5’, ‘-….’: ‘6’, ‘–…’: ‘7’, ‘—..’: ‘8’, ‘—-.’: ‘9’}

现在,无论一个字母什么时候被检测到(或者是一个空格被按下),我们可以在解码字典里面查询相应的字母。但是,有时候接收器可能不能准确检测到线被拉扯的序列,因此在字典里面就找不到该序列。如果我们试着在字典里面查找序列但是找不到,Python将会显示出错,程序就会停止运行。

因此,我们首先要检查这个序列是否在字典的关键字中。如果不在,我们将把当前的字符设置为“?”。一旦我们有了当前的字符,我们就能够通过设置变量cur_char,在micro:bit的LED屏幕上显示出这个字符。在每个循环中,我们将显示检测到的字符。

将发送和接收结合起来

如果初次使用的时候这个装置不能完美地工作,那也没关系!试着调整一下舵机或传感器的位置,以及调整舵机拉紧或松开细线的角度。此外,你可以试着调整一下拉线的持续时间。这里是发送接收的完整代码。

24.8. 更多扩展


虽然这种数据传输的方法并不是用于特殊用途,但是许多数据转换的概念是相关连的。试着用线的长度来做实验,看看多远的距离可以被平稳传送,以及在哪个点“信号”变得很弱,难以被检测到。

为了增强“信号”,你可以使用第三块micro:bit来作为信号放大器。它可以把传感器的信号转换为新的拉力,这和每20千米安装在水下的光纤电缆的信号增强器的原理是类似的。

当然,摩尔斯代码不是最有效最可靠的数据传输方式。 用不同类型的编码(二进制代码 + ASCII,海明码,等等), 以及探索一些错误修正代码,来检测和修复传输过程中的任何数据损失或错误。

24.9. 常见问题