【掌控】mpython--加速度--水平仪

水平仪是一种测量小角度的常用量具。在机械行业和仪表制造中,用于测量相对于水平位置的倾斜角、机床类设备导轨的平面度和直线度、设备安装的水平位置和垂直位置等。按水平仪的外形不同可分为：框式水平仪和尺式水平仪两种；按水准器的固定方式又可分为：可调式水平仪和不可调式水平仪。

气泡水平仪系检验机器安装面或平板是否水平，及测知倾斜方向与角度大小的测量仪器，其外形系用高级钢料制造架座，经精密加工后，其架座底座必须平整，座面中央装有纵长圆曲形状的玻璃管，也有在左端附加横向小型水平玻璃管，管内充满醚或酒精，并留有一小气泡，它在管中永远位于最高点。

【掌控加速度】

加速度传感器能够测量由于重力引起的加速度，传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。掌控板上的加速度计可测量加速度，测量范围为 -2g 到 +2g 之间。

掌控板的测量沿3个轴，每个轴的测量值是正数或负数，正轴越趋近重力加速度方向，其数值往正数方向增加，反之往负数方向减小，当读数为 0 时，表示沿着该特定轴“水平”放置。

• X - 向前和向后倾斜。
• Y - 向左和向右倾斜。
• Z - 上下翻转。
  

例：通过OLED显示屏来观察3个轴加速度值的变化

[mw_shl_code=python,true]from mpython import *

while True:
    oled.fill(0)
    x1 = accelerometer.get_x()
    y1 = accelerometer.get_y()
    z1 = accelerometer.get_z()
    oled.DispChar("加速度x:", 0, 0)
    oled.DispChar(str(x1), 48, 0)
    oled.DispChar("加速度y:", 0, 16)
    oled.DispChar(str(y1), 48, 16)
    oled.DispChar("加速度z:", 0, 32)
    oled.DispChar(str(z1), 48, 32)
    oled.show()[/mw_shl_code]

使用前，导入mpython模块:

from mpython import *

获取X、Y、Z三轴的加速度:

x1 = accelerometer.get_x()y1 = accelerometer.get_y()
z1 = accelerometer.get_z()

注解

通过 accelerometer.get_x() 获取3轴加速度。

获取3轴加速度获取方法分别为 get_x()、get_y() 、get_z() 。

每个轴的测量值根据方向是正数或负数，表示以克为单位的值。

您可以尝试掌控板按以下放置，观察3轴数据:

• 平放桌面 --(0,0,-1)
• 翻转平放桌面 --(0,0,1)
• 掌控板下板边直立与桌面 --(1,0,0)
• 掌控板左板边直立与桌面 --(0,1,0)
  

注解

发现什么规律没有？

当重力加速度与加速度轴方向一致时，即等于1g的地球重力加速度。正方向为+1g，反方向为-1g。

假如您猛烈地摇动掌控板，您会看到加速度达到±2g，那是因为这个加速度计的最大测量值为±2g。

通过这些学习，加上以前的摸索，终于明白了掌控板的加速度计。

前面的新mpython库中还有了画圆的新技能，所以，可以把以前的水平仪（当时还没有画圆函数，李时念老师用数学知识写了画圆的代码）改下了。

【水平仪初级版】

[mw_shl_code=python,true]from mpython import *
  
# 半径 中心x y坐标
radius = 10
         
center_x = 0
center_y = 0
while True:
    x = accelerometer.get_y()
    y = accelerometer.get_x()
    oled.fill(0)
    center_x = 128-int(x*64+64)
    center_y = int(y*32+32)
    oled.circle(63, 31, 4, 1)
    oled.circle(128-center_x, 64-center_y, radius, 1)
    oled.show()
    if 128-center_x == 63 and 64-center_y == 31:
        rgb.fill((0, 18, 0))
        rgb.write()
    else:
        rgb.fill((0, 0, 0))
        rgb.write()[/mw_shl_code]
【水平仪进阶版】
在上面的例子上用映射来写代码

注解

numberMap(inputNum, bMin, bMax, cMin, cMax) 是映射函数，inputNum 为需要映射的变量，bMin 为需要映射的最小值，bMax 为需要映射的最大值，cMin 为映射的最小值，cMax为映射的最大值。

[mw_shl_code=python,true]from mpython import *
   
# 半径 中心x y坐标
radius = 10
         
center_x = 0
center_y = 0
while True:
    x = accelerometer.get_y()
    y = accelerometer.get_x()
    oled.fill(0)
    center_x = 64 + int(numberMap(y,1,-1,-64,64))
    center_y = 32 + int(numberMap(x,1,-1,32,-32))
    oled.circle(63, 31, 4, 1)
    oled.circle(center_x, center_y, radius, 1)
    oled.show()
    if center_x == 63 and center_y == 31:
        rgb.fill((0, 18, 0))
        rgb.write()
    else:
        rgb.fill((0, 0, 0))[/mw_shl_code]

【水平仪官方版】

我们用加速度计制作一个上下左右各滚动的水平球:

[mw_shl_code=python,true]from mpython import *    #导入mpython模块

Center_x=63           #设定中心点（原点）x的坐标
Center_y=31           #设定中心点（原点）y的坐标

while True:

    x=accelerometer.get_x()         #获取X轴的加速度
    y=accelerometer.get_y()         #获取Y轴的加速度

    if y<=1 and y>=-1:
        offsetX=int(numberMap(y,1,-1,-64,64))   #映射Y轴偏移值
    if x<=1 and x>=-1:
        offsetY=int(numberMap(x,1,-1,32,-32))   #映射X轴偏移值
    move_x=Center_x+offsetX                 #水平球在X坐标上的移动
    move_y=Center_y+offsetY                 #水平球在Y坐标上的移动

    oled.circle(Center_x,Center_y,6,1)      #画中心固定圆：空心
    oled.fill_circle(move_x,move_y,4,1)     #画移动的水平球：实心
    oled.DispChar("%0.1f,%0.1f" %(x,y),85,0)    #显示水平球在X、Y轴的加速度值

    if offsetX==0 and offsetY==0:
        rgb.fill((0,10,0))          #水平球在中心位置亮绿灯，亮度为10
        rgb.write()
    else:
        rgb.fill((0,0,0))           #水平球不在中心位置灭灯
        rgb.write()
    oled.show()
    oled.fill(0)[/mw_shl_code]

当检测到掌控板在X轴和Y轴方向倾斜时（范围-1g 至+1g），将X轴、Y轴的偏移值也就是加速度值（范围-1至1）分别映射在以设定的中心点为原点的X坐标上的Y坐标（范围32至-32）、X坐标（范围-64至64）上:

if y<=1 and y>=-1:            

    offsetX=int(numberMap(y,1,-1,-64,64))

if x<=1 and x>=-1:   

    offsetY=int(numberMap(x,1,-1,32,-32))

注解

numberMap(inputNum, bMin, bMax, cMin, cMax) 是映射函数，inputNum 为需要映射的变量，bMin 为需要映射的最小值，bMax 为需要映射的最大值，cMin 为映射的最小值，cMax为映射的最大值。

水平球在X、Y坐标上的移动：水平球在坐标上的移动 = 中心点位置 + 加速度的偏移值:

move_x=Center_x+offsetX


move_y=Center_y+offsetY

如果水平球移动到中心位置，则亮绿灯，否则不亮灯:

if offsetX==0 and offsetY==0:        
    rgb.fill((0,10,0))          #水平球在中心位置亮绿灯，亮度为10   
    rgb.write()
else:   
    rgb.fill((0,0,0))           #水平球不在中心位置灭灯    rgb.write()

oled.DispChar("%0.1f,%0.1f" %(x,y),85,0)    #显示水平球在X、Y轴的加速度值

【Python字符串进行格式化操作符 %】

Python中内置有对字符串进行格式化的操作 %。

    模板

格式化字符串时，Python使用一个字符串作为模板。模板中有格式符，这些格式符为真实值预留位置，并说明真实数值应该呈现的格式。Python用一个tuple将多个值传递给模板，每个值对应一个格式符。

比如下面的例子：

print("I'm %s. I'm %d year old" % ('Vamei', 99))

上面的例子中，

"I'm %s. I'm %d year old" 为我们的模板。%s为第一个格式符，表示一个字符串。%d为第二个格式符，表示一个整数。('Vamei', 99)的两个元素'Vamei'和99为替换%s和%d的真实值。
在模板和tuple之间，有一个%号分隔，它代表了格式化操作。

整个"I'm %s. I'm %d year old" % ('Vamei', 99) 实际上构成一个字符串表达式。我们可以像一个正常的字符串那样，将它赋值给某个变量。比如:

a = "I'm %s. I'm %d year old" % ('Vamei', 99)print(a)

我们还可以用词典来传递真实值。如下：

print("I'm %(name)s. I'm %(age)d year old" % {'name':'Vamei', 'age':99})

可以看到，我们对两个格式符进行了命名。命名使用()括起来。每个命名对应词典的一个key。

格式符

格式符为真实值预留位置，并控制显示的格式。格式符可以包含有一个类型码，用以控制显示的类型，如下:

%s    字符串 (采用str()的显示)

%r    字符串 (采用repr()的显示)

%c    单个字符

%b    二进制整数

%d    十进制整数

%i    十进制整数

%o    八进制整数

%x    十六进制整数

%e    指数 (基底写为e)

%E    指数 (基底写为E)

%f    浮点数

%F    浮点数，与上相同

%g    指数(e)或浮点数 (根据显示长度)

%G    指数(E)或浮点数 (根据显示长度)

例程中：

oled.DispChar("%0.1f,%0.1f" %(x,y),85,0)    #显示水平球在X、Y轴的加速度值

用到了格式化浮点数，取一位小数。

[本教程资料来源：帮助文档及网络]