謝作如

創(chuàng)客空間應(yīng)該是一個充滿個性的地方，各種奇思妙想都能在這里得到實現(xiàn)。當(dāng)我校的創(chuàng)客空間全新裝修好后，我和學(xué)生總覺得還不夠個性化，科技感也不強。創(chuàng)客空間里的細(xì)節(jié)布置肯定要自己來設(shè)計并且實現(xiàn)。于是，我們把目光投向了照明系統(tǒng)，即燈光。

要讓照明系統(tǒng)體現(xiàn)個性，自然要買支持物聯(lián)網(wǎng)控制的燈泡，如小米、華為和Yeelight的智能燈泡（如圖1）。這些燈泡往往具有可調(diào)光、支持手機遠(yuǎn)程控制等特點，也稱為智能情景照明燈。但我們不滿足于用企業(yè)開發(fā)的APP來控制燈光，而是希望能夠自己編程對燈泡進(jìn)行個性化控制，如定時開燈和關(guān)燈，或者結(jié)合一些創(chuàng)客空間的傳感器實現(xiàn)真正的智能控制。

原理分析

支持手機APP控制的智能燈泡很多，但是能夠讓用戶自行編程控制的卻寥寥無幾。研究了市場上常見的開放接口的智能燈泡，總結(jié)出自定義編程大致有兩種方式：一是智能燈泡的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)支持第三方認(rèn)證接入，如天貓精靈；二是智能燈泡同時支持局域網(wǎng)內(nèi)部的控制，如Yeelight。

默認(rèn)情況下，Yeelight智能燈泡與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)建立聯(lián)系，然后手機APP通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送控制指令給燈泡，每一個智能燈泡都是一個智能終端。但是，Yeelight智能燈泡如果開啟了“局域網(wǎng)控制”功能，那么就可以同時響應(yīng)來自局域網(wǎng)任一智能設(shè)備的控制指令了，發(fā)送控制指令的設(shè)備可以是電腦、手機，也可以是任何一個支持網(wǎng)絡(luò)功能的MCU，如掌控板、虛谷號和樹莓派等，具體過程如圖2所示。

智能燈泡的編程控制實驗

雖然任何一種支持網(wǎng)絡(luò)的編程語言都可以給Yeelight智能燈泡設(shè)備進(jìn)行編程，但考慮到學(xué)習(xí)難度，我們選擇了Python語言。因為Yeelight官方提供了一個庫，在這個庫的支持下，編程會更加容易。

1.準(zhǔn)備工作

（1）智能燈泡和電腦或者其他可編程智能設(shè)備要處于同一個局域網(wǎng)。我們使用的是最新的虛谷號（如上頁圖3），它是一款面向人工智能教學(xué)和Python編程學(xué)習(xí)而開發(fā)的開源硬件平臺，自帶了Wi-Fi，接上鼠標(biāo)鍵盤和顯示器，就是一臺電腦。它也可以像U盤一樣，插入普通電腦進(jìn)行編程。

（2）打開智能燈泡的局域網(wǎng)控制功能，具體操作如圖4所示。

（3）安裝好Python3環(huán)境。虛谷號已經(jīng)內(nèi)置了Python3.5，并且已經(jīng)安裝了一些常見的庫。

2.實驗過程

步驟1：安裝Yeelight庫。

在命令行中輸入pip install yeelight，通過網(wǎng)絡(luò)安裝Yeelight庫，安裝速度很快。

步驟2：打開Python IED進(jìn)行編程測試。

（1）尋找設(shè)備。輸入如表1代碼。

屏幕打印出這個局域網(wǎng)中找到的智能燈泡設(shè)備數(shù)量。變量ledlist的數(shù)據(jù)類型為“列表”，用print（ledlist）語句打印出來，會看到如表2的內(nèi)容。

這些信息描述了這個智能燈泡的關(guān)鍵信息，其中192.168.199.184和192.168.199.142就是智能燈泡的IP地址，這說明局域網(wǎng)中有兩個智能燈泡設(shè)備。

（2）控制智能燈泡的開關(guān)狀態(tài)。

使用Bulb對象指定一個設(shè)備的IP地址，用“bulb.turn_on（）”和“bulb.turn_off（）”就可以控制燈泡的開關(guān)狀態(tài)。參考代碼如表3。

除了用“bulb.turn_on（）”和“bulb.turn_off（）”，Yeelight還提供了一個“bulb.toggle（）”的方法直接讓設(shè)備切換狀態(tài)。

（3）控制一個設(shè)備的色彩。

Yeelight支持多方式控制燈光色彩，如RGB、HSV和色溫控制等方式。表4的代碼實現(xiàn)了RGB方式控制。

如果要實現(xiàn)更多功能，可以查看Yeelight庫的文檔介紹。Yeelight庫文檔的地址為：https：//yeelight.readthedocs.io/en/latest/。

更多創(chuàng)意示例

一旦實現(xiàn)了局域網(wǎng)控制后，這個智能燈泡就變得更加好玩了，也能支持我們的各種奇思妙想。我和學(xué)生們討論了幾種創(chuàng)意方案。

創(chuàng)意1：根據(jù)天氣預(yù)報自動變換燈泡的色彩

用Python代碼定時獲取當(dāng)前的天氣預(yù)報，然后顯示不同的燈泡色彩。晴天就柔和一點，下雨天則要亮一些。學(xué)生說如果是刮風(fēng)天氣，燈光要閃爍，如同被大風(fēng)吹過，確實是腦洞大開。

創(chuàng)意2：設(shè)計一個大型的LED燈帶

在創(chuàng)客空間前面的走廊，我們準(zhǔn)備裝一排8個以上的智能燈泡，這樣就形成了一個大型的“LED燈帶”，可以實現(xiàn)彩虹燈、流水燈之類的效果，也可以根據(jù)音樂旋律來顯示一些閃爍的舞臺燈光效果。

創(chuàng)意3：設(shè)計一個大型的LED陣列

如果在創(chuàng)客空間的天花板上，裝上25（5*5）個智能燈泡，可以做一個和micro：bit的點陣屏差不多的大型“LED陣列”，用來顯示特定的圖案，如笑臉、字母等，和micro：bit不同的是，這個LED陣列還是全彩的呢。

還有遠(yuǎn)程開燈、刷臉開燈等，因為虛谷號支持各種Arduino傳感器模塊，也支持?jǐn)z像頭，從簡單互動到人工智能，學(xué)生的創(chuàng)意想法越來越多，不再一一列舉了。

盤點這些年學(xué)校創(chuàng)客空間中做的各種作品，往往局限于LED、舵機、直流電機之類的電子模塊，很少有人去直接控制家用電器，這是因為家用電器使用的是220V的電路，比較危險?，F(xiàn)在，有了支持物聯(lián)網(wǎng)功能的電器后，一種新的玩法也出現(xiàn)了。創(chuàng)客空間里的學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，編程并不是虛擬世界中的游戲，而是能真正作用于真實世界的。當(dāng)然，要方便自如地控制這些智能燈泡，虛谷號是一個很好的工具。

基金項目：本文是江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃專項課題“江蘇省高中STEM教育基地實驗項目的設(shè)計與實踐研究”階段性成果，課題批準(zhǔn)文號：C-a/2018/02/19。