樹莓派感測器實作(二)：入侵者警報器

本文譯自樹莓派雜誌 112 期(MagPi issue 112)，原文標題為 Make an intruder alarm（圖片來源取自雜誌內頁），相關原始程式碼可參考官方程式碼。本篇與原文同樣使用CC 3.0 BY-NC-SA授權，歡迎標註原作者轉載，若有任何不妥與指教敬請告知。

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一、前言

「樹莓派感測器實作」系列我們將探索一些常見的感測器，並製作出可執行的專案。在實作(一)我們製作了火焰與瓦斯洩漏警報系統，這次要使用感測器製作不同的警報器－入侵者警報器。

要偵測附近是否有人有很多可行的方法，例如使用人體紅外線感測器或鏡頭，本次我們將使用雷射光感測器與聲音感測器，當其中一項被觸發時，便會發出視覺與聽覺的警報。

二、所需設備

1. 雷射光感測器 x1

2. 聲音感測器 x1

3. LED 燈 x1

4. 蜂鳴器 x1

5. 麵包板 x1

6. 330Ω 電阻 x1

7. 杜邦線材

三、實作步驟

1. 連接雷射光感測器

回想一下，我們曾經在電影中看過，當秘密特工或是小偷要潛入目的地獲取物品時，不小心觸動了雷射光並且警鈴大作的場景。沒錯！本次我們要實作的正是「入侵者警報器」。

雷射光感測器不斷地發射雷射光，並僅接收相同波長的光束(650 nm)，因此它並不會因為其他的可見光而被觸發。當它偵測到光束時，數位腳位發出訊號 1；當光束被中斷時發出訊號 0。

首先關閉 Raspberry Pi 樹莓派的電源，將雷射光感測器連接到開發板如下圖表所示：

Raspberry Pi 樹莓派	雷射光感測器
3.3 V	VCC
GND	GND
IO21	DO

2. 定位雷射光感測器

當連接好雷射光感測器後，開啟 Raspberry Pi 樹莓派的電源，若是連接正確將會看到感測器右側亮起紅燈。感測器將會從金屬管中發射雷射光束，因此切記勿直視它！

將光束對準附近的牆壁（大約 1.5 m 的距離），並檢查左側的 LED 是否亮起（指示燈），確認它正在偵測雷射光束。你可能需要透過水平和垂直的傾斜來調整感測器，或者是將其更靠近牆壁。為了完成警報器，我們建議將警報器安裝在離地板很近的地方，如此一來，有人經過便會中斷光束也不會太靠近人們的眼睛。

3. 雷射光測試

首先，我們要撰寫一個 Python 程式「laser_test.py」，去讀取感測器的數位輸出，並在光束中斷時顯示訊息。從電腦桌面的選單中，打開 Thonny IDE 軟體平台開始撰寫程式。

現在就透過手遮蔽來中斷光束，試試看訊息是否有改變吧！

在開始撰寫程式之前，我們選擇使用 GPIO Zero 程式庫，如下所示：

第 1~3 行：在程式碼中，我們使用 Button 方法檢測雷射光感測器的數位訊號，當訊號為 0 時就等同於按下按鈕。如同連接的腳位為 IO 21，因此我們將 laser 物件依照 Button 方法設定為 laser = Button(21)。

第 6~11行：設定一個迴圈 while True: ，當中使用 if…else 來判斷與顯示感測器數位訊號的高低，if laser.value == 0 為光束被中斷，Thonny Shell 顯示窗為「Intruder!」；反之則顯示「All clear」。

第 12 行：在顯示設定中我們加入了 end = “\r” ，如此一來每次顯示文字就都會出現在同一行。

現在就執行「laser_test.py」程式碼，並使用您的手遮蔽中斷光束，看看顯示窗的訊息是否會變為「Intruder!」。過程中會發現，當手離感測器比較遠時，效果較為顯著。即使 LED 指示燈只有瞬間熄滅，這樣就足以觸發我們後面要製作的警報。

注意！
雷射光感測器會持續發射雷射光束，使用時切勿將其直射人的頭部，可能會造成眼睛視力的損傷。

4. 加入聲音感測器

我們已經成功讓雷射光感測器運作了，為了要提高防止入侵者的規格，現在就讓我們增加聲音感測器吧！

聲音感測器有類比與數位輸出腳位，我們的警報系統僅需要使用數位輸出的腳位。將聲音感測器連接到 Raspberry Pi 樹莓派如圖1，接線請參照下表：

Raspberry Pi 樹莓派	聲音感測器
3.3 V	VCC
GND	GND
IO14	DO

＊Raspberry Pi 樹莓派上的3.3 V 與 GND 腳位透過麵包板與雷射光感測器共用。

開啟 Raspberry Pi 樹莓派的電源後會看到感測器左側的電源指示燈亮起。如果製造大的噪音會看到感測器右側的指示燈亮起，這就表示噪音有被偵測到。

5. 聲音測試

現在我們就來建立一個程式「sound_test.py」來測試聲音感測器吧！

第 1~3 行：使用與前面一樣的 Button 方法，將 Raspberry Pi 樹莓派的 GPIO14 指定為 sound 物件 sound = Button(14)，來偵測感測器是否有觸發。

第 6~11行：設定一個迴圈 while True: ，當中使用 if…else 來判斷與顯示感測器數位訊號的高低，if sound.value == 1 為偵測到噪音，Thonny Shell 顯示窗為「Intruder!」；反之則顯示「All clear」。

6. 實測聲音感測器

現在就讓我們來測試聲音感測器是否有正確運作吧！

執行「sound_test.py」Python 程式碼，並製造噪音使聲音感測器右側的指示燈亮起，會發現要讓噪音需持續約一秒鐘，訊息會短暫地從「All clear」變成「Intruder!」。

如果測試時有無法觸發的狀況，可以嘗試調整感測器上印有 D 符號的十字旋鈕，以逆時針的方向旋轉，調低可變電阻來增加感測器的靈敏度，但請勿過度旋轉，不然會導致指示燈恆亮。

7. 增加視覺警報

如果前面的感測器與程式碼都已經能夠正常運作了，那麼我們就可以進入到下一個階段囉！

雖然警報器能夠顯示訊息效果已經相當不錯了，但是為了要追求更好的警報器，因此需要增加視覺與聲覺的警示效果。

在上一篇實作(一)中，我們使用了5 mm 的紅色 LED 燈來作為視覺的警示(當然也可以選擇其他尺寸)。一如既往的，為了要避免 LED 燒壞，因此我們還要加入一個電阻去限制電流。

將 LED 的兩隻腳插在麵包板不同行上，並在陰極（短）腳連接一個 330Ω 的電阻在麵包板的負電區，而陽極（彎曲，長）腳連接到 Raspberry Pi 樹莓派 IO16 的腳位，如圖1 所示。

8. 連接蜂鳴器

在聽覺警報的部分，我們使用一個有源蜂鳴器發出聲響。有源蜂鳴器較長的腳為陽極，較短的腳為陰極（蜂鳴器本身可能會標示它們的位置）。將陰極腳連接到麵包板的負極，而陽極腳連接到 Raspberry Pi 樹莓派 IO25 的腳位，如圖 1 所示，完成後的成品如圖 2 所示。

9. 撰寫警報器程式碼

當所有硬體都如圖1設置完成後，我們就可以準備開始撰寫入侵者警報器的程式碼了！

第 1~2 行：在最終版的「intruder_alarm.py」程式碼中，我們首先輸入 GPIO Zero 程式庫的 LED 與蜂鳴器，並且使用時間程式庫中的休眠，用來作為延遲使用。

第 9~14 行：可以依照不同的警報建立獨立的警示訊息（就像實作(一)的火焰與瓦斯警報系統），但是這次我們為了要簡化在沒有偵測到入侵者狀態的程式，因此並沒有分成兩種警示訊息。

當觸發時，將會執行 for 迴圈來控制 LED 與蜂鳴器開關切換的次數，並且加入 0.5 秒的休眠作為延遲。

第16~22 行：在 while True: 迴圈中，我們用來檢測 pin 腳從感測器所接收到的訊號，當雷射光被中斷(laser.value == 0)，或是當聲音已到達閥值時(sound.value == 1)，便會觸發警報。若是在未觸發的情況下，預設顯示訊息為「All Clear」， LED 與蜂鳴器皆為關閉的狀態。