第 9 章：灭火功能

9.1 任务描述

灭火是少儿编程机器人竞赛中的经典任务：场地内放置一支点燃的蜡烛，小车需要检测火焰、调整朝向、靠近并启动风扇将其吹灭，完成后发出提示音。本章在固定位置完成"检测 → 吹风"的完整流程，第 10 章将其与循迹功能结合。

9.2 模块原理：火焰探测器

火焰探测器（⑩）对火焰辐射的红外波段敏感。模块提供两种输出方式，D3 均已接线：

接口	Pico 管脚	读数特性	适用场景
D 口（数字量）	GP26	仅 0 和 1 两种状态：有火焰 / 无火焰	快速判断火焰是否存在
A 口（模拟量）	GP27	0~65535 的连续数值，火焰越强、距离越近，读数越小	判断火焰强度与距离

模块供电为 3.3V（接拓展板 3V3 供电输出区）。编程前应先用 A 口测量蜡烛在不同距离下的读数范围，据此确定程序中的判定阈值（可借助本节代码中的 fire_sensor_threshold_test 函数实测）。该过程称为"标定"，是使用所有传感器的必要步骤。

from machine import Pin, PWM
import time

flame_D = Pin(26, Pin.IN)    # 火焰探测器 D 口：有火 = 1，无火 = 0
fan_F = PWM(Pin(18))         # 风扇正转脚（PWM 输出）
fan_R = PWM(Pin(19))         # 风扇反转脚

def pwm(pin, v):
    # Mind+ 的 PWM 范围 0~255 → duty_u16 范围 0~65535，乘 257 换算
    pin.duty_u16(int(v * 257))

def fan_setOnOffByFlameDetect():
    # 用 D 口读取的 0 或 1 来控制风扇转动
    if flame_D.value() == 1:     # 有火
        pwm(fan_F, 150)          # 风扇正转吹风（PWM 150）
        pwm(fan_R, 0)
    else:                        # 无火
        pwm(fan_F, 0)            # 两脚同为 0，电势差为 0，风扇停
        pwm(fan_R, 0)

# 主程序里循环调用即可：
# while True:
#     fan_setOnOffByFlameDetect()
#     time.sleep(0.1)

const int FLAME_D = 26;   // 火焰探测器 D 口：有火 = 1，无火 = 0
const int FAN_F = 18;     // 风扇正转脚（PWM 输出）
const int FAN_R = 19;     // 风扇反转脚

void fan_setOnOffByFlameDetect() {
  // 用 D 口读取的 0 或 1 来控制风扇转动
  if (digitalRead(FLAME_D) == 1) {   // 有火
    analogWrite(FAN_F, 150);         // 风扇正转吹风（PWM 150）
    analogWrite(FAN_R, 0);
  } else {                           // 无火
    analogWrite(FAN_F, 0);           // 两脚同为 0，电势差为 0，风扇停
    analogWrite(FAN_R, 0);
  }
}

void setup() {
  pinMode(FLAME_D, INPUT);
  pinMode(FAN_F, OUTPUT);
  pinMode(FAN_R, OUTPUT);
}

// 主程序里循环调用即可：
// void loop() {
//   fan_setOnOffByFlameDetect();
//   delay(100);
// }

from machine import Pin, PWM, ADC
import time

flame_A = ADC(Pin(27))       # 火焰探测器 A 口：0~65535 连续数值，火焰越近读数越小
fan_F = PWM(Pin(18))         # 风扇正转脚（PWM 输出）
fan_R = PWM(Pin(19))         # 风扇反转脚

FIRE_THRESHOLD_A = 50        # 触发阈值：实测正前方 30cm 有火时 < 50，无火环境约 300
                             # 环境不同读数差异大，请用下面的测试函数实测后灵活调整

def pwm(pin, v):
    # Mind+ 的 PWM 范围 0~255 → duty_u16 范围 0~65535，乘 257 换算
    pin.duty_u16(int(v * 257))

def fan_setSpeedByFlameIntensity():
    # 用 A 口读取的 0~65535 值来控制风扇转动
    # 注意方向：火焰越近，感应值越小
    fire_threshold_a = flame_A.read_u16()
    if fire_threshold_a <= FIRE_THRESHOLD_A:   # 读数够小 = 火焰够近
        pwm(fan_F, 160)        # 风扇正转吹风（PWM 160）
        pwm(fan_R, 0)
    else:                      # 火焰太远或没有：风扇停
        pwm(fan_F, 0)
        pwm(fan_R, 0)

def fire_sensor_threshold_test():
    # 阈值实测函数：在火焰传感器前点燃/吹灭蜡烛，
    # 观察串口数值变化，据此确定合适的触发阈值
    while True:
        print(flame_A.read_u16())
        time.sleep(0.2)

# 主程序里循环调用即可：
# while True:
#     fan_setSpeedByFlameIntensity()
#     time.sleep(0.1)

const int FLAME_A = 27;   // 火焰探测器 A 口：连续数值，火焰越近读数越小
const int FAN_F = 18;     // 风扇正转脚（PWM 输出）
const int FAN_R = 19;     // 风扇反转脚

const int FIRE_THRESHOLD_A = 50;   // 触发阈值：实测正前方 30cm 有火时 < 50，无火环境约 300
                                   // 环境不同读数差异大，请实测后灵活调整

void fan_setSpeedByFlameIntensity() {
  // 用 A 口读取的 0~65535 值来控制风扇转动
  // 注意方向：火焰越近，感应值越小
  int fire_threshold_a = analogRead(FLAME_A);
  if (fire_threshold_a <= FIRE_THRESHOLD_A) {   // 读数够小 = 火焰够近
    analogWrite(FAN_F, 160);        // 风扇正转吹风（PWM 160）
    analogWrite(FAN_R, 0);
  } else {                          // 火焰太远或没有：风扇停
    analogWrite(FAN_F, 0);
    analogWrite(FAN_R, 0);
  }
}

void fire_sensor_threshold_test() {
  // 阈值实测函数：在火焰传感器前点燃/吹灭蜡烛，
  // 观察串口数值变化，据此确定合适的触发阈值
  while (true) {
    Serial.println(analogRead(FLAME_A));
    delay(200);
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  analogReadResolution(16);   // 读数范围设为 0~65535，与 MicroPython 一致
  pinMode(FAN_F, OUTPUT);
  pinMode(FAN_R, OUTPUT);
}

// 主程序里循环调用即可：
// void loop() {
//   fan_setSpeedByFlameIntensity();
//   delay(100);
// }

9.3 模块原理：风扇灭火

风扇模块（⑧）的控制原理与基础教具包教程第 8 章一致：正转管脚 GP18、反转管脚 GP19，两管脚的电势差决定转向与启停。灭火任务仅使用"正转向前吹风"（GP18 高电平、GP19 低电平）；将管脚改为 PWM 输出可调节风力大小。

安全提示：蜡烛实验必须由成年人负责点火并全程看护；风扇运转时扇叶不得接触手指与头发；吹灭后须确认无火星残留。

9.4 代码实现

程序分为以下步骤：

1. 待命检测：循环读取火焰探测器 D 口（GP26），检测到火焰后进入下一步；

2. 方向对准：原地低速旋转，同时读取 A 口（GP27），在读数最小的方向停止旋转（火焰越近读数越小），该方向即为火焰所在方向；

3. 靠近火焰：前进，直至 A 口读数低于预设的"足够近"阈值；

4. 启动风扇：风扇正转全速运行（GP18 高电平、GP19 低电平），持续数秒；

5. 效果确认：关闭风扇，再次读取火焰探测器：火焰消失则蜂鸣器（GP14）鸣响三声提示完成；火焰未灭则返回第 4 步再次吹风。

本章无新知识点，Mind+ 图形化代码从略。重点在于通过算法锻炼编程思维。学员可根据下方 MicroPython 代码自行拖拽还原图形化程序，如需协助请联系编者微信。

from machine import ADC

# 火焰探测器：D 口 GP26（有/无火焰），A 口 GP27（火焰强度，0~65535 越小越近越强）
flame_D = Pin(26, Pin.IN)
flame_A = ADC(Pin(27))
# 风扇：GP18 正转（向前吹风）、GP19 反转，电势差控制启停，与电机同理
fan_F = Pin(18, Pin.OUT)
fan_R = Pin(19, Pin.OUT)

# 阈值集中定义（标定时只改这里）
FLAME_ON = 1        # D 口有火时的读数：按 9.2 的实测，有火 = 1
                    # 若所用模块相反（有火输出 0），改成 0 即可（这就是 9.2 说的"标定"）
FLAME_NEAR = 50     # A 口"足够近"阈值：读数小于它才算够近（火焰越近读数越小）
                    # 实测参考：正前方 30cm 有火时 < 50，无火环境约 300，请实测后再定

def flame_detected():
    # 有火焰返回 True
    return flame_D.value() == FLAME_ON

def aim_flame():
    # 方向对准：原地旋转一整圈，持续读 A 口，记下读数最小的时刻，
    # 转完回到原位后，再按"时间换角度"转到最小读数的方向
    start = time.ticks_ms()
    best_t = 0          # 最小读数出现的时刻（毫秒）
    best_v = 65536      # 目前见过的最小读数（初值设为比量程还大）
    # 速度 200 约 10 毫秒转 1°（第 4 章标定值），转满 360° ≈ 3600 毫秒
    while time.ticks_diff(time.ticks_ms(), start) < 3600:
        wheel_left_1(-200)   # 左轮向后、右轮向前 = 原地左旋
        wheel_left_2(-200)
        wheel_right_1(200)
        wheel_right_2(200)
        v = flame_A.read_u16()
        if v < best_v:
            best_v = v       # 刷新最小读数
            best_t = time.ticks_diff(time.ticks_ms(), start)
    stop_all()
    # 转满一圈后朝向 = 起始朝向；最小读数出现在 best_t 毫秒处，
    # 对应角度 = best_t ÷ 10 度，再向左转这么多就正对火焰
    turn_angle(best_t / 10)

# ===== 主程序：检测 → 对准 → 靠近 → 吹风 → 确认 =====
# 1. 待命检测：没火就原地等待
while not flame_detected():
    time.sleep(0.1)

# 2. 方向对准：找到 A 口读数最小的方向
aim_flame()

# 3. 靠近火焰：前进，直到 A 口读数低于"足够近"阈值
go_sp(150, 1)
while flame_A.read_u16() > FLAME_NEAR:
    time.sleep(0.05)
stop_all()

# 4~5. 吹风 + 效果确认（闭环）：没灭就再吹一次
while True:
    fan_F.value(1)       # 风扇正转全速，向前吹风
    fan_R.value(0)
    time.sleep(5)        # 持续吹 5 秒
    fan_F.value(0)       # 关风扇
    fan_R.value(0)
    time.sleep(0.5)
    if not flame_detected():
        break            # 复测：火焰消失才退出，否则回到循环再吹

beep(3)   # 鸣响三声，任务完成（beep 在第 8 章定义，单独跑本章需先定义）

// 火焰探测器：D 口 GP26（有/无火焰），A 口 GP27（火焰强度，越小越近越强）
const int FLAME_D = 26;
const int FLAME_A = 27;
// 风扇：GP18 正转（向前吹风）、GP19 反转
const int FAN_F = 18;
const int FAN_R = 19;

// 阈值集中定义（标定时只改这里）
const int FLAME_ON = 1;        // D 口有火时的读数：按 9.2 的实测，有火 = 1
                               // 若所用模块相反（有火输出 0），改成 0 即可（标定）
const int FLAME_NEAR = 50;     // A 口"足够近"阈值：读数小于它才算够近
                               // 实测参考：正前方 30cm 有火时 < 50，请实测后再定

bool flame_detected() {
  // 有火焰返回 true
  return digitalRead(FLAME_D) == FLAME_ON;
}

void aim_flame() {
  // 方向对准：原地旋转一整圈，持续读 A 口，记下读数最小的时刻，
  // 转完回到原位后，再按"时间换角度"转到最小读数的方向
  unsigned long start = millis();
  unsigned long best_t = 0;   // 最小读数出现的时刻（毫秒）
  int best_v = 65536;         // 目前见过的最小读数（初值设为比量程还大）
  // 速度 200 约 10 毫秒转 1°（第 4 章标定值），转满 360° ≈ 3600 毫秒
  while (millis() - start < 3600) {
    wheel_left_1(-200);   // 左轮向后、右轮向前 = 原地左旋
    wheel_left_2(-200);
    wheel_right_1(200);
    wheel_right_2(200);
    int v = analogRead(FLAME_A);
    if (v < best_v) {
      best_v = v;             // 刷新最小读数
      best_t = millis() - start;
    }
  }
  stop_all();
  // 最小读数出现在 best_t 毫秒处，对应角度 = best_t ÷ 10 度
  turn_angle(best_t / 10);
}

void setup() {
  analogReadResolution(16);   // 读数范围设为 0~65535，与 MicroPython 一致
  pinMode(FLAME_D, INPUT);
  pinMode(FAN_F, OUTPUT);
  pinMode(FAN_R, OUTPUT);

  // ===== 主程序：检测 → 对准 → 靠近 → 吹风 → 确认 =====
  // 1. 待命检测：没火就原地等待
  while (!flame_detected()) {
    delay(100);
  }
  // 2. 方向对准：找到 A 口读数最小的方向
  aim_flame();
  // 3. 靠近火焰：前进，直到 A 口读数低于"足够近"阈值
  go_sp(150, 1);
  while (analogRead(FLAME_A) > FLAME_NEAR) {
    delay(50);
  }
  stop_all();
  // 4~5. 吹风 + 效果确认（闭环）：没灭就再吹一次
  while (true) {
    digitalWrite(FAN_F, HIGH);   // 风扇正转全速，向前吹风
    digitalWrite(FAN_R, LOW);
    delay(5000);                 // 持续吹 5 秒
    digitalWrite(FAN_F, LOW);    // 关风扇
    digitalWrite(FAN_R, LOW);
    delay(500);
    if (!flame_detected()) {
      break;                     // 复测：火焰消失才退出，否则再吹
    }
  }
  beep(3);   // 鸣响三声，任务完成（beep 在第 8 章定义）
}

void loop() {
  // 主程序在 setup 里跑完即结束，loop 留空
}

说明：第 5 步的"效果确认"体现了闭环控制思想——执行器完成动作后，必须由传感器重新检测确认结果。这一方法适用于所有自动控制项目。

9.5 常见 bug 及理解误区

误区一：以为 A 口"火越大，值越大"

直觉上火焰越猛、距离越近，传感器的读数应该越大——这款火焰探测器恰恰相反：火焰越大、距离越近，A 口读数越小。实测参考：正前方 30 cm 有火时读数小于 50。把比较方向写反（比如"读数大于阈值才算靠近"），小车会离火焰越来越远，或者风扇永远不转。记住这条规律：A 口是"值越小，火越近"。

误区二：以为"没有火焰时读数接近 65535"

不少资料会说模拟量无信号时读数顶满（接近 65535），实际环境中并非如此：室内存在大量人眼看不见的红外（灯光、阳光、发热的电器都会辐射红外），明明没有火焰，A 口也可能读到 300 左右的值。所以阈值绝不能照抄别人的——换一个房间、换一种光照，原本好用的阈值就可能失灵。正确做法：用 9.2 节的 fire_sensor_threshold_test 函数在实际使用场地分别实测"有火"和"无火"的读数，把阈值定在两者之间。