[micro:bit Maker] 使用PixyCam模組打造色彩辨識自走車

PixyCam是2013年集資推出的一款色彩辨識相機模組，又稱CMUcam5。簡單來說，這個模組能夠辨識使用者指定的特定顏色，並能將鏡頭前出現的該顏色物體的位置、大小資料傳給它連接的開發板。

PixyCam支援多種通訊方式能和開發板溝通，如SPI、I2C、UART（序列埠）甚至最單純的類比信號。我們將透過I2C方式讓micro:bit接收PixyCam的物體辨識結果。

首先，你必須下載PixyCam的專用軟體PixyMon。（如果您使用的是第二代PixyCam，那麼得使用這個版本。）用mini USB線連接PixyCam背面左側的接頭並連到電腦，然後打開PixyMon。若程式有正確抓到攝影機，就會看到即時畫面。

按主畫面上方大按鈕最右邊的設定鈕，接著在設定畫面下面找Interface（介面），並選擇資料輸出方式為I2C。

你也能看到預設I2C位址是0x54（= 84）。

這時你可以回到主畫面，把要辨識的物體舉在攝影機前，然後選Action → Set signature x... 接著畫面會靜止，讓你用滑鼠把要辨識的顏色圈選起來。圈選好後，就能看到攝影機開始能辨識到該顏色的物體了。

另一個方式是壓住PixyCam上的白色按鈕不放，直到亮起白燈、然後依序亮起紅、橘、黃...燈。這些燈的顏色與辨識物體無關，而是代表第幾個辨識代碼：

• 紅 = 1
• 橘 = 2
• 黃 = 3
• 綠 = 4
• 青 = 5
• 藍 = 6
• 紫 = 7

在你要的號碼放開手，這時相機會進入辨識學習模式。把你要辨識的物體舉到相機前，相機底下的RGB LED會亮起差不多的顏色，畫面上也會出現如下的格網。物體舉好位置後，再按一下白鈕，這顏色就會記錄在該號碼底下（如紅燈 = 辨識代碼1）。

這個按白鈕設定辨識顏色的方式，不需要接PixyMon也可以進行。等我們把相機接在小車上後，就可以用這個方式快速設定辨識顏色。

現在，我們要把PixyCam連到micro:bit與Nexus:bit擴充板。模組背面有兩排針腳（一代和二代相同）：

故我們以杜邦線連接以下腳位：

• 5V（pin 2）→ Nexus:bit後方的5V針腳
• GND（pin 6）→ Nexus:bit後方的GND針腳
• I2C SCL（pin 5）→ Nexus:bit前方側面的SCL針腳
• I2C SDA（pin 9）→ Nexus:bit前方側面的SCL針腳

這裡我們把NexusBot小車上的超音波模組抽掉，好讓電線能穿過外殼。PixyCam則以橡皮擦和泡棉膠黏貼於車子正面。

PixyCam的資料輸出格式如下：

Bytes    16-bit word    Description
----------------------------------------------------------------
0, 1     y              sync: 0xaa55=normal object, 0xaa56=color code object
2, 3     y              checksum (sum of all 16-bit words 2-6, that is, bytes 4-13)
4, 5     y              signature number
6, 7     y              x center of object
8, 9     y              y center of object
10, 11   y              width of object
12, 13   y              height of object

每次會傳一個16-bit的資料。首先是sync（同步碼），作用是分隔每一筆資料並代表資料從何處開始。在顏色辨識模式中，這個值是0xaa55（在micro:bit會讀到-21931）。不過，每筆資料之間也會多插入一筆0xaa55，所以只要連續讀到兩次-21931，就代表有資料可接收了。

程式撰寫如下：

點圖可放大

這樣只要能辨識的物體出現在相機前時，就能讀到該物體的中心點座標與長寬。PixyCam的解析度是320x200，故座標值會落在這個區間。

checksum可用來核對資料是否無誤。不過，不檢查也是無妨啦。

既然能知道物體的中間點及大小，我們就能判斷它是否偏移、以及是否靠近或拉遠。我們給NexusBot小車撰寫程式如下：

點圖可放大

由於車子只能在平面上移動，所以我們只需判斷物體的X座標及寬度。車子會依據物體的位置前進或後退、直走或轉彎。當然，根據你實際使用的物體大小，有可能要修改程式內的數據，才能讓車子在合理的距離靠近或避開物體。

另一個要注意的是，如果操作的環境改變（光源改變），有可能導致物體顏色產生變化、進而令PixyCam無法辨識。因此，最好確定你有在同一個環境下給PixyCam設定好要辨識的顏色（而且是與環境差異夠大、夠鮮明的顏色）。