文/山东省招远第一中学 牟晓东
如果在树莓派上安装摄像头和超声波传感器等器材，再借助功能丰富的库模块，我们可以使用Python编程来实现一些比较高端实用的功能，比如进行实时监控，当发现有异常时再进行“抓拍”，并且将图像文件作为附件发送至指定的邮箱。
1.实验器材及连接
实验器材：树莓派3B+一块，古德微扩展板一块，CSI摄像头一个，超声波传感器一个，红色LED灯一支。
首先，将CSI摄像头的数据线穿过扩展板预留孔，安装至树莓派的CAMERA接口；接着，将扩展板与树莓派进行“对接”，超声波传感器插至并排的20号和21号四个引脚（注意方向朝外），LED灯插至5号引脚（注意长腿正极、短腿负极）；最后，通过数据线给树莓派通电，启动操作系统（如图1）。
2.编写实现“邮件发送”功能的send_mail函数
在Python中实现“邮件发送”功能，需要导入库模块和相关信息的设置等多步操作，可自定义send_mail函数来完成。
首先，导入“简单邮件传输协议”的smtplib库和“管理电子邮件消息”的email库：“import smtplib”、“from email.mime.multipart import MIMEMultipart”、“from email.header import Header”、“from email.mime.text import MIMEText”和“from email.mime.image import MIMEImage”（如图2）。
接着，在send_mail函数中开始写代码：建立连接对象con，进行邮箱服务器的连接：“con = smtplib.SMTP_SSL('smtp.126.com',465)”——126邮箱，端口号为465。
登录用来发送邮件的邮箱：“con.login('youmail@126.com','xxxxxxxx')”，第一个参数是邮箱地址，第二个参数是明文密码。
创建邮件对象msg：“msg = MIMEMultipart()”。
设置邮件的主题和编码方式：“subject = Header('监控抓拍','utf-8').encode()”。
添加至邮件对象msg中：“msg['Subject'] = subject”。
分别设置邮件发送人和接收人的信息：“msg['From'] = 'youmail@126.com
创建普通文本对象text和编码方式：“text = MIMEText('监控异常，抓拍！','plain','utf-8')”。
创建文件对象image_data读取抓拍保存的capture.jpg文件并创建图片对象image1：“image_data = open('/home/pi/capture.jpg','rb').read()”、“image1 = MIMEImage(image_data)”，并且进行附件显示名称的设置：“image1['Content-Disposition'] = 'attachment;filename="capture.jpg"'”。
将普通文本对象text和图片对象image1 分别添加至邮件对象msg中：“msg.attach(text)”、“msg.attach(image1)”。
通过sendmail进行邮件的发送：“con.sendmail('youmail@126.com','123456@qq.com',msg.as_string())”，仍要包括发件人和收件人（从126邮箱发送至QQ邮箱）的信息。最后，关闭连接、退出邮箱：“con.quit()”（如图3）。
3.摄像头“监控抓拍”功能的实现
首先，导入gpiozero等库模块：“from gpiozero import DistanceSensor,LED”、“from picamera import PiCamera”、“import time”和“from signal import pause”（如图4）。
接着，进行超声波传感器、LED灯和摄像头的设置及初始化操作：建立变量sensor关联超声波传感器“sensor = DistanceSensor(echo=21,trigger=20)”，对应的信号发射和接收端口分别是20和21。
建立变量red_LED关联插接在5号引脚的红色LED灯：“red_LED = LED(5)”。
建立变量camera关联摄像头：“camera = PiCamera()”，设置图像的宽度和高度值分别为800和600（像素）：“camera.resolution = (800,600)”，设置图像的饱和度和亮度均为50：“camera.saturation = 50”、“camera.brightness = 50”，设置快门速度：“camera.shutter_speed = 6000000”，设置ISO值：“camera.iso = 300”（如图5）。
建立“while True:”循环结构，先关闭LED灯：“red_LED.off()”，再建立变量dis保存超声波传感器“测距”值：“dis = sensor.distance”；然后对该数据进行是否小于0.20米的判断：“if dis <= 0.20:”，条件成立的话，说明检测到“异常”——有目标闯入，则执行三个动作：红色LED灯发光——“red_LED.on()”，摄像头抓拍并在home/pi目录中生成图像文件capture.jpg——“camera.capture('/home/pi/capture.jpg')”，将capture.jpg图像文件作为附件发送至指定的邮箱——“send_mail()”；最后，添加等待0.1秒的延迟：“time.sleep(0.1)”（如图6）。
4.测试树莓派摄像头“抓拍”和邮件发送功能是否正常
将程序代码进行适当的整理——库模块的导入均放置于程序开始，保存代码为capture_mail.py，按功能键F5运行测试。
首先，打开树莓派的/home/pi文件夹，注意观察是否有抓拍到的capture.jpg图片文件产生；接着，使用玩偶模拟有陌生来客闯入——进入超声波传感器所检测的20厘米范围内，树莓派的红色LED灯闪亮了一下，而且在/home/pi中生成了capture.jpg图片文件；双击打开查看，确实是抓拍到了“闯入者”（如图7）。
很快，预设的QQ邮箱也有了收到新邮件的提醒，打开浏览器进入邮箱查看，确实是一封主题为“监控抓拍”的邮件；点击打开，邮件正文内容是预设的“监控异常，抓拍！”，附件是caputure.jpg，图片内容正是树莓派摄像头抓拍的“闯入者”（如图8）。
值得一提的是，如果程序一直在运行的话，只要有异常的“闯入者”进入超声波传感器的有效检测范围，就会在/home/pi文件夹中再次生成新的caputure.jpg（是“覆盖”模式），并且将它作为附件发送给预设的邮箱中，实现了监控抓拍和邮件发送的预期目标。