Mixly系統設計2：LED燈串設計

吳俊杰

編者按：時至今日，學生的學習和真實的應用還常常處于脫節的狀態。記得日本著名的科幻漫畫家藤子·F·不二雄曾說過“幻想拯救了我”，確實，作為一個創作者，尤其是在孩童時代，他們需要幻想、需要冒險、需要不斷試錯，才能更好地成長。現在，令我們欣慰的是開源項目就提供了這樣一種途徑。雖然，有些創造離造福社會還比較遠，但即使只是自娛自樂的興趣使然也未嘗不是一件有意義的事情。

在Mixly開源系統設計的系列論文中，開源項目是指符合創客文化中開源、分享、服務的精神，遵從知識共享協議，鼓勵知識產權收益的項目方案包。關于收益針對愛好者群體個人和盈利性的實體是不同的，愛好者個人免費使用，而盈利性的實體則需要知識產權人聲明一個收益方案，并具體協商。這實際上是一個類似于學生在網上連載一個故事，對于看博客的人而言免費，而且特別感謝讀者把作品轉發到朋友圈，但是對于出版社要出版則需要具體協商，至于小說形成了“熱門IP”要改編成電影，則需要學習一下郭敬明或者“天下霸唱”了。

本期我們的開源項目主題是一個LED燈串，許多燈構成的燈串，就像是春節里家家戶戶掛的那種燈串一樣，它的核心是一個LED的閃爍控制。LED燈串這個項目不能構成專利，因為它要求獨創性，但是生成它所構成的文字、圖片、視頻都自然形成知識產權，因此一個開源項目的完成，既以一個精彩的分享視頻結束，又以這個視頻開始。在教師指導學生的過程中依舊遵循著“制作→改裝→玩轉→分享”的MHPS模式。

制作：讓一個LED閃爍

將一個LED燈插在D13和GND之間，可以看到LED燈閃爍起來了，而且是周期性的閃爍，在這里面閃爍周期是一個編程者設定的“謎”，對于用戶而言可以用手機啟動一個秒表程序，然后測量一下其閃爍的周期。

接下來，提供足夠的LED燈串，按照圖1的電路示意圖，將它們并聯起來，接到D13和GND之間，觀察這些LED燈是否還會一起閃爍。

改裝過程中需要連接的燈串比較多時可能需要分工合作，在制作過程中，應注意避免LED的正負極接觸在一起，以避免短路。在制作燈串的過程中，我常常組織一項叫“創客記錄挑戰”的活動，即在規定時間內，看哪個組能夠連接最多的LED燈，并且分享經驗。需要注意的是，不同顏色的LED燈，不要放在一個并聯電路中，因為他們的工作電壓不同，往往會導致有些種類的LED燈（藍色、白色）不亮。

圖2是學生把一串LED燈掛在一個脖子上的場景，他們小組在40分鐘之內完成了20個LED燈，圖中的主角是我們的“繞線大師”。

改裝：制作LED燈串

當我們開始認真地對待創客作品或者想更進一步改進它們的時候，我們就開始從一個學習者變成了一名設計師。設計往往從需求開始，我們看到各種各樣的拉花、卡片、照片墻，甚至一株植物，都可以安裝上LED燈，而如何操作就體現了創客作品中常見的“借物”的做法，即找生活中的一個物品，將這些基本技能應用在上面。

在應用的過程中學生自然可以遇到“防止短路”“布線”“美觀程度”“易于收納”“容易修改”等問題，而以往這些注意事項往往都是教師的要求，但是要把創造性的體驗傳遞給學生，就必須讓學生在家庭中去“寫作業”，去尋找“真實情境下的問題”，并且在解決問題中成長。

玩轉：修改LED的閃爍方式

我之前曾經讓學生試著測量發光二極管的閃爍周期，以及亮的時間和滅的時間。謎底在程序中，如圖3所示亮的時間為0.618秒，滅的時間為1.618秒，顯然程序的編寫者對黃金分割有一些小崇拜，周期為2.236秒，這樣設計周期，主要是期望能夠檢測出不同實驗者和實驗手段之間的區別。

顯然，延時的時間是一個可以修改的量，我們可以把周期改得很短，以至于可能不需要揮動LED燈就能看到這種現象，這個時間可以是日光燈閃爍一次的時間（一次0.02秒），我們知道日光燈的照明是不連續的，如果用高速攝像機觀看日光燈下的人，人可能是一會兒亮一會兒滅的，只是肉眼觀察不到而已。此外，我們還可以借此探究閃爍周期為多少秒以下時，人眼感受不到它的閃爍；或者在同樣的閃爍周期的情況下，亮的時間和滅的時間比例不同的時候，LED燈的亮度差別；或者我們將程序調慢，讓LED燈在白天滅，在晚上亮，甚至讓它能夠伴隨著一首節奏簡單的曲子閃爍。這些操作的核心都是修改延時的時間，問題的關鍵不在于我們是否能夠修改它們，而在于是否找到一個修改它們的理由——一個真實情境下的問題或者需求。

分享：獨一無二的LED燈串

在分享環節中，我希望學生能夠制作一個獨一無二的燈串，承載著一個具體的情境，并且把它實現，下面我們來看看這個燈串和淘寶中搜索到的“LED燈串”有什么區別和聯系。

由于學生完整地經歷了整個項目的流程，會很清楚每一個LED燈、每一米導線的成本、作品的制作過程以及可能的價值，這構成了一個開源項目，即一段面向公眾的介紹視頻，視頻中有一個進一步了解項目細節的網盤二維碼引向更細致的視頻或者是面向專業人士的視頻及技術資料和知識產權主張。分享的視頻一般都會在家庭中完成，而所需要的基礎知識在學校中講授，但是分享之后，這個項目——一個獨一無二的LED燈串，就像一篇文章發表一樣，進入了社會，構成了一種潛在的資源，完成了“家庭—學校—社會”的一次聯結。我們常常有一種體驗：當一個創意作品面世或者成為爆款的時候，你說“我以前也有類似的想法，可惜我沒有做”，不過現在你可能會說“我把這個想法分享了出來，加速了這個想法趨于完美的過程”，或許你有機會這樣說“這個東西的生產者找到過我，因為我之前分享的視頻，好多人都想要，所以就生產了這個東西，而且付給我一筆視頻的使用費用”——人人皆可造的美夢就這樣成了真。期望能夠伴隨著本年度“信息技術實驗”欄目的更新，有更多的人美夢成真。

本案例的分享視頻將會在以下公眾號中陸續登載。