Mixly開源項目設(shè)計6：自制電壓表

吳俊杰

我們在談創(chuàng)客教育的教育價值時，首先注意到的是駕馭感，即學(xué)生能夠以一種學(xué)以致用的方式去駕馭所學(xué)的知識，通過具體的實物，而不是簡單通過指向個體成績的試卷來評價自己，這種駕馭感在我們放大創(chuàng)客教育的適用領(lǐng)域時仍然是成立的，如數(shù)學(xué)老師希望自己和學(xué)生能夠駕馭數(shù)學(xué)學(xué)科，像數(shù)學(xué)家一樣思考；其次是獲得感，即師生能夠通過創(chuàng)客嘉年華、創(chuàng)意集市、微商、眾籌等多種模式獲得實實在在的知識產(chǎn)權(quán)收益，單純對精神世界的追求相對于大多數(shù)人而言，是比較高的，而更多的人更是靠著物質(zhì)的驅(qū)動而獲得下一步努力的動力，事實上物質(zhì)成就也是一個比較準(zhǔn)確的衡量標(biāo)準(zhǔn)，尤其對于一些有厭學(xué)傾向或者動力不足的人，抑或是對于像職業(yè)技術(shù)學(xué)校學(xué)生這類很快就要面臨真實工作情境的挑戰(zhàn)的學(xué)習(xí)者來說，創(chuàng)客教育的獲得感就顯得尤為重要；最后是存在感，互聯(lián)網(wǎng)使得地域間的協(xié)作變得越來越容易，人的存在感來自于對自我的認(rèn)識和在團(tuán)隊中積極角色的認(rèn)識，這種存在感是一個穩(wěn)定的團(tuán)隊協(xié)作過程中不可或缺的組成部分，這種存在感并不是一種個人主義，高高在上，而更像是一瓶水里面放了大小輕重不同的石子，我們搖晃一下，靜靜地等待，石子自然會分層，各自找到自己應(yīng)有的位置。豐富多彩的小組創(chuàng)客活動，便是促進(jìn)學(xué)生自知的容器，相比于石子的客觀屬性，在活動中應(yīng)該注重激發(fā)學(xué)生的主觀能動性和自我超越的潛能，這樣做一方面解決了“我是誰”這種存在感方面的問題，另一方面又解決了“我該如何存在”這種獲得存在感方面的問題。本次，我們將做一個學(xué)以致用且在今后的學(xué)習(xí)中又很常用的創(chuàng)客項目——自制一個指針式的電壓表。

制作：舵機(jī)的連接

在UNO控制板中，USB口朝上在POWER區(qū)的5V和GND之間能夠提供500mA的電流，而普通的發(fā)光二極管只需要10mA的電流，這意味著該端口可以驅(qū)動像小燈泡、舵機(jī)這種需要大電流的設(shè)備，反之像LED這種小電流設(shè)備直接插到這個端口上則會因過熱而燒毀。

我們可以觀察一下180度舵機(jī)（如圖1），它有三根數(shù)據(jù)線，紅線代表5V，棕色代表信號線，土黃色代表地線，它將輸入控制舵機(jī)角度的控制信號。180度舵機(jī)顧名思義就是它的控制角度可以從0度到180度，剛好是一個半圓，很方便用來模擬指針式電表的操控效果。

為舵機(jī)插三根兩端等長的排針，將信號線一端的排針彎折90度，以便于后續(xù)繞線的工作，另取一根排針插到右側(cè)的8號引腳的位置，并將其和之前的信號線引腳用繞線器連接起來，接通電源后我們發(fā)現(xiàn)，如果用手觸摸UNO控制板的底部焊點，舵機(jī)的角度有時會不斷變化（如圖2）。

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是，在程序中舵機(jī)的角度由A0端口的電壓控制，手觸碰焊點的時候，可能會將A0端口和5V或者GND導(dǎo)通，導(dǎo)致A0端口的電壓變化，這正是自制電壓表的原理所在。

我們在A0端口接一根紅色的數(shù)據(jù)線，在GND端口也用排針引出一根黑色的數(shù)據(jù)線，另一端都有鱷魚夾連接（如圖3）。用黑線接干電池的負(fù)極，紅線接干電池的正極，我們發(fā)現(xiàn)，舵機(jī)穩(wěn)定到一個固定的角度不動了，這說明每一個舵機(jī)的角度都和一個穩(wěn)定的電壓輸入一一對應(yīng)，接下來，我們根據(jù)這個原理繪制電壓表的表盤。

在盒子上挖孔，將舵機(jī)固定在盒子上，舵機(jī)轉(zhuǎn)盤上固定一個吸管作為指針，將紅色夾子連接到5V，此時指針的角度為180度，將紅色的夾子連接到GND，此時指針的角度為0度。0～180度對應(yīng)著0～5V的電壓，這樣將指針角度平分10等份，我們就得出了將5V分成分度值為0.5V的各個刻度。

至此，我們再將一節(jié)干電池放在電壓表上測量，發(fā)現(xiàn)其指針在1.5V附近停止（如圖4），放一節(jié)紐扣電池測量會發(fā)現(xiàn)指針在3V附近停止，這說明，我們的電壓表已經(jīng)能夠成功地測量電壓。

改裝：用探究的方法解決指針振動的問題

在實驗的過程中，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表沒有測量值的時候，舵機(jī)指針會隨著空氣中隨機(jī)的電磁干擾而亂動，但在將紅色的夾子和黑色的夾子接起來以后，我們可以看到指針回到了0V的位置，這和我們一般使用的電壓表是一致的，即在不接被測量的器件時，電壓表的指針應(yīng)該停留在0V的位置。

但是，我們期望在不接任何設(shè)備的時候指針仍然不要擺動，解決這個問題的方法是在0V和A0之間連接一個大電阻，在不測量電壓的時候?qū)0的測量值變?yōu)?，由于電阻的阻值比較大，它不會影響到電壓的測量值，實驗電路如圖5所示。

這樣我們就完成了一個可以正常工作的電壓表，由于電壓是一個重要的測量量，在我們以后學(xué)習(xí)各種傳感器的原理時，它還可以起到很重要的作用。

玩轉(zhuǎn)：舵機(jī)控制揭秘

舵機(jī)是一種精密的控制角度的裝置，在Mixly中，舵機(jī)控制指令在執(zhí)行器菜單時，我們需要數(shù)學(xué)菜單的映射功能，將0～1023的數(shù)值換算為0～180之間的數(shù)值（如圖6）。

由于A0端口的數(shù)值相對于A0端口的電壓是正比例關(guān)系，這樣我們就將舵機(jī)的角度和A0端口的電壓一一對應(yīng)起來了。

分享：給自制電壓表添加一個說明書

創(chuàng)客課程如果按照大的學(xué)科分類，可以分為電子與程序、材料與結(jié)構(gòu)、科學(xué)探究和數(shù)學(xué)建模以及媒體傳播和文案寫作四大類，而對于一個綜合的創(chuàng)客項目的完成，常常需要這四個領(lǐng)域的能力的配合。例如，這個自制電壓表的例子，如何給它設(shè)計一個實用的說明書呢？我們首先可以參考一下其他電子產(chǎn)品的說明書的格式，既有小冊子的樣式，又有折頁的樣式，這就涉及頁面的排版問題。此外，如果采用黑白打印，圖片的打印效果可能不夠好，這時可能需要繪制示意圖用剪貼畫的方式表示電壓表的使用方式。因為電壓表需要用戶自己用繞線器連接起來，因此可能還需要一個二維碼來介紹電壓表的使用方式。至此，我們發(fā)現(xiàn)如果設(shè)計電壓表的說明書，需要綜合應(yīng)用多種信息技術(shù)設(shè)備和手段，甚至還涉及視頻的制作和編輯工作。一個好的教學(xué)設(shè)計可以是把復(fù)雜的過程講簡單，同樣也可能是把簡單的過程變復(fù)雜，以一個創(chuàng)客項目為載體，自然串聯(lián)多種信息技術(shù)手段，讓學(xué)生在真實的、綜合的情境中，合理運用各種技術(shù)手段，這個過程中自然形成的項目小組和協(xié)作關(guān)系，將會讓師生共同享受駕馭感、獲得感和存在感帶來的實實在在的創(chuàng)客的幸福。

本案例的分享視頻將會在以下公眾號中陸續(xù)登載。