Mixly開源項目設計16：觸控臺燈

吳俊杰

編者按：我們發現很多東西都有內外之分，有一個外殼再配合一個賦予其功能的內在，就像枕頭皮和枕芯、沙發和里面的支架、電視機外殼和里面的控制電路一樣。如果這些外殼和內在的電路都像積木一樣可充用和組裝，這個世界該會是怎樣的呢？這就是模塊可重用的設計的初衷。首先是原理階段：從原始材料出發DIY一個物品。因為這個物品是自己DIY（自己動手做）出來的，因此你就知道如何回收它，并且知道怎么維修它，就像自己做飯的人總是舍不得倒掉剩飯剩菜，而出門下館子的時候卻不覺得扔掉那么多東西有什么可惜一樣，這無關物品的價值，而是DIY這種過程本身就賦予了物品超乎物品價值的情感因素。這就是說，我們使用原始的紙殼、LED燈、開關、導線、紐扣電池來設計一個發光的盒子，因為你清楚其中的原理，這意味著你可以維修它們，回收其中的具有發光、控制、能源、渠道等功能的模塊，作為外形工具的紙盒或者3D打印的部件也可以回收再利用——雖然紙殼的回收已經很成熟了，3D打印的PLA材料的回收還沒有形成相應的產業鏈。其次是積木階段：用各種積木來填裝外在的形式和內在的邏輯，快速地生成或者組裝一個有真實應用可能性的物品。Make it real，make it cool，make it together，做真的能用的東西，做很酷的東西，做團隊協作的東西。我們多么渴望一個拼搭出來的積木小車可以真的載著我們兜風，多么期望一個積木拼搭的房子能夠真的住人啊！然而事實并不是這樣。

為了改變這一切，在本專欄選擇結構件的時候我選擇了可以快速制作一個躺椅那么大的物體的拼接積木——萬能工匠。它的尺寸比較合適，可以比較好地和電子積木相配合。接下來，本欄目會陸續推出相關的項目設計方法。

本文是模塊可重用的設計在信息技術實驗這個欄目中的第一篇，按照之前的慣例，我們仍然按照制作、改裝、玩轉、分享四個步驟來呈現一個項目的學習過程。因為，要引入積木的搭建，所以項目的復雜度一開始并不高，我們會從一個非常簡單的觸控臺燈項目開始。

● 制作：使用電子模塊實現對LED燈帶的控制效果

電子積木的特點是可以重復使用，并且拼接起來比較方便，防反插的接口設計可以最大限度地避免插錯。在主控板上有一個黃色的輸入/輸出接口（GV23）和一個藍色的輸入/輸出接口（GVA1A2），我們將LED燈帶插入到GVA1A2口中，將觸摸傳感器接入到GV23接口處（如圖1）。

圖2是將觸摸傳感器和LED燈帶接好的樣子，連接好電路后，接通9V電池的電源，這里面觸摸傳感器為信息的輸入，LED燈帶為信息的輸出。

將電源接口旁邊的開關由“關”的位置切換到“開”的位置，此時電源指示燈亮。觸摸觸控傳感器，我們發現LED燈帶由熄滅變為點亮，再次觸摸這個觸控傳感器，LED燈帶又熄滅了，這就是觸控臺燈的電路連接效果（如圖3）。

● 改裝：為臺燈添加外部骨架

圖4是將電路部分安裝到外部骨架上的效果，我們能夠看到所有的電子元器件都用捆扎帶固定到了藍色的積木桿上，臺燈有一定的傾斜角度，是為了方便閱讀使用。

萬能工匠積木的基本單元由黃色的連接件和藍色的連接桿構成。連接件是一個圓柱，在圓柱的上下都有插孔，在側面有八個插孔，使用連接桿既可以平面延展，又可以立體建構。所有的元器件上面都有固定孔，通過扎帶固定到積木上，扎帶的使用加快了拼裝和拆卸的速度（如圖5）。

LED燈帶的固定要盡可能地將燈帶固定在一個平面上，保證光線的均勻（如圖6）。

由于這個作品是“創客圖書館”項目的一部分，這種編寫好程序的創客套件，放置在學校里的圖書館或者創客空間中，并沒有教師講，學生根據說明自學。因此在實際的教學中，兩種規格的積木是被放置在一個大盒子中，電子元器件和自學說明被放置在專門的盒子中，這樣做比較便于管理，與此同時也便于使用一個“創客媒體資源”借用的管理機制，通過借閱記錄就可以方便地對學校的創客教育成果進行跟蹤和管理，對學生的個性化學習過程進行記錄和評價。因此既要好拼裝，又要好拆卸，使用指甲刀，可以很方便地進行拆卸。拆卸下來的扎帶還可以很方便地回收。

積木階段的模塊可重用的設計是期望學生可以盡可能地去接近真實的生活應用，因此用積木搭建的茶幾、軟座和臺燈書架就顯得很有意思（如圖7），設想一下這種愜意的生活，茶幾不用了以后可以組裝成一個新的儲物柜，這該是多么有趣的一種組合啊，而這一切只需要不到二十分鐘的搭建。在創客圖書館中，會提供積木池，讓學生可以盡可能地發揮想象，去設計更為豐富和復雜的應用場景。

● 玩轉：程序的秘密

該程序使用了一個新的程序語句的類型，就是中斷。中斷的使用就像是我們在干一件事情的過程中接了一個電話，完成電話所需要的指令后再做下一件事情，使用中斷指令的時候與“如果，否則”語句很類似，如圖8所示，觸摸傳感器的默認電位為低電位（相當于低電壓），觸摸之后電位上升為高電位（相當于高電壓），這一點我們可以在串口監視器中看到，接下來就可以將接有LED燈帶的A1端口的狀態設定為之前狀態的反狀態，即如果之前是點亮的，現在就熄滅。反之，如果之前是熄滅的，然后就點亮它。這樣就實現了觸摸臺燈的效果。

● 分享：在創客圖書館中出版一本書

積木是一種很有趣的玩具，積木的生產廠家往往都喜歡將一些精心設計的場景包裝成一個“套裝”來銷售，用戶常被設定為只能使用這些套裝，而不能設計并售賣自己設計的套裝，這就像一個會寫字的人不能寫文章，更不能出版書一樣，這本身是不合理的。創客圖書館項目期望改變這個局面，當前這個項目所用的makerpanda（太極熊）電子積木和萬能工匠結構件，都支持用戶將自己的設計轉變成一個套件放在他們的淘寶店上。這樣用戶就被分為套件的使用者或者是編程了套件的生產者，也就是說那些提供套件的生產商變成了套件的出版商，用戶則變成了作者。圖9就是在北京聯合大學師范學院的一次創客馬拉松活動中大學生出版的套件。當然，這種形式也適用于普通用戶，讓學習的成果有一個公開透明的呈現渠道。

根據長尾理論的描述，無論多么小的應用經過足夠長的時間，都可以找到它的消費者，電子積木和外形積木都是一種有很長保質期的項目，“出版社”可以先準備一些常用的積木塊，“用戶”可以先下單，然后再按照“作者”的要求，將積木塊組裝成產品發出，這樣就避免了囤積貨品的風險。

觸控臺燈是模塊可重用的設計的第一個應用，我們可以設想一種生活，一個人的家里面所有的東西都是模塊可重用的，很多年后，當這個人要告別這個世界的時候，所有的物品都可以變成別人手中的積木，循環地使用起來，空手而來，空手而去，不給這個世界添加額外的負擔，不也很美好嗎？