Mixly開源項目設計22：小夜燈相框的設計與應用拓展

江偉 楊興麗

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》明確提出：“著力提高學生服務國家、服務人民的社會責任感，勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實踐能力。著力培養(yǎng)學生良好的審美情趣，努力使學生具有中華文化底蘊、中國特色社會主義共同理想、國際視野，成為社會主義合格建設者和可靠接班人。”這一系列要求的提出，契合了當前創(chuàng)客教育的培養(yǎng)目標。而我們在進行學校創(chuàng)客教育實踐的過程中，首先讓學生思考的就是自己的創(chuàng)意除了可以為自己的生活和學習帶來便利，更多的是能對別人、對社會產(chǎn)生什么樣的影響。

例如，2018年科技創(chuàng)新興趣小組的第一個產(chǎn)品是“小夜燈相框”，學生們首先想到的是：街上的路燈徹夜通明，會浪費多少電；進入漆黑的房間，一時找不到電燈開關，那是多么急人的一件事；房屋裝修，不得不在某一個顯眼的位置安一盞燈，那是多么影響美觀而又不迫不得已的一件事。如果讓小燈藏在畫中，當人經(jīng)過時點亮，而人一旦離開，又會自動熄滅，會不會給我們的生活帶來更多溫馨？討論這些，學生們是興奮的，通過自己的發(fā)明，能為別人分憂，學生的成就感油然而生。

● 基本要求

（1）相框的圖片要精美，且要與燈或者光明有關，圖片本身應充滿詩情畫意。

（2）相框裝飾有藝術感，且與圖片內(nèi)容相配合，構成一個整體。

（3）LED燈在相框中要擺放合理，具有藝術性。

（4）情況①：當人走近時小燈亮起，人離開后小燈自動熄滅；

情況②：當人擊掌時，小燈亮起，人離開后小燈自動熄滅；

情況③：在小燈亮起時，播放一段音樂；

……

● 硬件需求

1.制作藝術相框（如圖1）

首先，對家庭的裝修風格進行考察，從整體上考慮相框的風格，如果是中式風格就選一些明清樣式的相框，如果是歐式風格就選一些哥特式的圖案，如果是兒童房，當然就選富有童趣的相框作品。

然后，利用學校的數(shù)控雕刻機和鋸床制作富有個性化，又與房間整體布局一致的藝術相框。在制作相框的同時，考慮控制板的安裝位置和布線的規(guī)范。可以仿照掛鐘的布局方式，將控制板安裝在鐘芯的位置，也可以安裝在一側或下方。

最后，加一塊后蓋板，將所有線路和控制板隱藏起來，做成一個規(guī)范的產(chǎn)品包裝。

2.Arduino控制板

為了節(jié)約空間和便于安裝，我們采用迷你控制板和9V電池供電，如上頁圖2所示。

3.七彩LED高亮小燈

為了讓畫面呈現(xiàn)更豐富的色彩，我們采用高亮多彩小燈，可以通過編程改變RGB值的辦法讓同一盞小燈呈現(xiàn)豐富多彩的燈光效果（如上頁圖3）。

4.關于燈火及星光等的精美圖片

圖片可以自己繪制，也可以在網(wǎng)絡中選取合適的圖片并用彩色打印機打印出來，甚至可以用激光切割機進行直接切割，形成立體的裝飾畫（如圖4）。

5.功能性拓展器材

（1）人體紅外線傳感器。圖5元件可以檢測到人體的熱釋電紅外線，是一種較特殊的紅外線傳感器。當附近有人走動時，會產(chǎn)生微弱的紅外線輻射，此類紅外線會被模塊檢測到，并輸出電平信號；當附近沒人或者人停止移動時，就不觸發(fā)事件。它就像青蛙的眼睛一樣，只對移動的紅外線信號產(chǎn)生反應。依據(jù)此功能，我們可以把產(chǎn)品改裝為自動門鈴、溫馨提示臺等。

（2）小喇叭及MP3播放模塊。小喇叭主要用于提示音設置，如果要加入語音或歌曲提示，需要增加MP3模塊配合使用（如圖6）。MP3播放模塊存放在SD卡中的MP3文件中，注意SD卡中的MP3文件應當存放在一個MP3文件夾中，并且這個文件夾必須放在SD卡的根目錄上，MP3文件夾中的音樂文件名稱前4個字符必須是數(shù)字，如0002、0035、0289等。編寫程序時就用文件的序號指定播放文件。

（3）微型開關。主要用于一段時間關閉所有功能或部分功能而設計。

（4）杜邦線等。

● 制作步驟

1.相框制作

使用數(shù)控雕刻機不但可以制作出規(guī)范形狀的相框作品，還可以根據(jù)家庭裝修風格制作出具有復雜雕刻工藝的浮雕作品（如圖7）。與一般相框不同，本相框背部設計為一個盒子狀，用于隱藏布線和安裝控制板。在盒子內(nèi)部設計用于卡線的線槽，如圖8所示，兩種不同的布線方式，所用到的程序也不同，呈現(xiàn)出來的效果也不同，第一種布線可以實現(xiàn)多燈異步點亮，第二種只能實現(xiàn)兩種狀態(tài)。最后，在相應的地方用鉆床打出合適的安裝孔，用于安裝LED彩燈。

2.控制板及線路安裝

可以采用標準Arduino控制板，也可以采用迷你控制板，如果要制作較復雜的布線，可以增加一塊擴展板用于更多接口的設計，再安裝一塊9V電池，基本線路就完成了。如果不用電池供電，而是使用220V市電，可使用9V充電器代替電池（如上頁圖9）。

畫框最上方為人體紅外線傳感器，用于檢測人體離畫框的距離。下方為喇叭，可以呼入控制板中的音樂程序。

3.程序設計及調試

運用Mixly進行編程，設計思路如圖10所示，基礎程序如圖11所示。

4.產(chǎn)品展示（如圖12）

在產(chǎn)品的開發(fā)過程中，不但培養(yǎng)了學生的程序思維、工程思維，更重要的是使其在主動動手實踐的過程中體驗了發(fā)現(xiàn)美、創(chuàng)造美的過程，體驗了為社會、為家庭、為他人貢獻智慧所帶來的樂趣。

● 產(chǎn)品后期拓展

1.音樂門將小門童

如圖13所示，我們用LED代替老虎脖子上的鈴鐺，將小喇叭安裝到小朋友嘴巴的位置，當有客人到來時，自動播放歡迎辭，給人以新鮮而熱情的感覺。反之，可以充分利用人體紅外線傳感器的功能，將其改裝成音樂門鈴，提示主人有客人到訪，如果再加入攝像頭模塊，就變成了一個隱形的監(jiān)控器，將門口的信息及時傳遞到室內(nèi)，進而幫助主人辨別來客身份。

2.儲柜指示燈

日常，外部的燈光很難照到儲物柜的最深處，我們利用人體紅外傳感器，就可以在外部燈光照不到的地方安裝感應燈，當手伸到這些地方時，小燈自動亮起，可以幫助我們迅速找到需要的物品。