用掌控板做個(gè)好玩的水平儀

陳新龍

水平儀是測(cè)量小角度的常用量具。傳統(tǒng)的水平儀水準(zhǔn)管是由玻璃管制成，管內(nèi)裝有液體和氣泡，當(dāng)水平儀發(fā)生傾斜時(shí)，水準(zhǔn)管中氣泡就向高的一端移動(dòng)，從而確定水平面的位置。水準(zhǔn)管內(nèi)壁曲率半徑?jīng)Q定了水平儀的精度，曲率半徑越大分辨率越高，曲率半徑越小分辨率越低。今天我們用掌控板制作一個(gè)精準(zhǔn)的電子水平儀（如圖1）。

將掌控板平放在桌面上，正面朝上，屏幕沿金手指方向?yàn)閄軸正方向，屏幕沿左邊光線傳感器方向?yàn)閅軸正方向，屏幕沿上方為Z軸正方向（如圖2）。

為了增加實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和直觀性，我們先來繪制水平儀的界面部分。以十字線和同心圓的圖形作為輔助界面，先繪制兩條相交直線，確定起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置就可以準(zhǔn)確地畫出來（如圖3）。

然后繪制三個(gè)空心圓，繪制圓時(shí)要選擇空心圓，確定相同的圓心的坐標(biāo)和不同的半徑。這三個(gè)同心圓的目的是為了測(cè)試的時(shí)候能夠直觀地測(cè)試水平移動(dòng)的位置和范圍（如圖4）。

完成了輔助界面后，要繪制水平儀中心的實(shí)心圓球，這里我們將學(xué)到一個(gè)新的知識(shí)：映射。在數(shù)學(xué)里，映射指兩個(gè)元素的集之間元素相互“對(duì)應(yīng)”的關(guān)系，只要給出元素集的上下限，映射函數(shù)自動(dòng)就可以返回映射值。

我們?cè)O(shè)置了兩個(gè)映射分別為XX和YY，對(duì)應(yīng)實(shí)心圓球的圓心坐標(biāo)位置，映射的是X和Y軸的加速度并且給它規(guī)定了讀取的范圍和映射后的范圍。

為了方便我們觀察水平面的偏移，設(shè)置實(shí)心圓的半徑長度小于內(nèi)圈的空心圓的半徑，否則就被覆蓋了（如圖5）。

如何能提示我們的水平儀是處于平衡位置呢？只要實(shí)心圓的XX的坐標(biāo)為64，YY坐標(biāo)為32時(shí)，也就是實(shí)心圓正好在屏幕正中間的位置，此時(shí)掌控板就是處于平衡的狀態(tài)了，3顆RGB燈全部亮起為紅色，并且蜂鳴器報(bào)警提示。否則的話燈滅，聲音器也消失（如圖6）。

水平儀制作過程是有一定的難度的，首先要確定好坐標(biāo)位置，并且要掌握映射的技巧，在前兩期制作測(cè)光儀時(shí)也用到了映射，你可以體會(huì)兩者之間的異同。

源代碼如圖7。