家庭智造：便攜式照明報警一體機

劉佳

“創客”（Maker）一詞來自西方20世紀60年代的DIY文化，泛指敢于創新，并通過動手實踐將自己的創意變成現實產品的人。本文談及的創客作品的設計靈感來源于筆者日常生活。夜晚獨自走路存在一定的安全隱患，部分區域燈光照明不足，遇到危險時手機報警不及時，因此筆者設計了一款集照明和報警功能于一體、兼具便攜性和實用性的產品。作品基于童心制物（Makeblock）自主研發的主控板童芯派，通過慧編程中的積木塊圖形化編程可以實現快速編程，將程序上傳到設備，外接移動電源即可實現便攜移動。

● 設計思路

顯示功能：屏幕顯示環境光強度和搖晃強度。

照明功能：當環境光強度低于5并且開啟照明開關，則LED燈全部開啟;當環境光強度高于5或關閉照明開關則LED燈全部關閉。此控制可以保證光照強度強時，即使誤觸開關也不浪費電量;光照強度較低時，可以手動控制LED燈開閉，增強人性化，并節約能源。

報警功能：當面對危險時，出于本能可以快速奔跑，當產品搖晃強度高于30時會發出“警告”音，若無法迅速奔跑逃生，則可以兩次或多次按搖桿中間，產品會發出“警告”音。當環境安全后，可以切斷電源關閉警報。采用兩種形式觸發報警功能，安全系數更高。

● 硬件準備

本產品所需硬件主要包括童芯派主控板、移動電源及USB（type-C）連接線。

1.童芯派主控板

童芯派（CyberPi）主控板采用ESP32-WROVER-B芯片（如圖1），物理接口包括USB（type-C）、擴展板接口及mBuild電子模塊接口，產品尺寸為84mm×35mm×13mm，僅重36g。配備全彩顯示屏，可實現人機交互;1個Micro USB接口，用于供電和與計算機設備進行通信;多個板載傳感器，如光線傳感器和陀螺儀，能夠輸出多種數據;5個LED燈，能夠呈現豐富的燈光效果;支持圖形化編程，適合零基礎編程。

其中：①全彩顯示屏提供顯示功能;②RGB燈帶提供照明功能;③揚聲器提供報警功能;④光線傳感器用于環境光強度測量;⑤陀螺儀用于搖晃強度測量;⑥按鈕A、B及搖桿提供控制功能;⑦USB接口（Type-C）可連接計算機設備實現編程下載，可連接移動電源獲取電源。

2.移動電源

移動電源為主控板提供電源，實現產品的便攜性，選取輸出電壓5V、輸出電流2.1A的移動電源即可。

3.USB（type-C）連接線

連接主控板和移動電源，實現移動供電（如圖2）。

● 情景呈現

當使用者攜帶該作品夜間出行時，可以將移動電源放在包里或口袋中，手持主控板，也可以將移動電源與主控板封裝在一個亞克力盒子內。電源連接后，屏幕顯示當前環境光強度和搖晃強度。行至光線較暗處時，若環境光強度低于5，可以按動按鈕A，此時LED燈光全部亮起。當走到照明條件好的區域時，LED燈光會自動關閉，若想提前手動關閉燈光，按動按鈕B即可。若發現有人尾隨存在危險時，可以邊跑邊搖晃手中的主控板或連續多次按下搖桿中間，作品會發出警報，直到切斷電源。

● 程序原理

本項目采用圖形化編程界面，通過類似積木的編程環境構建互動多媒體環境，實現產品的編程控制，編程語言如圖3所示。

1.變量

系統可以偵測“環境光強度”和“搖晃強度”，在測試情況下，重復執行顯示這兩個變量并換行，每測完一次清空顯示屏。結合真實使用情境，“環境光強度”低于5認為光照條件不好，需要開啟照明，而且跑步逃生或搖晃手臂時“搖晃強度”高于30。

創建變量“照明開關”實現環境光強度低于5的情況下，仍能手動控制燈光的開閉。當主控板啟動時，“照明開關”的初始量為0，按下按鈕A將“照明開關”設為1，再按下按鈕B則將“照明開關”設為0，實現對該變量的控制。

2.邏輯關系

所有邏輯量共有與、或、非三種邏輯關系，本產品編程涉及到與、或兩種邏輯關系。只有環境較暗并且照明開關開啟的情況下，LED燈才會變量，所以采用“與”邏輯控制產品照明功能。搖晃報警裝置或者連續多次按動搖桿中間都能實現報警，所以采用“或”邏輯控制產品報警功能。

3.條件判斷

條件判斷包括：重復執行、重復執行直到…、如果…那么…、如果…那么…否則…。該作品編程使用重復執行實現實時測量環境光強度及搖晃強度，使用“如果…那么…否則…”實現照明功能的開閉，使用“如果…那么…”實現報警功能的開閉（如上表）。

熟練使用條件判斷使其達到預想的效果是創客作品開發的一個重點，也是實際教學中的一個難點，在調試程序的過程中，應注意不要一次性地把程序所有的功能編完再查看執行效果，而應先實現基礎功能，再慢慢添加新的功能，添加新功能時，應注意測試該功能是否和已有功能沖突。讓學生經歷困難，加以適當的點撥，適時引入新的算法來實現某些特定效果，這樣才能在教學中取得比較好的效果。

創客不僅僅是學習課本上的知識，而是學生用自己的發明創造去解決現實生活中的問題。軟硬件結合的創作方式，支持物聯網及局域網應用，可以為學生創作簡易智能家居設備提供無限可能。在聯網模式下，配合更多的傳感器，這個報警器可以更加實用和智能。此外，在今后的教學中，教師可以將計算思維融到創客教育中，將日常生活情境融入教學實踐，以取得更好的效果。