Arduino色光三原色實驗探究
——以人教版八年級物理教材為例

◎甘肅省天水市麥積區天成學校 辛亞輝

甘肅省天水市教育科學研究所 陳景乾

色光三原色是人教版八年級物理上冊教材的重點知識。現有演示色光三原色的實驗器材較簡陋，實驗效果不明顯。

Arduino電子設計平臺是意大利米蘭互動設計學院開發的一款開源硬件，能匹配上百種傳感器模塊，每種模塊的功能不同，大部分都能用于課堂演示實驗。如果能將其引入初中物理實驗教學，將會取得事半功倍的效果。

一、Arduino色光三原色實驗原理

在工業界，色光三原色又被稱為RGB色彩模式，即通過R（紅光）、G（綠光）、B（藍光）三種顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加得到不同顏色的光。

主要實驗器材為1個RGB燈模塊、3個角度傳感器。RGB燈模塊有5只燈珠，每只燈珠內部又有R、G、B 3只燈珠，這3只燈珠能發出不同強度的紅光、綠光、藍光。用3個角度傳感器分別控制RGB燈內部的R、G、B燈珠。改變3個角度傳感器的電阻值，Arduino主控板會檢測到模擬量的變化，Mind+軟件利用映射函數把模擬數值進行等比例地變換，轉換為RGB燈珠紅光、綠光、藍光的亮度變化。

二、程序編寫

Mind+程序代碼如圖1。

圖1 Mind+程序代碼

其中，第2、3、4行代碼為按鍵次數、RGB模塊燈的個數和亮度初始化語句，第6、7、8行為讀取并記錄按鍵次數語句。第10行為判斷按鍵次數語句，偶數次時RGB燈模塊發光，奇數次時不發光。第11、12、13行分別為RGB燈模塊發出紅光、綠光、藍光代碼。

RGB燈發光需用到Mind+映射函數，將角度傳感器的模擬值（0～1023）映射為燈珠的亮度（0～255）。主控板A0引腳的角度傳感器改變紅光的亮度，A1引腳的角度傳感器改變綠光的亮度，A2引腳的角度傳感器改變藍光的亮度。

三、設備連接

1.實驗器材

Arduino UNO主控板，IO擴展板，RGB燈模塊，角度傳感器（3個），3PIN數字傳感器連接線，3PIN模擬傳感器連接線（3根），USB數據線。

2.Arduino實驗器材安裝

將擴展板插入Arduino主控板，按照圖2將RGB燈模塊、3個角度傳感器與擴展板連接。具體操作為：將RGB燈模塊VCC引腳連接擴展板VCC引腳，GND引腳連接擴展板GND引腳，D引腳連接數字I/O引腳3；將3個角度傳感器VCC引腳連接擴展板VCC引腳，GND引腳連接擴展板GND引腳，A引腳分別連接擴展板模擬I/O引腳A0、A1、A2。

圖2 設備連接圖

四、實驗操作過程

打開電腦Mind+軟件，選擇“上傳模式”，點擊“連接設備”菜單，選擇Arduino UNO主控板端口號，用USB數據線連接Arduino UNO主控板和電腦。

1.點擊“項目”菜單，點擊“新建項目”，新建一個空白項目。

2.選擇上傳模式，在腳本區拖拽積木塊，編寫程序。

3.點擊“上傳到設備”，直到上傳成功。

4.轉動A0引腳角度傳感器旋鈕，RGB燈模塊發出紅光；轉動A1引腳角度傳感器旋鈕，RGB燈模塊發出綠光；轉動A2引腳角度傳感器旋鈕，RGB燈模塊發出藍光。

五、實驗效果分析與評價

傳統色光三原色實驗器材簡陋，只能發出單一的紅、綠、藍三種色光。色光的亮度不能調節，光的純凈度也不夠，還易受教室自然光的影響，實驗效果不明顯。本實驗不僅操作簡單，效果直觀，還能發出純凈的紅、綠、藍三種單色光，調節色光亮度。