藍牙音箱創(chuàng)意設計

沈志宏 上海外國語大學附屬浙江宏達南潯學校信息技術教師，中小學一級教師，浙江省湖州市技術能手，南潯區(qū)教學能手，3D打印造型師（國家職業(yè)資格三級）。曾輔導學生在2017年全國中小學生電腦制作活動中獲3D創(chuàng)意設計三等獎;2018年榮獲第二屆湖州市“南太湖計劃”青少年創(chuàng)客大賽一等獎;2019年中國科學院ACME未來科技挑戰(zhàn)賽無人機自動巡航與定點降落競賽冠軍。個人著作《輕松玩轉3D One與3D打印》由人民郵電出版社于2018年5月出版發(fā)行。

教學背景

隨著科技的不斷進步，一些產(chǎn)品逐漸在人們的視野中消失，也有一些產(chǎn)品通過技術革新又煥發(fā)了青春。例如，桌面式的有線小音箱逐漸被淘汰，取而代之的是藍牙音箱，它不僅可以通過藍牙無線連接音源，而且自帶可充電電池，攜帶、使用方便，受到越來越多人的青睞。

本課我們利用3D One三維設計軟件結合藍牙模塊、喇叭、鋰電池等材料，創(chuàng)設真實的生活情境，以任務為驅動，引導學生通過軟件和硬件相結合，創(chuàng)意設計一款個性的藍牙音箱作品。

教學目標

1.初步了解藍牙無線連接技術;

2.學會利用3D One設計藍牙音箱的外殼;

3.學會把喇叭、藍牙模塊、鋰電池和藍牙音箱外殼進行組裝，學會辨別電池正負極。

教學重點與難點

教學重點 藍牙模塊的安裝接口設計。

教學難點 藍牙音箱箱體和蓋子的組裝設計。

教學準備

JST插頭鋰電池一塊，藍牙模塊，5瓦4歐的喇叭一對。（如圖1）

教學過程

一、創(chuàng)設情境，提出問題

（一）實物對比，發(fā)現(xiàn)差異

教師出示有線音箱和無線音箱各一只，使用手機演示連接有線音箱和藍牙音箱的過程并播放音樂，讓學生分析兩者之間的差異。

（二）材料展示，提出問題

教師出示學習所用的材料，并提出問題：“如果讓你設計一款藍牙音箱，你會怎樣設計？你還會將哪些功能整合到你的作品中？”

二、初識藍牙，創(chuàng)意設計

（一）初識藍牙，了解原理

藍牙是一種無線技術標準，可實現(xiàn)固定設備、移動設備和樓宇個人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換。藍牙可連接多個設備，克服了數(shù)據(jù)同步的難題。藍牙技術具備射頻特性，在技術上應用了跳頻技術、無線技術等，具有傳輸效率高、安全性高等優(yōu)勢，所以被各行各業(yè)所應用。

（二）創(chuàng)意分享，設計方案

首先，教師請學生分享各自的設計思路及特色功能，同時開展學生間的答疑解惑活動。其次，學生根據(jù)其他同學的建議修改并繪制設計方案。

三、實踐探究，模型設計

（一）精準測量

使用游標卡尺測量藍牙模塊、喇叭的外形數(shù)據(jù)。藍牙模塊長91mm，寬35mm;喇叭外圈半徑53mm，內圈半徑51mm。

（二）藍牙音箱箱體設計

1.選擇“基本實體”—“六面體”命令，繪制藍牙音箱的外形，長130mm，寬65mm，高70mm。

2.單擊“特殊功能”—“抽殼”命令完成六面體的抽殼操作，“厚度”為-4mm，“開放面”選擇六面體的頂面。

（三）喇叭孔設計

1.將視圖調整為“上”，選擇“草圖繪制”—“直線”命令，單擊六面體進入草圖繪制界面，以六面體左、右側邊線中心為起點，向右、左兩個方向各畫一條65mm的直線。

2.選擇“草圖繪制”—“圓形”命令，以長65mm的直線中心點為圓心，左右各繪制一個半徑為26mm的圓，完成后刪除兩條65mm的直線，退出草圖繪制界面。

3.選擇“特征造型”—“拉伸”命令，將兩個圓形進行拉伸，拉伸高度為-20mm，同時選擇“減運算”參數(shù)，單擊“確定”完成喇叭孔設計。

4.將視圖調整為“下”，選擇“基本實體”—“六面體”命令，在音箱喇叭孔面的中心點上繪制一個長120mm、寬4mm、高1.5mm的六面體擋條;選擇“基本編輯”—“陣列”命令，單擊“線性陣列”參數(shù)，陣列距離20mm，數(shù)量上下各3個。（如圖2）最后將箱體和擋條用組合命令進行加運算操作。

（四）音箱蓋裝配孔設計

1.將視圖調整為“上”，選擇“基本實體”—“圓柱體”命令，選擇“加運算”參數(shù)，“開放面”選擇箱體開口面的邊框頂面，并以箱體開口面邊框頂面內角的頂點為圓柱的圓心，繪制一個半徑4mm、高-70mm的圓柱。其他三個角上的圓柱繪制方法相同，重復制作即可。

2.選擇“基本實體”—“圓柱體”命令，選擇“減運算”，以剛才繪制的圓柱圓心為圓心，繪制一個半徑2mm、高-10mm的圓柱，確定后裝配孔就制作完成了。其他三個角上的裝配孔的制作方法相同，重復制作即可。（如圖3）

（五）音箱蓋設計

1.將視圖調整為“上”，選擇“草圖繪制”—“參考幾何體”命令，單擊音箱箱體開口面的邊框頂面，進入草圖繪制界面，依次單擊邊框的四條外邊，完成后退出草圖繪制界面;隨后選擇“特征造型”—“拉伸”命令，拉伸高度為5mm;使用“基本編輯”—“移動”命令，選擇“動態(tài)移動”參數(shù)，“實體”為音箱蓋，移動Z軸（黃色移動手柄），移動距離20mm。

2.選擇“草圖繪制”—“參考幾何體”命令，單擊音箱箱體開口面的邊框頂面，進入草圖繪制界面，依次選擇四個裝配孔，完成后退出草圖繪制界面;選擇“基本實體”—“圓柱體”命令，“輪廓P”為四個圓形，拉伸高度為10mm;將視圖調整為“前”，選定四個圓柱，使用工具欄中的“基本編輯”—“移動”命令，選擇“動態(tài)移動”參數(shù)，移動Z軸（黃色移動手柄），移動距離12mm;選中單個裝配柱，選擇“基本編輯”—“縮放”命令，縮放比例為0.9，選擇“組合命令”—“加運算”，將蓋子和四個柱子進行組合。

3.將視圖調整為“上”，選擇“基本實體”—“六面體”命令，選擇“減運算”參數(shù)，在蓋子頂面的中心點繪制一個六面體，長92.5mm、寬35.5mm、高-2.5mm（藍牙模塊位）;隨后在蓋子頂面的開口面上繪制一個長80.5mm、寬27.5mm、高-30mm的六面體，并選擇“減運算”參數(shù)。（如圖4）

4.選擇“特征造型”—“圓角”命令，“邊”選擇音箱箱體的四條豎線和頂面的四條橫線，同時選擇音箱蓋的四條豎線，完成音箱的圓角操作。

（六）切片打印

把音箱外殼分成音箱箱體、音箱蓋兩個模塊進行切片，然后通過3D打印機進行打印。

四、配件安裝

用準備好的喇叭、藍牙模塊、鋰電池進行組裝。首先，把音頻線連接到喇叭上，然后用熱熔膠槍固定箱體上的喇叭孔位。

其次，把藍牙模塊放置到音箱蓋子上的藍牙模塊位，并用熱熔膠槍固定，再將音頻線連接到藍牙模塊的喇叭接口上，注意正負極。

再次，將鋰電池連接到藍牙模塊的電源接口上，同樣注意正負極。最后，將蓋子蓋在箱體上，藍牙音箱就制作完成了。

教學反思

藍牙音箱的出現(xiàn)極大提升了用戶的使用體驗，這也是科技發(fā)展的必然結果。本課例讓學生通過自己的創(chuàng)想設計藍牙音箱的外殼，然后組裝喇叭、電源、藍牙模塊等構件。學生在完成自己創(chuàng)意的同時，也可以整合其他更多的功能到藍牙音箱中，從而實現(xiàn)自己的個性創(chuàng)意實物化。