優(yōu)秀創(chuàng)客作品的誕生之路
——Arduino創(chuàng)客作品的設(shè)計策略與制作技巧

◎甘肅省天水市麥積區(qū)天成學(xué)校 辛亞輝

創(chuàng)客作品主要分為兩類，一類是創(chuàng)意產(chǎn)品制作，如“導(dǎo)盲杖”，用于服務(wù)盲人生活；另一類是創(chuàng)意場景制作，如“智慧農(nóng)場”，用于服務(wù)社會工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。一個優(yōu)秀創(chuàng)客作品的誕生一般要經(jīng)歷創(chuàng)意設(shè)計、程序編寫、硬件選擇、手工制作、交流與展示等多個流程。

一、創(chuàng)意設(shè)計

1.同理心地圖

以“導(dǎo)盲杖”為例，創(chuàng)作者假設(shè)自己是一名盲人，切身體會盲人出行時會遇到的各種問題，并將其記錄下來，提出問題并解決問題，制作同理心地圖（如圖1）。

圖1 同理心地圖

（1）“看到”什么？

生活中，一些常見的物品都有可能成為盲人出行的障礙。導(dǎo)盲杖如何幫助盲人檢測和避開障礙物？可使用超聲波測距傳感器、紅外測距傳感器、紅外避障傳感器、HUSKYLENS AI攝像頭、運動傳感器等識別物體和行人。

（2）聽到什么？

聽覺是盲人感受世界的主要方式，如何幫助盲人通過聽聲音識別危險？常見的與聲音有關(guān)的模塊有聲音傳感器、喇叭模塊、MP3語音模塊、音頻錄放模塊、Gravity語音合成模塊，可實現(xiàn)聲音的采集、分析、播放功能。

（3）想到什么？感受到什么？

盲人出行要躲避障礙物和行人，可以使用12864顯示屏動態(tài)循環(huán)顯示“盲人出行，請您讓一讓！”，讓行人主動避讓。盲人如果行走在光線昏暗的環(huán)境里，環(huán)境光傳感器可以控制燈帶自動亮起。

（4）說什么？做什么？

盲人外出想要和陌生人交流時，可通過設(shè)置模擬按鍵模塊控制RGB燈，代表他們要說和要做的事情。

（5）有什么痛苦？

盲人無法隨時知曉時間，可以使用RTC實時鐘模塊幫助他們。當(dāng)盲人按下按鍵時，喇叭模塊自動報時，外出時間過長時會自動提示。

（6）他有哪些需要？

盲人獨自外出，家人肯定會擔(dān)心，可以增加GPS信號接收模塊和物聯(lián)網(wǎng)模塊，實時向家人傳輸盲人的位置。

2.Mind+擴展庫

以設(shè)計創(chuàng)意場景“智慧農(nóng)場”為例，設(shè)計農(nóng)場要考慮植物的分布、家禽的飼養(yǎng)場所等，難點在于該使用哪些硬件模塊。在一頭霧水的情況下，創(chuàng)作者可以在Mind+的擴展庫里查找硬件模塊，找到設(shè)計靈感，從而添加硬件的庫函數(shù)，設(shè)置農(nóng)場的功能。

3.及時記錄

要及時記錄作品的創(chuàng)作過程，例如作品的功能、硬件模塊、主控板引腳、程序的邏輯思路等。記錄的內(nèi)容經(jīng)過梳理、修改、完善，就是一份詳細(xì)的設(shè)計方案。

二、程序編寫

創(chuàng)作者在程序編寫過程中容易出現(xiàn)代碼冗長和同一個引腳重復(fù)定義兩種錯誤，避免這兩種錯誤的方法很簡單，主要有以下三種方法。

1.定義子函數(shù)

代碼冗長不僅會占用腳本區(qū)空間，而且不方便檢查，因此，代碼編寫應(yīng)簡潔明了，每增加一個功能就定義一個子函數(shù)，最終實現(xiàn)主程序直接調(diào)用子函數(shù)，如圖2。

圖2 主程序調(diào)用子函數(shù)

2.定義引腳號

在編程時，每增加一個硬件模塊，應(yīng)設(shè)置一個相應(yīng)的引腳號。定義引腳號時，數(shù)字I/O接口的0和1不能使用，這兩個引腳是硬串口，使用后會出現(xiàn)上傳出錯。將所有增加的硬件模塊和設(shè)置的引腳號全部記錄在稿紙上，方便檢查引腳是否重復(fù)使用。

3.利用擴展庫

創(chuàng)作者在編程時，要有從擴展庫添加庫函數(shù)的良好習(xí)慣，同時也要明白，并非所有情況都需要添加庫函數(shù)。如圖3，Arduino自帶超聲波測距積木與擴展庫超聲波測距積木的功能完全一樣，且長度更短，此時就不必添加庫函數(shù)了。

圖3 Arduino自帶積木與擴展庫積木對比

三、硬件選擇

1.比較顯示屏

1602顯示屏能顯示阿拉伯?dāng)?shù)字、英文大小寫字母、常用的符號和日文假名等，不支持中文顯示，美觀大氣，適合顯示溫度、濕度、時間、距離、速度等。12864顯示屏包含1602顯示屏的所有功能，還能顯示中文，缺點是體積小，作品呈現(xiàn)不夠美觀。

2.舵機使用注意事項

使用180°舵機，當(dāng)出現(xiàn)無法轉(zhuǎn)動時的解決辦法：編寫180°舵機調(diào)試程序，舵機轉(zhuǎn)回0°，等待1 s。180°舵機轉(zhuǎn)過一個角度，當(dāng)出現(xiàn)不能轉(zhuǎn)回時的解決辦法：等待1 s。

3.區(qū)別硬件模塊

在使用多個相同硬件模塊時，可在硬件上粘貼標(biāo)簽以示區(qū)分。

四、手工制作

手工制作是創(chuàng)客作品的藝術(shù)呈現(xiàn)過程，這一過程與編程同等重要。

1.設(shè)計圖

手工制作既要考慮場景功能區(qū)域的分布，又要考慮主控板、傳感器、執(zhí)行器、顯示器的分布。首先要在稿紙上畫出設(shè)計圖，手工制作時再根據(jù)設(shè)計圖合理變通。以“智慧農(nóng)場”為例，如圖4，場景功能區(qū)分為種植園、豬舍、牛棚、房屋四大部分，主控板被放置在房屋內(nèi)，傳感器、執(zhí)行器等被隱藏在裝置內(nèi)。

圖4 “智慧農(nóng)場”作品

2.板材的選擇

板材一般有三種，即硬紙板、瓦楞紙和KT板。硬紙板適合做創(chuàng)意產(chǎn)品，制作出來的產(chǎn)品棱角分明，但顏色單一，需要進一步美化。瓦楞紙對折時容易變形，適合做建筑物的屋頂和外墻裝飾。KT板比較堅硬，適合做墻體，裁剪時盡量用刻刀。

3.彩紙和黏土

彩紙作品精美，黏土作品立體、大氣。彩紙制作門檻低，而黏土作品需要制作者有美術(shù)功底。

4.舵機的固定

舵機在固定之前一定要重新運行一遍程序，確保舵機搖臂的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)回方向準(zhǔn)確。

5.顯示屏的固定

顯示屏在固定之前要試運行程序，確保顯示屏的文字方向正確。如果不運行直接固定，可能導(dǎo)致顯示的文字是倒立的。

6.激光雕刻技術(shù)和3D打印技術(shù)的運用

應(yīng)用激光雕刻技術(shù)和3D打印技術(shù)可以讓場景搭建類作品更加生動、立體。但在設(shè)計時若考慮不周，比如忘記設(shè)置傳感器走線孔，板材厚度和孔徑不匹配，則有可能導(dǎo)致該設(shè)計成為廢品。

因此，場景制作應(yīng)以手工制作為主，激光雕刻技術(shù)和3D打印技術(shù)制作為輔。創(chuàng)意產(chǎn)品類作品應(yīng)多使用激光雕刻技術(shù)和3D打印技術(shù)，這樣產(chǎn)品鉚合度高，體積大小合適，外觀平整、漂亮。

五、交流與展示

創(chuàng)客作品的最后環(huán)節(jié)是說明文檔編輯，視頻的拍攝、剪輯，交流與展示。說明文檔要包含作品的設(shè)計靈感、程序編寫、手工制作、作品的功能、小組分工等幾個方面。拍攝視頻時要附上解說，解說的內(nèi)容與說明文檔大致相同。最后，可將制作完成的創(chuàng)客作品在校園網(wǎng)、微信公眾號、蘑菇云創(chuàng)客社區(qū)等平臺上傳分享。