李芊橘

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基于Arduino平臺(tái)的幻彩旋轉(zhuǎn)時(shí)鐘

李芊橘

（哈爾濱市第一中學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150000）

測量時(shí)間的工具從古代的日晷、沙漏等到擺鐘、各種手表再到當(dāng)前的各種電子時(shí)鐘，人們對(duì)時(shí)間工具的追求一直沒有停止。將電子時(shí)鐘和幻彩LED燈帶結(jié)合做成炫彩時(shí)鐘，同時(shí)獲取當(dāng)前的環(huán)境溫度及濕度，在電機(jī)的作用下可以擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，還可以加入音樂。讓體驗(yàn)者感受到時(shí)間在不斷流逝，給人以心靈的觸動(dòng)或震撼，從而更加珍惜時(shí)間。同時(shí)在動(dòng)感狀態(tài)下，人們可以很好釋放壓力，給人們的生活帶來快樂。

Arduino，時(shí)鐘，環(huán)境溫度；環(huán)境濕度

時(shí)鐘鐘表是人們?nèi)粘Ｖ须x不開的計(jì)時(shí)工具，各種各樣，造型非常多，價(jià)格也不一。近年來，基于Arduino開源平臺(tái)的各種應(yīng)用層出不窮。基于Arduino平臺(tái)的幻彩旋轉(zhuǎn)時(shí)鐘就是在此平臺(tái)下開發(fā)的。

1 研究背景

Arduino是目前比較流行的開源硬件平臺(tái)，掌握此平臺(tái)是學(xué)習(xí)電子設(shè)計(jì)的捷徑?；贏rduino開源平臺(tái)，結(jié)合電子時(shí)鐘，LCD顯示時(shí)間，做成炫彩時(shí)鐘。時(shí)間是不斷流逝的，若能讓人直觀地感受到時(shí)間的無限流逝，人們一定會(huì)更加珍惜時(shí)間。利用物理反射原理，在一塊貼了單反膜的玻璃和一塊鏡子中間的多彩LED燈，無限次反射形成的幻彩效果和時(shí)間的結(jié)合能讓人們對(duì)時(shí)間的概念更清晰，直觀地感受到時(shí)間的流逝，給人帶來另一種快樂感悟，并釋放壓力。

2 研究目的

本項(xiàng)目的研究目的：①基于Arduino開源平臺(tái)編寫程序，對(duì)此平臺(tái)下的時(shí)間、傳感器、電機(jī)等控制，功能組合優(yōu)化，制成一個(gè)幻彩旋轉(zhuǎn)時(shí)鐘。②此項(xiàng)目是生活中常用的計(jì)時(shí)工具，有趣、實(shí)用，對(duì)人們的生活有很大幫助。

3 項(xiàng)目意義

基于Arduino平臺(tái)的幻彩旋轉(zhuǎn)時(shí)鐘，不僅有幻彩的效果，還能監(jiān)控當(dāng)前的環(huán)境溫度及濕度，動(dòng)感旋轉(zhuǎn)、播放音樂、準(zhǔn)確計(jì)時(shí)的同時(shí)能給人帶來快樂。此項(xiàng)目性能穩(wěn)定，制作成本低。既可做成大的景觀項(xiàng)目也可做成小型小區(qū)景致，還可做成小微型的時(shí)鐘放在室內(nèi)桌上等。

4 項(xiàng)目詳細(xì)設(shè)計(jì)

4.1 硬件示意圖

硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4.2 項(xiàng)目所需硬件設(shè)備及元器件

Arduino pro控制器1塊，高精度時(shí)鐘模塊1塊，溫濕度傳感器模塊1塊，LCD顯示模塊1塊，步進(jìn)電機(jī)1臺(tái)，LED燈帶1條，喇叭1個(gè)，外接5 V電源，導(dǎo)線若干，木質(zhì)相框，單反膜，玻璃，鏡子。

圖1 硬件示意圖

4.3 項(xiàng)目完成功能

讀取時(shí)間：Arduino驅(qū)動(dòng)高精度時(shí)鐘模塊，獲得當(dāng)前的時(shí)間。

溫濕度傳感器：溫濕度傳感器獲取當(dāng)前環(huán)境的溫度及濕度情況。

在LCD上顯示時(shí)間、當(dāng)前環(huán)境溫度及濕度：Arduino程序獲得的當(dāng)前時(shí)間、溫度及濕度，顯示到LCD顯示屏上（LCD顯示屏可以換成OLED顯示屏）。

控制LED變換色彩：Arduino控制LED燈帶，不斷變換顏色、亮度，顯示出幻彩效果。

控制步進(jìn)電機(jī)定時(shí)旋轉(zhuǎn)：Arduino控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。

樂曲播放：Arduino編程實(shí)現(xiàn)簡單的樂曲喇叭播放。

把這些功能集成在一個(gè)項(xiàng)目上，此項(xiàng)目就有了新的特點(diǎn)。

5 項(xiàng)目主要研制過程

5.1 搭建硬件軟件開發(fā)平臺(tái)

Arduino nano和計(jì)算機(jī)USB口安裝Arduino編譯器IDE，驅(qū)動(dòng)連接端口并設(shè)置開發(fā)環(huán)境。安裝Arduino-1.6.12-Windows設(shè)置開發(fā)器及查看上傳端口編寫測試程序，上傳到Arduino中。

5.2 開發(fā)基本思路

將每個(gè)設(shè)備分別和Arduino控制器連接，在IDE中編程、編譯，上傳到Arduino控制器中，調(diào)試。如此反復(fù)，直到達(dá)到預(yù)期效果。

5.3 連接各模塊并分別測試，集成測試

具體步驟如下：①連接步進(jìn)電機(jī)及控制板，編寫測試程序，并測試；②連接時(shí)鐘模塊，編寫測試程序，并測試；③連接溫濕度傳感器模塊，編寫測試程序，并測試；④連接LCD顯示模塊，編寫測試程序，并測試；⑤連接LED燈帶，編寫測試程序，并測試；⑥連接喇叭，編寫測試程序，并測試；⑦編寫集成程序，并測試；⑧給鏡框有機(jī)玻璃貼膜，設(shè)計(jì)安裝LED燈帶，安裝調(diào)試幻彩鏡框；⑨集成調(diào)試，并整體測試。

5.4 技術(shù)關(guān)鍵

技術(shù)關(guān)鍵包括硬件和軟件兩個(gè)方面。硬件方面如下：①各種元器件的選型、連接。②貼單反膜方法。③電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。④合理組裝成品。軟件方面如下：①時(shí)間在LCD上顯示。②溫度濕度傳感器的數(shù)值計(jì)算。③電機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制。④聲音的播放。

5.5 項(xiàng)目主要實(shí)現(xiàn)部分程序

項(xiàng)目主要實(shí)現(xiàn)部分程序如圖2所示。

6 項(xiàng)目結(jié)果

完成基于Arduino平臺(tái)的幻彩旋轉(zhuǎn)時(shí)鐘項(xiàng)目。

6.1 已取得的實(shí)物照片

具體實(shí)物如圖3所示。

圖2 項(xiàng)目主要實(shí)現(xiàn)部分程序

圖3 實(shí)物照片

6.2 有待完善的地方

2017-09，我開始學(xué)習(xí)Arduino的相關(guān)知識(shí)并對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)研究，由于水平所限，對(duì)某些能改進(jìn)的地方還沒有改進(jìn)，比如顯示屏換成OLED顯示屏等，另外大型景觀需要采用大型電機(jī)，由于項(xiàng)目時(shí)間有限，還沒能對(duì)這些方面進(jìn)行改進(jìn)，以上均有待進(jìn)一步改進(jìn)。

［1］柯博文.Arduino完全實(shí)戰(zhàn)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2016.

［2］吳漢清.玩轉(zhuǎn)Arduino電子制作［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

2095－6835（2018）21－0118－02

G624.5

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.118

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕