設計背景

地球是目前人類賴以生存的唯一家園，人類對環(huán)境的影響日益增加，環(huán)境問題也越來越嚴重。氣候變化是目前面臨最嚴重的環(huán)境問題之一。加強環(huán)境教育、提高人們的環(huán)保意識正在成為世界環(huán)保運動的主流。

設計目的

為了提高人們對環(huán)境的關注，吸引更多的小朋友參與環(huán)境保護事業(yè)，我們做了“環(huán)境數據互動展示裝置”創(chuàng)意作品。本作品向人們展示了環(huán)境數據的變化，使得環(huán)境數據變得生動形象、有趣，互動。

設計思路

“環(huán)境數據互動展示裝置”創(chuàng)意作品采集氣象站的風速、風向、雨雪等傳感器的實時數據并實時記錄，用語音、8x8x8的全彩光立方、8x8魔方的等互動形式展示出來，具有良好的交互效果。數據積累后，可直觀看到環(huán)境的變化，從而關注環(huán)境。

設計過程

環(huán)境數據互動展示裝置主要由以下四部分組成。

1．氣象站

氣象站是獲得氣候常規(guī)數據的裝置，一般包括風速、風向、雨量、雨雪、溫濕度、大氣壓力等傳感器，“環(huán)境數據互動展示裝置”使這些相對枯燥的數據更形象化。我們目前選取了風速、風向、和雨雪傳感器，后期會把大氣壓力、溫濕度的數據也添加到作品中。

2．8x8x8全彩光立方

光立方一直都是比較經典的開源互動作品，能更好地展示下雨的效果，所以我們選取了全彩的光立方作為這個作品中顯示下雨互動信息的裝置。

RGB全彩光立方需要512個共陽RGB燈，制作周期比較長。

（1）RGB全彩燈的預處理。

（2）焊接8個豎排。

（3）8個豎排焊接到底板上，把每一層64個RGB燈的共陽極焊接到一起。

（4）底板是Arduino的控制器加74HC595的驅動。

（5）進行Arduino程序的測試。

3．8x8魔方

魔方是很多小朋友喜歡的益智玩具，因此在這個作品中把魔方元素融入進去，這樣與小朋友會有很好的互動效果。魔方的制作需要6個8x8的WS2812的全彩板，通過級聯控制一共有193個燈珠。

（1）把6個8x8WS2812模塊用導線級聯起來。

（2）用尼龍螺絲配合藍丁膠固定六個面。

（3）調整好每個面的WS2812的燈的編號。

（4）簡單程序測試，測試硬件連接。

4.語音互動

（1）語音的交互是小朋友特別喜歡的，因此我們加入了語音識別的互動部分。這個部分做了一個升降的裝置，用到了帶絲杠的減速電機。

（2）語音識別部分使用智能公元的SU-33離線語音模塊，結合Arduino進行顯示和電機的控制操作，設置簡單。

（3）使用DRV8833電機驅動模塊，配合兩個觸碰傳感器，來控制環(huán)境氣象站頭部的上升位置和下降位置。

實現的效果

我們設計的“環(huán)境數據互動展示裝置”創(chuàng)意作品，用語音、8x8x8全彩光立方、8x8魔方等展示傳感器實時采集到的關于氣候的風速、風向、雨雪等環(huán)境數據。

語音互動裝置不僅可以跟人們進行語音互動，還有擬人化的效果。當開始工作時，它緩緩從裝置里升起，同時展示藍天白云的氣象效果，讓人們感受優(yōu)良的環(huán)境，當關機時他又緩緩的降下去，就像小朋友睡覺一般。

Arduino通過氣象站檢測到中東、南、西、北四個方向的數據后，控制8x8魔方上面三個面中白色的顯示位置，在設計者的視角方向，按照上北下南、左西右東的示意用白色的燈顯示。

Arduino通過氣象站檢測到風速數據后，通過8x8魔方上方三個面中的兩個面的顏色顯示風速強度，從綠色到紅色，逐步的標示風速由弱到強，8x8魔方下方三個面，顏色的紅、藍、綠顏色的變化速度也與風速成正比。

8x8x8全彩光立方采集雨雪傳感器的數值，當檢測到有雨雪氣候的情況下，光立方展示下雨的效果，并且伴隨著下雨聲，讓人聲臨其境。當沒有雨雪的時候，光立方展示繁星點點的效果，并伴隨著鳥鳴蟬叫的夜晚的聲音，十分愜意。

上述互動效果使人們能夠更直觀地關注到環(huán)境的變化，且具有良好的互動效果，吸引人們積極參與到環(huán)境保護中來。

進一步完善該項目的設想

目前“環(huán)境數據互動展示裝置”實現了氣象臺風速、風向、雨雪數據的采集、展示和互動效果，基本達到了預期。后續(xù)我們將加入更多的傳感器，采集溫度、濕度、氣壓、污染指數等數據，融合更多的互動元素，實現更豐富的互動效果。

這個環(huán)境保護相關項目特別有意義，將會繼續(xù)研究下去。目前制作了16X16X16的光立方，融入更多的傳感器數據，探索更好的可視化、互動效果，幫助人們更深入、全面了解環(huán)境的變化，促進人與環(huán)境之間的和諧共生。