Mixly開源項目設計22：小夜燈相框的設計與應用拓展

江偉 楊興麗

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》明確提出：“著力提高學生服務國家、服務人民的社會責任感，勇于探索的創新精神和善于解決問題的實踐能力。著力培養學生良好的審美情趣，努力使學生具有中華文化底蘊、中國特色社會主義共同理想、國際視野，成為社會主義合格建設者和可靠接班人。”這一系列要求的提出，契合了當前創客教育的培養目標。而我們在進行學校創客教育實踐的過程中，首先讓學生思考的就是自己的創意除了可以為自己的生活和學習帶來便利，更多的是能對別人、對社會產生什么樣的影響。

例如，2018年科技創新興趣小組的第一個產品是“小夜燈相框”，學生們首先想到的是：街上的路燈徹夜通明，會浪費多少電；進入漆黑的房間，一時找不到電燈開關，那是多么急人的一件事；房屋裝修，不得不在某一個顯眼的位置安一盞燈，那是多么影響美觀而又不迫不得已的一件事。如果讓小燈藏在畫中，當人經過時點亮，而人一旦離開，又會自動熄滅，會不會給我們的生活帶來更多溫馨？討論這些，學生們是興奮的，通過自己的發明，能為別人分憂，學生的成就感油然而生。

● 基本要求

（1）相框的圖片要精美，且要與燈或者光明有關，圖片本身應充滿詩情畫意。

（2）相框裝飾有藝術感，且與圖片內容相配合，構成一個整體。

（3）LED燈在相框中要擺放合理，具有藝術性。

（4）情況①：當人走近時小燈亮起，人離開后小燈自動熄滅；

情況②：當人擊掌時，小燈亮起，人離開后小燈自動熄滅；

情況③：在小燈亮起時，播放一段音樂；

……

● 硬件需求

1.制作藝術相框（如圖1）

首先，對家庭的裝修風格進行考察，從整體上考慮相框的風格，如果是中式風格就選一些明清樣式的相框，如果是歐式風格就選一些哥特式的圖案，如果是兒童房，當然就選富有童趣的相框作品。

然后，利用學校的數控雕刻機和鋸床制作富有個性化，又與房間整體布局一致的藝術相框。在制作相框的同時，考慮控制板的安裝位置和布線的規范。可以仿照掛鐘的布局方式，將控制板安裝在鐘芯的位置，也可以安裝在一側或下方。

最后，加一塊后蓋板，將所有線路和控制板隱藏起來，做成一個規范的產品包裝。

2.Arduino控制板

為了節約空間和便于安裝，我們采用迷你控制板和9V電池供電，如上頁圖2所示。

3.七彩LED高亮小燈

為了讓畫面呈現更豐富的色彩，我們采用高亮多彩小燈，可以通過編程改變RGB值的辦法讓同一盞小燈呈現豐富多彩的燈光效果（如上頁圖3）。

4.關于燈火及星光等的精美圖片

圖片可以自己繪制，也可以在網絡中選取合適的圖片并用彩色打印機打印出來，甚至可以用激光切割機進行直接切割，形成立體的裝飾畫（如圖4）。

5.功能性拓展器材

（1）人體紅外線傳感器。圖5元件可以檢測到人體的熱釋電紅外線，是一種較特殊的紅外線傳感器。當附近有人走動時，會產生微弱的紅外線輻射，此類紅外線會被模塊檢測到，并輸出電平信號；當附近沒人或者人停止移動時，就不觸發事件。它就像青蛙的眼睛一樣，只對移動的紅外線信號產生反應。依據此功能，我們可以把產品改裝為自動門鈴、溫馨提示臺等。

（2）小喇叭及MP3播放模塊。小喇叭主要用于提示音設置，如果要加入語音或歌曲提示，需要增加MP3模塊配合使用（如圖6）。MP3播放模塊存放在SD卡中的MP3文件中，注意SD卡中的MP3文件應當存放在一個MP3文件夾中，并且這個文件夾必須放在SD卡的根目錄上，MP3文件夾中的音樂文件名稱前4個字符必須是數字，如0002、0035、0289等。編寫程序時就用文件的序號指定播放文件。

（3）微型開關。主要用于一段時間關閉所有功能或部分功能而設計。

（4）杜邦線等。

● 制作步驟

1.相框制作

使用數控雕刻機不但可以制作出規范形狀的相框作品，還可以根據家庭裝修風格制作出具有復雜雕刻工藝的浮雕作品（如圖7）。與一般相框不同，本相框背部設計為一個盒子狀，用于隱藏布線和安裝控制板。在盒子內部設計用于卡線的線槽，如圖8所示，兩種不同的布線方式，所用到的程序也不同，呈現出來的效果也不同，第一種布線可以實現多燈異步點亮，第二種只能實現兩種狀態。最后，在相應的地方用鉆床打出合適的安裝孔，用于安裝LED彩燈。

2.控制板及線路安裝

可以采用標準Arduino控制板，也可以采用迷你控制板，如果要制作較復雜的布線，可以增加一塊擴展板用于更多接口的設計，再安裝一塊9V電池，基本線路就完成了。如果不用電池供電，而是使用220V市電，可使用9V充電器代替電池（如上頁圖9）。

畫框最上方為人體紅外線傳感器，用于檢測人體離畫框的距離。下方為喇叭，可以呼入控制板中的音樂程序。

3.程序設計及調試

運用Mixly進行編程，設計思路如圖10所示，基礎程序如圖11所示。

4.產品展示（如圖12）

在產品的開發過程中，不但培養了學生的程序思維、工程思維，更重要的是使其在主動動手實踐的過程中體驗了發現美、創造美的過程，體驗了為社會、為家庭、為他人貢獻智慧所帶來的樂趣。

● 產品后期拓展

1.音樂門將小門童

如圖13所示，我們用LED代替老虎脖子上的鈴鐺，將小喇叭安裝到小朋友嘴巴的位置，當有客人到來時，自動播放歡迎辭，給人以新鮮而熱情的感覺。反之，可以充分利用人體紅外線傳感器的功能，將其改裝成音樂門鈴，提示主人有客人到訪，如果再加入攝像頭模塊，就變成了一個隱形的監控器，將門口的信息及時傳遞到室內，進而幫助主人辨別來客身份。

2.儲柜指示燈

日常，外部的燈光很難照到儲物柜的最深處，我們利用人體紅外傳感器，就可以在外部燈光照不到的地方安裝感應燈，當手伸到這些地方時，小燈自動亮起，可以幫助我們迅速找到需要的物品。