基于Arduino平臺的幻彩旋轉時鐘

2018-11-21 08:08:28李芊橘

科技與創新 2018年21期

李芊橘

基于Arduino平臺的幻彩旋轉時鐘

李芊橘

（哈爾濱市第一中學，黑龍江哈爾濱 150000）

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

Arduino，時鐘，環境溫度；環境濕度

時鐘鐘表是人們日常中離不開的計時工具，各種各樣，造型非常多，價格也不一。近年來，基于Arduino開源平臺的各種應用層出不窮。基于Arduino平臺的幻彩旋轉時鐘就是在此平臺下開發的。

1 研究背景

Arduino是目前比較流行的開源硬件平臺，掌握此平臺是學習電子設計的捷徑。基于Arduino開源平臺，結合電子時鐘，LCD顯示時間，做成炫彩時鐘。時間是不斷流逝的，若能讓人直觀地感受到時間的無限流逝，人們一定會更加珍惜時間。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間的結合能讓人們對時間的概念更清晰，直觀地感受到時間的流逝，給人帶來另一種快樂感悟，并釋放壓力。

2 研究目的

本項目的研究目的：①基于Arduino開源平臺編寫程序，對此平臺下的時間、傳感器、電機等控制，功能組合優化，制成一個幻彩旋轉時鐘。②此項目是生活中常用的計時工具，有趣、實用，對人們的生活有很大幫助。

3 項目意義

基于Arduino平臺的幻彩旋轉時鐘，不僅有幻彩的效果，還能監控當前的環境溫度及濕度，動感旋轉、播放音樂、準確計時的同時能給人帶來快樂。此項目性能穩定，制作成本低。既可做成大的景觀項目也可做成小型小區景致，還可做成小微型的時鐘放在室內桌上等。

4 項目詳細設計

4.1 硬件示意圖

硬件結構如圖1所示。

4.2 項目所需硬件設備及元器件

Arduino pro控制器1塊，高精度時鐘模塊1塊，溫濕度傳感器模塊1塊，LCD顯示模塊1塊，步進電機1臺，LED燈帶1條，喇叭1個，外接5 V電源，導線若干，木質相框，單反膜，玻璃，鏡子。

圖1 硬件示意圖

4.3 項目完成功能

讀取時間：Arduino驅動高精度時鐘模塊，獲得當前的時間。

溫濕度傳感器：溫濕度傳感器獲取當前環境的溫度及濕度情況。

在LCD上顯示時間、當前環境溫度及濕度：Arduino程序獲得的當前時間、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。

控制步進電機定時旋轉：Arduino控制步進電機的旋轉。

樂曲播放：Arduino編程實現簡單的樂曲喇叭播放。

把這些功能集成在一個項目上，此項目就有了新的特點。

5 項目主要研制過程

5.1 搭建硬件軟件開發平臺

Arduino nano和計算機USB口安裝Arduino編譯器IDE，驅動連接端口并設置開發環境。安裝Arduino-1.6.12-Windows設置開發器及查看上傳端口編寫測試程序，上傳到Arduino中。

5.2 開發基本思路

將每個設備分別和Arduino控制器連接，在IDE中編程、編譯，上傳到Arduino控制器中，調試。如此反復，直到達到預期效果。

5.3 連接各模塊并分別測試，集成測試

具體步驟如下：①連接步進電機及控制板，編寫測試程序，并測試；②連接時鐘模塊，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給鏡框有機玻璃貼膜，設計安裝LED燈帶，安裝調試幻彩鏡框；⑨集成調試，并整體測試。