用掌控板做個好玩的水平儀

陳新龍

水平儀是測量小角度的常用量具。傳統的水平儀水準管是由玻璃管制成，管內裝有液體和氣泡，當水平儀發生傾斜時，水準管中氣泡就向高的一端移動，從而確定水平面的位置。水準管內壁曲率半徑決定了水平儀的精度，曲率半徑越大分辨率越高，曲率半徑越小分辨率越低。今天我們用掌控板制作一個精準的電子水平儀（如圖1）。

將掌控板平放在桌面上，正面朝上，屏幕沿金手指方向為X軸正方向，屏幕沿左邊光線傳感器方向為Y軸正方向，屏幕沿上方為Z軸正方向（如圖2）。

為了增加實驗的準確性和直觀性，我們先來繪制水平儀的界面部分。以十字線和同心圓的圖形作為輔助界面，先繪制兩條相交直線，確定起點位置和終點位置就可以準確地畫出來（如圖3）。

然后繪制三個空心圓，繪制圓時要選擇空心圓，確定相同的圓心的坐標和不同的半徑。這三個同心圓的目的是為了測試的時候能夠直觀地測試水平移動的位置和范圍（如圖4）。

完成了輔助界面后，要繪制水平儀中心的實心圓球，這里我們將學到一個新的知識：映射。在數學里，映射指兩個元素的集之間元素相互“對應”的關系，只要給出元素集的上下限，映射函數自動就可以返回映射值。

我們設置了兩個映射分別為XX和YY，對應實心圓球的圓心坐標位置，映射的是X和Y軸的加速度并且給它規定了讀取的范圍和映射后的范圍。

為了方便我們觀察水平面的偏移，設置實心圓的半徑長度小于內圈的空心圓的半徑，否則就被覆蓋了（如圖5）。

如何能提示我們的水平儀是處于平衡位置呢？只要實心圓的XX的坐標為64，YY坐標為32時，也就是實心圓正好在屏幕正中間的位置，此時掌控板就是處于平衡的狀態了，3顆RGB燈全部亮起為紅色，并且蜂鳴器報警提示。否則的話燈滅，聲音器也消失（如圖6）。

水平儀制作過程是有一定的難度的，首先要確定好坐標位置，并且要掌握映射的技巧，在前兩期制作測光儀時也用到了映射，你可以體會兩者之間的異同。

源代碼如圖7。