優秀創客作品的誕生之路
——Arduino創客作品的設計策略與制作技巧

◎甘肅省天水市麥積區天成學校 辛亞輝

創客作品主要分為兩類，一類是創意產品制作，如“導盲杖”，用于服務盲人生活；另一類是創意場景制作，如“智慧農場”，用于服務社會工農業生產。一個優秀創客作品的誕生一般要經歷創意設計、程序編寫、硬件選擇、手工制作、交流與展示等多個流程。

一、創意設計

1.同理心地圖

以“導盲杖”為例，創作者假設自己是一名盲人，切身體會盲人出行時會遇到的各種問題，并將其記錄下來，提出問題并解決問題，制作同理心地圖（如圖1）。

圖1 同理心地圖

（1）“看到”什么？

生活中，一些常見的物品都有可能成為盲人出行的障礙。導盲杖如何幫助盲人檢測和避開障礙物？可使用超聲波測距傳感器、紅外測距傳感器、紅外避障傳感器、HUSKYLENS AI攝像頭、運動傳感器等識別物體和行人。

（2）聽到什么？

聽覺是盲人感受世界的主要方式，如何幫助盲人通過聽聲音識別危險？常見的與聲音有關的模塊有聲音傳感器、喇叭模塊、MP3語音模塊、音頻錄放模塊、Gravity語音合成模塊，可實現聲音的采集、分析、播放功能。

（3）想到什么？感受到什么？

盲人出行要躲避障礙物和行人，可以使用12864顯示屏動態循環顯示“盲人出行，請您讓一讓！”，讓行人主動避讓。盲人如果行走在光線昏暗的環境里，環境光傳感器可以控制燈帶自動亮起。

（4）說什么？做什么？

盲人外出想要和陌生人交流時，可通過設置模擬按鍵模塊控制RGB燈，代表他們要說和要做的事情。

（5）有什么痛苦？

盲人無法隨時知曉時間，可以使用RTC實時鐘模塊幫助他們。當盲人按下按鍵時，喇叭模塊自動報時，外出時間過長時會自動提示。

（6）他有哪些需要？

盲人獨自外出，家人肯定會擔心，可以增加GPS信號接收模塊和物聯網模塊，實時向家人傳輸盲人的位置。

2.Mind+擴展庫

以設計創意場景“智慧農場”為例，設計農場要考慮植物的分布、家禽的飼養場所等，難點在于該使用哪些硬件模塊。在一頭霧水的情況下，創作者可以在Mind+的擴展庫里查找硬件模塊，找到設計靈感，從而添加硬件的庫函數，設置農場的功能。

3.及時記錄

要及時記錄作品的創作過程，例如作品的功能、硬件模塊、主控板引腳、程序的邏輯思路等。記錄的內容經過梳理、修改、完善，就是一份詳細的設計方案。

二、程序編寫

創作者在程序編寫過程中容易出現代碼冗長和同一個引腳重復定義兩種錯誤，避免這兩種錯誤的方法很簡單，主要有以下三種方法。

1.定義子函數

代碼冗長不僅會占用腳本區空間，而且不方便檢查，因此，代碼編寫應簡潔明了，每增加一個功能就定義一個子函數，最終實現主程序直接調用子函數，如圖2。

圖2 主程序調用子函數

2.定義引腳號

在編程時，每增加一個硬件模塊，應設置一個相應的引腳號。定義引腳號時，數字I/O接口的0和1不能使用，這兩個引腳是硬串口，使用后會出現上傳出錯。將所有增加的硬件模塊和設置的引腳號全部記錄在稿紙上，方便檢查引腳是否重復使用。

3.利用擴展庫

創作者在編程時，要有從擴展庫添加庫函數的良好習慣，同時也要明白，并非所有情況都需要添加庫函數。如圖3，Arduino自帶超聲波測距積木與擴展庫超聲波測距積木的功能完全一樣，且長度更短，此時就不必添加庫函數了。

圖3 Arduino自帶積木與擴展庫積木對比

三、硬件選擇

1.比較顯示屏

1602顯示屏能顯示阿拉伯數字、英文大小寫字母、常用的符號和日文假名等，不支持中文顯示，美觀大氣，適合顯示溫度、濕度、時間、距離、速度等。12864顯示屏包含1602顯示屏的所有功能，還能顯示中文，缺點是體積小，作品呈現不夠美觀。

2.舵機使用注意事項

使用180°舵機，當出現無法轉動時的解決辦法：編寫180°舵機調試程序，舵機轉回0°，等待1 s。180°舵機轉過一個角度，當出現不能轉回時的解決辦法：等待1 s。

3.區別硬件模塊

在使用多個相同硬件模塊時，可在硬件上粘貼標簽以示區分。

四、手工制作

手工制作是創客作品的藝術呈現過程，這一過程與編程同等重要。

1.設計圖

手工制作既要考慮場景功能區域的分布，又要考慮主控板、傳感器、執行器、顯示器的分布。首先要在稿紙上畫出設計圖，手工制作時再根據設計圖合理變通。以“智慧農場”為例，如圖4，場景功能區分為種植園、豬舍、牛棚、房屋四大部分，主控板被放置在房屋內，傳感器、執行器等被隱藏在裝置內。

圖4 “智慧農場”作品

2.板材的選擇

板材一般有三種，即硬紙板、瓦楞紙和KT板。硬紙板適合做創意產品，制作出來的產品棱角分明，但顏色單一，需要進一步美化。瓦楞紙對折時容易變形，適合做建筑物的屋頂和外墻裝飾。KT板比較堅硬，適合做墻體，裁剪時盡量用刻刀。

3.彩紙和黏土

彩紙作品精美，黏土作品立體、大氣。彩紙制作門檻低，而黏土作品需要制作者有美術功底。

4.舵機的固定

舵機在固定之前一定要重新運行一遍程序，確保舵機搖臂的轉動方向和轉回方向準確。

5.顯示屏的固定

顯示屏在固定之前要試運行程序，確保顯示屏的文字方向正確。如果不運行直接固定，可能導致顯示的文字是倒立的。

6.激光雕刻技術和3D打印技術的運用

應用激光雕刻技術和3D打印技術可以讓場景搭建類作品更加生動、立體。但在設計時若考慮不周，比如忘記設置傳感器走線孔，板材厚度和孔徑不匹配，則有可能導致該設計成為廢品。

因此，場景制作應以手工制作為主，激光雕刻技術和3D打印技術制作為輔。創意產品類作品應多使用激光雕刻技術和3D打印技術，這樣產品鉚合度高，體積大小合適，外觀平整、漂亮。

五、交流與展示

創客作品的最后環節是說明文檔編輯，視頻的拍攝、剪輯，交流與展示。說明文檔要包含作品的設計靈感、程序編寫、手工制作、作品的功能、小組分工等幾個方面。拍攝視頻時要附上解說，解說的內容與說明文檔大致相同。最后，可將制作完成的創客作品在校園網、微信公眾號、蘑菇云創客社區等平臺上傳分享。