杜涛
09月18日

流光沙漏

沙漏是我国古代的一种计量时间的仪器,它是根据流沙从一个容器漏到另一个容器的时间来计量时间,其出现时间要比西方早1100年。掌控板有多种方法去计量时间,如果要用掌控板实现沙漏的特点,不知道能否实现呢?


项目分析

沙漏流动的是沙子,我们可以利用光的流动,来制作一款流光沙漏,体现沙漏的主要特征。如下图所示,要设计制作一个流光沙漏,我们必须要解决两大问题。一是翻转后,光都能够自上向下流动;二是光的流动必须是在一个固定时间,这样才能体现计时器的功能。


提出问题

一、 问题清单

科学(S) 1. 如何计量时间?

技术(T) 2. 如何实现光的定向流动?

工程(E) 1. 如何设计制作流光沙漏结构?

2. 如何进行组装?

艺术(A) 1. 如何呈现唯美的流光效果?

数学(M) 2. 如何控制光线流动的时间?

学习目标:核心知识点

一、 WS2812 RGB灯带

WS2812 RGB灯带是由一系列的全彩LED组成。仅需一根信号线即可控制所有LED,每一颗LED都是一个独立的像素点,每个像素点都是由R,G,B三基色颜色组成,可实现256级亮度显示,完成16777216种颜色的全真色彩显示。WS2812 RGB灯带(后面简称灯带)显示色彩纯正,柔性较大,可随意对接,弯曲,裁剪,可以用来装点房间,布置会场,烘托气氛、DIY智能灯、酷炫装备DIY、指示装备等。


二、光的三原色

红、绿、蓝三种色光无法被分解,故称“三原色光”,也就是RGB(红绿蓝),RGB这三种颜色的组合(见下图),几乎能形成所有的颜色。光线会越加越亮,两两混合可以得到更亮的中间色:yellow黄,cyan青,magenta品红(或者叫洋红、红紫)。三种等量组合可以得到白色。


方案规划

一、 功能分解

1.需要制作一个沙漏结构。可以用3D打印技术设计制作结构比较理想,打印时最好用透光性较好的白色打印丝。也可以用废旧的沙漏去进行改装,可以用123D、3Done等3D设计软件进行设计

2.需要注意沙漏尺寸。盛思套件中的灯带为24个灯,可以一分为2,12个灯一组,围城圆形,分别内置于沙漏上下两侧。

3.灯带的焊接:由于灯带上下分开,必须重新用杜邦线进行焊接

4.灯带的控制:利用灯带初始化模块,确定灯带的名称,接哪个管脚以及灯的数量

二、 构思方案

1.草图设计


2.设计意图

作品在外观设计上遵循传统沙漏特点,同时能够内置灯带,外接掌控板。

3.其他功能实现

流光沙漏,必定是体现一个计时器的作用,既然能够发光,那么就可以让它具备灯的功效用作照明。

项目实施

一、 结构设计制作

如下图所示,利用3D设计软件,基于灯带长度,设计沙漏。


二、灯带改建

如下图所示,将灯带一分为二,每段12个灯,无线的一段重新焊接杜邦线(注意灯带上的箭头方向),将两段灯带,分别布置在沙漏上下两端的内侧。


三、电路连接

将WS2812 RGB灯带接掌控拓展板的13号、15号管脚上

四、程序编写


五、程序解读

1.灯带初始设置

将灯带分别接在13号、15号管脚,通过命名对两端灯带进行区分,设置24个灯的初始状态为白光,同时新建变量“guang”,值设为0。

2.按键控制灯光流动

利用板载的两个按键,控制灯光流动。当按下A键,红光逐渐减弱,蓝光增强,呈现出光的至上而下流动;颠倒沙漏,按下B键,则呈现相反的效果。

3. 灯效的实现

将灯分为两组,,一组光线逐渐减弱,一组组建增强。对时间的控制,可以由后面的延时实现。

六、组装与调试

对制作进行组装,这里用热熔胶进行固定(见下图),下载程序后,感受一下流光沙漏的功效,和我们预期的有差距吗?


视频

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