优秀创客作品的诞生之路——Arduino创客作品的设计策略与制作技巧

◎甘肃省天水市麦积区天成学校 辛亚辉

创客作品主要分为两类，一类是创意产品制作，如“导盲杖”，用于服务盲人生活；另一类是创意场景制作，如“智慧农场”，用于服务社会工农业生产。一个优秀创客作品的诞生一般要经历创意设计、程序编写、硬件选择、手工制作、交流与展示等多个流程。

一、创意设计

1.同理心地图

以“导盲杖”为例，创作者假设自己是一名盲人，切身体会盲人出行时会遇到的各种问题，并将其记录下来，提出问题并解决问题，制作同理心地图（如图1）。

图1 同理心地图

（1）“看到”什么？

生活中，一些常见的物品都有可能成为盲人出行的障碍。导盲杖如何帮助盲人检测和避开障碍物？可使用超声波测距传感器、红外测距传感器、红外避障传感器、HUSKYLENS AI摄像头、运动传感器等识别物体和行人。

（2）听到什么？

听觉是盲人感受世界的主要方式，如何帮助盲人通过听声音识别危险？常见的与声音有关的模块有声音传感器、喇叭模块、MP3语音模块、音频录放模块、Gravity语音合成模块，可实现声音的采集、分析、播放功能。

（3）想到什么？感受到什么？

盲人出行要躲避障碍物和行人，可以使用12864显示屏动态循环显示“盲人出行，请您让一让！”，让行人主动避让。盲人如果行走在光线昏暗的环境里，环境光传感器可以控制灯带自动亮起。

（4）说什么？做什么？

盲人外出想要和陌生人交流时，可通过设置模拟按键模块控制RGB灯，代表他们要说和要做的事情。

（5）有什么痛苦？

盲人无法随时知晓时间，可以使用RTC实时钟模块帮助他们。当盲人按下按键时，喇叭模块自动报时，外出时间过长时会自动提示。

（6）他有哪些需要？

盲人独自外出，家人肯定会担心，可以增加GPS信号接收模块和物联网模块，实时向家人传输盲人的位置。

2.Mind+扩展库

以设计创意场景“智慧农场”为例，设计农场要考虑植物的分布、家禽的饲养场所等，难点在于该使用哪些硬件模块。在一头雾水的情况下，创作者可以在Mind+的扩展库里查找硬件模块，找到设计灵感，从而添加硬件的库函数，设置农场的功能。

3.及时记录

要及时记录作品的创作过程，例如作品的功能、硬件模块、主控板引脚、程序的逻辑思路等。记录的内容经过梳理、修改、完善，就是一份详细的设计方案。

二、程序编写

创作者在程序编写过程中容易出现代码冗长和同一个引脚重复定义两种错误，避免这两种错误的方法很简单，主要有以下三种方法。

1.定义子函数

代码冗长不仅会占用脚本区空间，而且不方便检查，因此，代码编写应简洁明了，每增加一个功能就定义一个子函数，最终实现主程序直接调用子函数，如图2。

图2 主程序调用子函数

2.定义引脚号

在编程时，每增加一个硬件模块，应设置一个相应的引脚号。定义引脚号时，数字I/O接口的0和1不能使用，这两个引脚是硬串口，使用后会出现上传出错。将所有增加的硬件模块和设置的引脚号全部记录在稿纸上，方便检查引脚是否重复使用。

3.利用扩展库

创作者在编程时，要有从扩展库添加库函数的良好习惯，同时也要明白，并非所有情况都需要添加库函数。如图3，Arduino自带超声波测距积木与扩展库超声波测距积木的功能完全一样，且长度更短，此时就不必添加库函数了。

图3 Arduino自带积木与扩展库积木对比

三、硬件选择

1.比较显示屏

1602显示屏能显示阿拉伯数字、英文大小写字母、常用的符号和日文假名等，不支持中文显示，美观大气，适合显示温度、湿度、时间、距离、速度等。12864显示屏包含1602显示屏的所有功能，还能显示中文，缺点是体积小，作品呈现不够美观。

2.舵机使用注意事项

使用180°舵机，当出现无法转动时的解决办法：编写180°舵机调试程序，舵机转回0°，等待1 s。180°舵机转过一个角度，当出现不能转回时的解决办法：等待1 s。

3.区别硬件模块

在使用多个相同硬件模块时，可在硬件上粘贴标签以示区分。

四、手工制作

手工制作是创客作品的艺术呈现过程，这一过程与编程同等重要。

1.设计图

手工制作既要考虑场景功能区域的分布，又要考虑主控板、传感器、执行器、显示器的分布。首先要在稿纸上画出设计图，手工制作时再根据设计图合理变通。以“智慧农场”为例，如图4，场景功能区分为种植园、猪舍、牛棚、房屋四大部分，主控板被放置在房屋内，传感器、执行器等被隐藏在装置内。

图4 “智慧农场”作品

2.板材的选择

板材一般有三种，即硬纸板、瓦楞纸和KT板。硬纸板适合做创意产品，制作出来的产品棱角分明，但颜色单一，需要进一步美化。瓦楞纸对折时容易变形，适合做建筑物的屋顶和外墙装饰。KT板比较坚硬，适合做墙体，裁剪时尽量用刻刀。

3.彩纸和黏土

彩纸作品精美，黏土作品立体、大气。彩纸制作门槛低，而黏土作品需要制作者有美术功底。

4.舵机的固定

舵机在固定之前一定要重新运行一遍程序，确保舵机摇臂的转动方向和转回方向准确。

5.显示屏的固定

显示屏在固定之前要试运行程序，确保显示屏的文字方向正确。如果不运行直接固定，可能导致显示的文字是倒立的。

6.激光雕刻技术和3D打印技术的运用

应用激光雕刻技术和3D打印技术可以让场景搭建类作品更加生动、立体。但在设计时若考虑不周，比如忘记设置传感器走线孔，板材厚度和孔径不匹配，则有可能导致该设计成为废品。

因此，场景制作应以手工制作为主，激光雕刻技术和3D打印技术制作为辅。创意产品类作品应多使用激光雕刻技术和3D打印技术，这样产品铆合度高，体积大小合适，外观平整、漂亮。

五、交流与展示

创客作品的最后环节是说明文档编辑，视频的拍摄、剪辑，交流与展示。说明文档要包含作品的设计灵感、程序编写、手工制作、作品的功能、小组分工等几个方面。拍摄视频时要附上解说，解说的内容与说明文档大致相同。最后，可将制作完成的创客作品在校园网、微信公众号、蘑菇云创客社区等平台上传分享。