环境数据互动展示装置

设计背景

地球是目前人类赖以生存的唯一家园，人类对环境的影响日益增加，环境问题也越来越严重。气候变化是目前面临最严重的环境问题之一。加强环境教育、提高人们的环保意识正在成为世界环保运动的主流。

设计目的

为了提高人们对环境的关注，吸引更多的小朋友参与环境保护事业，我们做了“环境数据互动展示装置”创意作品。本作品向人们展示了环境数据的变化，使得环境数据变得生动形象、有趣，互动。

设计思路

“环境数据互动展示装置”创意作品采集气象站的风速、风向、雨雪等传感器的实时数据并实时记录，用语音、8x8x8的全彩光立方、8x8魔方的等互动形式展示出来，具有良好的交互效果。数据积累后，可直观看到环境的变化，从而关注环境。

设计过程

环境数据互动展示装置主要由以下四部分组成。

1．气象站

气象站是获得气候常规数据的装置，一般包括风速、风向、雨量、雨雪、温湿度、大气压力等传感器，“环境数据互动展示装置”使这些相对枯燥的数据更形象化。我们目前选取了风速、风向、和雨雪传感器，后期会把大气压力、温湿度的数据也添加到作品中。

2．8x8x8全彩光立方

光立方一直都是比较经典的开源互动作品，能更好地展示下雨的效果，所以我们选取了全彩的光立方作为这个作品中显示下雨互动信息的装置。

RGB全彩光立方需要512个共阳RGB灯，制作周期比较长。

（1）RGB全彩灯的预处理。

（2）焊接8个竖排。

（3）8个竖排焊接到底板上，把每一层64个RGB灯的共阳极焊接到一起。

（4）底板是Arduino的控制器加74HC595的驱动。

（5）进行Arduino程序的测试。

3．8x8魔方

魔方是很多小朋友喜欢的益智玩具，因此在这个作品中把魔方元素融入进去，这样与小朋友会有很好的互动效果。魔方的制作需要6个8x8的WS2812的全彩板，通过级联控制一共有193个灯珠。

（1）把6个8x8WS2812模块用导线级联起来。

（2）用尼龙螺丝配合蓝丁胶固定六个面。

（3）调整好每个面的WS2812的灯的编号。

（4）简单程序测试，测试硬件连接。

4.语音互动

（1）语音的交互是小朋友特别喜欢的，因此我们加入了语音识别的互动部分。这个部分做了一个升降的装置，用到了带丝杠的减速电机。

（2）语音识别部分使用智能公元的SU-33离线语音模块，结合Arduino进行显示和电机的控制操作，设置简单。

（3）使用DRV8833电机驱动模块，配合两个触碰传感器，来控制环境气象站头部的上升位置和下降位置。

实现的效果

我们设计的“环境数据互动展示装置”创意作品，用语音、8x8x8全彩光立方、8x8魔方等展示传感器实时采集到的关于气候的风速、风向、雨雪等环境数据。

语音互动装置不仅可以跟人们进行语音互动，还有拟人化的效果。当开始工作时，它缓缓从装置里升起，同时展示蓝天白云的气象效果，让人们感受优良的环境，当关机时他又缓缓的降下去，就像小朋友睡觉一般。

Arduino通过气象站检测到中东、南、西、北四个方向的数据后，控制8x8魔方上面三个面中白色的显示位置，在设计者的视角方向，按照上北下南、左西右东的示意用白色的灯显示。

Arduino通过气象站检测到风速数据后，通过8x8魔方上方三个面中的两个面的颜色显示风速强度，从绿色到红色，逐步的标示风速由弱到强，8x8魔方下方三个面，颜色的红、蓝、绿颜色的变化速度也与风速成正比。

8x8x8全彩光立方采集雨雪传感器的数值，当检测到有雨雪气候的情况下，光立方展示下雨的效果，并且伴随着下雨声，让人声临其境。当没有雨雪的时候，光立方展示繁星点点的效果，并伴随着鸟鸣蝉叫的夜晚的声音，十分惬意。

上述互动效果使人们能够更直观地关注到环境的变化，且具有良好的互动效果，吸引人们积极参与到环境保护中来。

进一步完善该项目的设想

目前“环境数据互动展示装置”实现了气象台风速、风向、雨雪数据的采集、展示和互动效果，基本达到了预期。后续我们将加入更多的传感器，采集温度、湿度、气压、污染指数等数据，融合更多的互动元素，实现更丰富的互动效果。

这个环境保护相关项目特别有意义，将会继续研究下去。目前制作了16X16X16的光立方，融入更多的传感器数据，探索更好的可视化、互动效果，帮助人们更深入、全面了解环境的变化，促进人与环境之间的和谐共生。