這篇文章來源于DevicePlus.com英語網(wǎng)站的翻譯稿。

在今天的文章中，我們將提供一個使用Arduino構(gòu)建電子套件的新方案，本文分為第1部分和第2部分。這個獨(dú)特的電子套件創(chuàng)意來自藝術(shù)家平原真，他的作品主要以“關(guān)系”為主題。大阪藝術(shù)大學(xué)副教授平原先生使用電腦和電子設(shè)備制作了許多媒體藝術(shù)作品。近年來，他主要研究如何使用木材和石頭等天然材料制作3D作品。那么，現(xiàn)在我們來開始探索今天的內(nèi)容吧。

簡介

在本文中，我想要介紹一個使用太陽能的實例。通過這個例子，您可以觀察到由太陽能電池板供電，并通過LED展現(xiàn)外觀的數(shù)字生物。首先請觀看以下視頻。綠色光點(diǎn)代表的是草，由太陽能供電產(chǎn)生，其他光點(diǎn)代表吃草的動物。動物在吃飽時會自我繁殖，或者您可以通過敲擊設(shè)備來生成這些光點(diǎn)。

該數(shù)字生態(tài)箱是一個虛擬的飼養(yǎng)箱。它利用背面的太陽能電池板來產(chǎn)生電力。動物可進(jìn)行移動并吃草，吃飽后進(jìn)行繁殖。當(dāng)您敲擊盒子時，也會有新的動物產(chǎn)生。

概念

不知您是否聽說過Vivarium？可能很少人了解這個詞。Vivarium是一種生態(tài)形式，指的是將植物和小動物放置在一個玻璃容器中，以接近自然環(huán)境的方式對其進(jìn)行培育。最初，設(shè)計這種生態(tài)箱是為了復(fù)制來自偏遠(yuǎn)地區(qū)的動植物的生長環(huán)境來讓它們存活。后來，它成為了一種流行的裝飾品。

在本次要介紹的電子套件中，我想通過使用太陽能電池板和LED矩陣，再現(xiàn)依靠外部光能保證生物生存的生態(tài)箱機(jī)制。草在5 x 5 LED矩陣中一點(diǎn)一點(diǎn)地生長。動物向長得最快的草的方向移動。在移動時，它會消耗一定的生命值，在生命值消耗至0時就會死亡。而進(jìn)入草叢并吃掉食物后，動物的體能會增加。如果某只動物的體能超過了上限，就會增加相同顏色的動物。如果動物的數(shù)量增加太多，植物的數(shù)量就會減少，這意味著動物也將無法存活。因此維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡至關(guān)重要。

創(chuàng)意草圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

我們從設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)圖開始。
電源使用太陽能電池板，微控制器主板選擇的是易于使用的小型Arduino Pro Mini 328，顯示設(shè)備使用的是易于接線的全彩串行LED燈帶。此外，除了顯示功能，我們還需要使用加速度計來實現(xiàn)用手指對設(shè)備進(jìn)行控制。

根據(jù)整體結(jié)構(gòu)對其中的各個元器件進(jìn)行選擇。由于需要均衡所有部分的空間布置，我們將選擇占用空間小的元器件。

LED

有多種形狀的LED可供選擇，例如炮彈型和表貼型，最后我們決定使用全彩串行LED燈帶，因為它易于接線、表現(xiàn)力極佳且易于控制。為了排列成網(wǎng)格，請將其切成五塊，然后進(jìn)行拼接。

全彩串行LED燈帶

Arduino Pro Mini 328

為了便于攜帶，我們將使用一個小型Arduino，它可以插入帶有外圍電路的面包板。Arduino Pro Mini 328有兩種類型，5V和3.3V，我們將使用5V類型，因為全彩串行LED燈帶的電源電壓為5V。

Arduino Pro Mini 328（5V 16MHz}

太陽能電池板

施加相同電壓時，電流會隨電池板面積的增加而增加。我們選擇了可以提供5V及其以上電壓（可以點(diǎn)亮LED），且尺寸便于攜帶的太陽能電池板。

OPL55A27101（5.5V 270mA）

傳感器

許多加速度計都是3.3V，但是Arduino Pro Mini 328沒有3.3V輸出，所以我找到了可以在5V下運(yùn)行的加速度計。當(dāng)使用3.3V傳感器時，需要使用三端穩(wěn)壓器來降低電壓。

Adafruit LIS3DH 三軸加速度計

元器件清單

該價格不包含運(yùn)費(fèi)。

構(gòu)建電路

接線圖和電路圖
現(xiàn)在我們將為該作品制作接線圖和電路圖。把Arduino Pro Mini 328、加速度計以及DC插座配置在面包板上。如果面包板上的直跳線較硬，那么這些接線將會比較整齊。為了將黃色和綠色跳線連接到Arduino Pro Mini 328排針，我們使用公對母轉(zhuǎn)接線。使用長的軟跳線在外部連接一個全彩串行LED燈帶。由于太陽能電池板也被用作外部蓋板，因此需要在引線上安裝一個DC插頭，以便于連接。
電路圖顯示了電路連接原理，而接線圖會考慮到實際尺寸以及元器件的位置關(guān)系。如果您對此感覺不習(xí)慣，可能會覺得直接按照電路圖來創(chuàng)建接線圖更簡單，但是當(dāng)您之后對制作自己的電路或者構(gòu)建別人的電路更加熟練時，就會很容易理解這種接線圖了。

接線圖

電路圖

步驟1：焊接排針
將附帶的排針焊接到Arduino Pro Mini 328等電路板上。注意不要弄錯安裝方向。

Arduino Pro Mini 328
將電路板長邊一側(cè)的12 x 2排引腳焊接到元件安裝面上。短邊一側(cè)有6個引腳，SDA和SCL焊接在印有l(wèi)ogo的一側(cè)。

加速度計
焊接元件安裝面的所有引腳。

DC插座
將排針和DC插座焊接到電路板上。要用更多的焊料將DC插座固定到位。

步驟2：將DC插頭連接到太陽能電池板上
將DC插頭焊接到太陽能電池板引線的尖端。拆開DC插頭，將引線穿過塑料管。去除引線尖端的薄膜并稍微浸泡一下焊料。預(yù)先將焊料放在DC插頭支架上。把負(fù)極（黑色）引線焊接到支架的較長端（遠(yuǎn)離中心位置），正極（紅色）引線焊接到較短端（靠近中心位置）。

步驟3：全彩串行LED燈帶的臨時接線
為了進(jìn)行測試，將LED燈帶進(jìn)行臨時接線。剪斷跳線連接器并去除約3毫米的涂層。把焊料涂在裸露的銅線上。焊接全彩串行LED燈帶的末端（箭頭底部）。注意不要施加過多熱量，不然燈帶會發(fā)生變形。

步驟4：組裝面包板套件
根據(jù)接線圖布置Arduino Pro Mini 328。全彩串行LED燈帶的接線以及連接Arduino Pro Mini 328和加速度計SDA、SCL的跳線是軟的，其余的連接線為硬線。

操作測試

電路構(gòu)建已經(jīng)完成，現(xiàn)在我們來對每個部分的功能進(jìn)行測試。

讀取Arduino Pro Mini 328
本次使用的USB串口轉(zhuǎn)換適配器具有切換工作電壓的功能。由于使用的是電壓為5V的Arduino Pro Mini 328，因此在5V端安裝跳線針。

將USB數(shù)據(jù)線連接到USB串行轉(zhuǎn)換適配器，然后連接您的PC和Arduino Pro Mini 328。雖然連接方向可以是任意的，但是請確保USB串行轉(zhuǎn)換適配器部分朝內(nèi)。

打開Arduino IDE的菜單進(jìn)入[Tools]> [Board]，選擇Arduino Pro或者Pro Mini，然后進(jìn)入[Tools]> [Processor]，選擇ATmega328P （5V, 16MHz）。

我們來寫入一個示例進(jìn)行測試。在菜單中打開[File]> [Sketch Example]> [01.Basic]> [Blink]。如果Arduino Pro Mini 328上的小LED開始閃爍，那就證明您成功了。

LED 測試

下載庫
使用Adafruit提供的NeoPixel庫來控制全彩串行LED燈帶。使用以下鏈接下載該庫，并將其放在Arduino IDE的庫文件夾中。

https://github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

示例草圖
現(xiàn)在我們來寫入一個示例草圖，看看它是如何工作的。在菜單中打開[File]> [Sketch Example]> [Adafruit NeoPixel]> [Simple]。前面的LED一個接一個被點(diǎn)亮，然后在16個LED被點(diǎn)亮之后熄滅。

加速度計測試

下載庫
這次要測試的是加速度計，從以下頁面中下載I2C或SPI的名為“Adafruit_LIS3DH library”和“Adafruit_Sensor”的兩個庫，并將其放在Arduino IDE的庫文件夾中。

https://learn.adafruit.com/adafruit-lis3dh-triple-axis-accelerometer-breakout/arduino

示例草圖

我們使用該示例測試加速度計對敲擊的檢測。從Arduino IDE菜單中打開[File]> [Sketch Example]> [Adafruit LIS3DH]> [acceldemo]并寫入草圖。如果您打開串行監(jiān)視器并用手指點(diǎn)擊面包板，您可以看到每個軸的變化值。

Arduino IDE 菜單

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設(shè)備升級版適用于所有熱愛電子和機(jī)電一體化的人。

審核編輯黃宇