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        巧用光的三原色
        ——用可編程電子積木和3D 打印設(shè)計(jì)制作光的三原色合成演示燈

        2021-09-28 11:43:24河北省唐山市第四十九中學(xué)解忠良
        發(fā)明與創(chuàng)新 2021年36期
        關(guān)鍵詞:藍(lán)燈三原色數(shù)據(jù)線

        河北省唐山市第四十九中學(xué) 解忠良

        河北省唐山市開平區(qū)教育局 李慧

        學(xué)校為發(fā)展創(chuàng)客教育,先后開設(shè)了3D打印、Scratch 創(chuàng)意編程、可編程電子積木(CUBIC)等創(chuàng)客課程。今年3 月5 日,我們以“學(xué)習(xí)雷鋒同志”為主題,組織學(xué)生設(shè)計(jì)制作“光的三原色合成演示燈”,其硬件外形由3D 打印技術(shù)制成,內(nèi)部為可編程電子積木,軟件來自Scratch 創(chuàng)意編程,采用Scratch PI對可編程電子積木進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。

        一、硬件部分

        1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        演示燈分為底座、頂蓋兩部分,底座(如圖1)為缺一面的六面體,長、寬、高各100 毫米。抽殼后,外徑長、寬各100 毫米,內(nèi)徑長、寬各94 毫米,厚3 毫米。

        圖1 底座

        頂蓋(如圖2)有外沿和內(nèi)沿。外沿的長、寬各110 毫米,厚4 毫米,內(nèi)沿的外徑長、寬各93.6 毫米,內(nèi)徑89.6 毫米,高8 毫米,厚2 毫米。蓋子高為12 毫米。

        圖2 頂蓋

        頂蓋有四個(gè)小孔,一個(gè)大孔。大孔直徑約為15 毫米,用以穿數(shù)據(jù)線。每個(gè)小孔的直徑約為5 毫米,成矩形分布(長:孔距=48 毫米,寬:孔距=32 毫米),用于安裝程控主機(jī)底座和RGB 彩燈。

        2.設(shè)計(jì)思路

        在設(shè)計(jì)頂蓋和底座時(shí),充分考慮到學(xué)校3D 打印機(jī)的打印精度為0.1 毫米,因此,底座的內(nèi)徑減去蓋子內(nèi)沿的外徑為:94 毫米-93.6 毫米=0.4 毫米。底座的橫截面是正方形,平均到兩邊,每個(gè)接觸面之間的空隙就是0.2 毫米。只有確保打印出的底座與蓋子蓋合時(shí)的間隙在0.2 毫米以內(nèi),才能讓頂蓋在嵌入底座后嚙合,如果間隙大于0.2 毫米,則不能蓋緊,間隙小于0.2 毫米,則蓋子不能嵌入底座。這里的0.2 毫米是頂蓋的內(nèi)沿嵌入到底座的內(nèi)徑后之間的理想間隙,也是設(shè)計(jì)底座與頂蓋大小的關(guān)鍵。

        3.外觀設(shè)計(jì)

        使用浮雕技術(shù)將雷鋒同志的四幅圖片雕刻在底座四周。

        二、軟件部分

        可編程電子積木使用樹上科技公司生產(chǎn)的CUBIC 基礎(chǔ)版,使用的電子積木有:控制器1 個(gè),RGB 全彩燈1 個(gè),數(shù)據(jù)線1 條。數(shù)據(jù)線用于將RGB 全彩燈連接在控制器的1口;軟件使用的是樹上科技Scratch PI 設(shè)計(jì)。

        1.燈光設(shè)計(jì)

        CUBIC 的RGB 全彩燈可發(fā)出紅、綠、藍(lán)三原色光,利用光的三原色原理進(jìn)行合成,形成七彩燈。

        紅光、綠光、藍(lán)光可合成的色光為:紅光+綠光=黃光;綠光+藍(lán)光=青光;紅光+藍(lán)光=品紅光;紅光+綠光+藍(lán)光=白光。

        2.程序設(shè)計(jì)

        程序設(shè)計(jì)如圖3。

        圖3 程序設(shè)計(jì)

        3.程序執(zhí)行順序

        紅燈亮,持續(xù)2 秒;

        紅燈滅,綠燈亮,持續(xù)2 秒;

        綠燈滅,藍(lán)燈亮,持續(xù)2 秒;

        藍(lán)燈滅,紅燈、綠燈亮,持續(xù)2 秒;

        紅燈滅,藍(lán)燈、綠燈亮,持續(xù)2 秒;

        綠燈滅,藍(lán)燈、紅燈亮,持續(xù)2 秒;

        紅燈、綠燈、藍(lán)燈全亮,持續(xù)2 秒;

        重復(fù)執(zhí)行以上程序。

        三、組裝與演示

        學(xué)生使用3D 打印機(jī)完成底座與頂蓋的打印后,通過連接銷和方框梁將寫入程序的核心控制器安裝在頂蓋上方,將RGB 全彩燈安裝在頂蓋下方,數(shù)據(jù)線通過頂蓋的大孔,一端接入控制器的數(shù)據(jù)1 口,一端接入RGB全彩燈上,再將頂蓋與底座蓋緊,光的三原色合成演示燈就制作完成了。打開開關(guān),就可以看到如圖4 的演示效果。

        圖4 演示效果

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