河北省唐山市第四十九中學 解忠良

河北省唐山市開平區(qū)教育局 李慧

學校為發(fā)展創(chuàng)客教育，先后開設了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“學習雷鋒同志”為主題，組織學生設計制作“光的三原色合成演示燈”，其硬件外形由3D 打印技術制成，內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行程序設計。

一、硬件部分

1.結構設計

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）有外沿和內沿。外沿的長、寬各110 毫米，厚4 毫米，內沿的外徑長、寬各93.6 毫米，內徑89.6 毫米，高8 毫米，厚2 毫米。蓋子高為12 毫米。

圖2 頂蓋

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

2.設計思路

在設計頂蓋和底座時，充分考慮到學校3D 打印機的打印精度為0.1 毫米，因此，底座的內徑減去蓋子內沿的外徑為：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的間隙在0.2 毫米以內，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 毫米是頂蓋的內沿嵌入到底座的內徑后之間的理想間隙，也是設計底座與頂蓋大小的關鍵。

3.外觀設計

使用浮雕技術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的CUBIC 基礎版，使用的電子積木有：控制器1 個，RGB 全彩燈1 個，數據線1 條。數據線用于將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 設計。

1.燈光設計

CUBIC 的RGB 全彩燈可發(fā)出紅、綠、藍三原色光，利用光的三原色原理進行合成，形成七彩燈。

紅光、綠光、藍光可合成的色光為：紅光+綠光=黃光；綠光+藍光=青光；紅光+藍光=品紅光；紅光+綠光+藍光=白光。

2.程序設計

程序設計如圖3。

圖3 程序設計

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，藍燈亮，持續(xù)2 秒；

藍燈滅，紅燈、綠燈亮，持續(xù)2 秒；

紅燈滅，藍燈、綠燈亮，持續(xù)2 秒；

綠燈滅，藍燈、紅燈亮，持續(xù)2 秒；

紅燈、綠燈、藍燈全亮，持續(xù)2 秒；

重復執(zhí)行以上程序。

三、組裝與演示

學生使用3D 打印機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，數據線通過頂蓋的大孔，一端接入控制器的數據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，就可以看到如圖4 的演示效果。

圖4 演示效果