基于Arduino的太陽能電池板數(shù)字生態(tài)箱（第2部分）

這篇文章來源于DevicePlus.com英語網(wǎng)站的翻譯稿。

承接第1部分的內(nèi)容，我們將在第2部分中繼續(xù)使用Arduino制作有趣的電子產(chǎn)品。在上文中，我們從組裝電路進(jìn)行到加速度計(jì)測試，這次，我們將完成硬件的制作。這個(gè)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)在讓我們一起來探索“基于Arduino的太陽能電池板數(shù)字飼養(yǎng)箱”的第2部分（也是最后一部分）。

硬件

步驟分解
我們首先從組裝外部組件和安裝電子元器件開始。過程如下：

用激光切割材料

組裝主體

LED接線及安裝

安裝太陽能電池板

步驟1：用激光切割材料

材料是用激光加工機(jī)切割出來的。外部是3mm厚的椴木膠合板。從左邊起依次為：LED表面，太陽能電池板表面，兩個(gè)側(cè)面和LED底座。LED底座上的刻線用于在粘貼LED時(shí)使其對齊。

可能很難看清楚，其實(shí)在下圖的右上角有一個(gè)1mm厚的半透明亞克力板。它用于幫助擴(kuò)散來自全彩串行LED燈帶的光。

請下載并使用以下鏈接中提取的數(shù)據(jù)。按照紅線切割，按照黑線刻畫標(biāo)記。在實(shí)際工作時(shí)，請務(wù)必根據(jù)您使用的激光機(jī)來調(diào)整設(shè)置。

>> CutData.ai

步驟2：組裝主體

在兩側(cè)邊緣涂上木工粘合劑，然后將這四塊板和LED以及太陽能電池板粘貼在一起。粘合后立即夾緊并固定到位。如果您擔(dān)心粘合的強(qiáng)度不夠，可以將一小塊木頭貼在粘合位置的拐角處進(jìn)行加固。

步驟3：LED接線及安裝

將燈帶分割成5個(gè)單獨(dú)的全彩LED燈帶。電極中間可以用鉗子剪開。將跳線保留在臨時(shí)接線時(shí)的位置。

將單獨(dú)的全彩串行LED燈帶沿對準(zhǔn)標(biāo)記粘貼到底座上。這個(gè)時(shí)候，請注意在臨時(shí)接線時(shí)所連接的跳線應(yīng)在左上角位置，且電極方向與劃線箭頭方向一致。

各個(gè)全彩串行LED燈帶的電極之間通過硬跳線進(jìn)行連接。電極之間的內(nèi)側(cè)距離約為11mm，中間距離約為17mm，外側(cè)距離約為23mm。左上方連接跳線的LED編號為0，其余LED編號按照連接順序遞增，因此右下方LED編號為24。

現(xiàn)在，我們戳一下面包板上的跳線，然后檢查其是否斷開。將LED示例程序（[Adafruit NeoPixel]> [Simple]）中NUPIXELS的值從16改為25即可完成。如果LED都呈綠色亮起，就表示沒有問題。

#define NUMPIXELS 16

↓

#define NUMPIXELS 25

步驟4：安裝LED底座和面包板

依次疊加椴木膠合板（LED表面）、亞克力板、LED底座，然后用四個(gè)螺絲將它們固定到位。連接著全彩串行LED燈帶的跳線應(yīng)從板之間布線到內(nèi)部。墊片使用非導(dǎo)電墊圈（M2）。由于間隙越厚越利于光的擴(kuò)散，因此請根據(jù)自己的需要將間隙距離調(diào)整到約0.5mm至1mm之間。

將面包板連接到LED底座的中心。面包板的背部也有雙面膠帶，所以將離型紙撕下并將面包板貼上。請注意，如果您在安裝后嘗試移除面包板，那么里面的引腳將會脫落。將連接了全彩串行LED燈帶的跳線插入面包板的電源、GND和6個(gè)引腳。

步驟5：用3D打印機(jī)制造太陽能電池板托架

用于固定太陽能電池板的托架通過3D打印技術(shù)制造。從下面的鏈接下載STL文件，并使用3D打印機(jī)打印托架。請打印出兩個(gè)相同形狀的托架，層壓設(shè)置分別為粗糙和精細(xì)。

>> SolarPanelFixture.stl

首先，用螺絲將一個(gè)托架固定在太陽能電池板頂部的內(nèi)側(cè)。3D打印機(jī)打印出來的托架上有一個(gè)未切割的2mm孔。用M2平頭螺釘鉆孔并將其固定。

接下來，在將太陽能電池板插入上側(cè)托架的同時(shí)，用螺釘固定下側(cè)托架。

步驟6：硬件制作完成！

將太陽能電池板DC插頭插入面包板上的DC插座，此時(shí)所有的硬件應(yīng)已經(jīng)準(zhǔn)備齊全。

然后，為了在Arduino Pro Mini 328上寫入草圖，移除下側(cè)的托架，并拆下太陽能電池板。

草圖

完成步驟
接下來，我將詳細(xì)介紹寫入草圖的所有步驟：

管理庫

以二維數(shù)組方式管理LED

種草

養(yǎng)動物并管理多種生物

動物在加速度計(jì)發(fā)生感應(yīng)時(shí)增殖

管理庫
我們將使用Adafruit提供的Neo Pixel和加速度計(jì)LIS3DH庫。此外，我們將定期使用一個(gè)名為[MsTimer2]的指定函數(shù)。從Arduino IDE菜單中選擇[Sketch]> [Include Library]> [Manage Library]來打開庫管理器。在搜索字段中輸入[MsTimer2]，然后從顯示出來的選項(xiàng)中進(jìn)行選擇并安裝。

管理矩陣中的LED
LED燈帶從0到24連續(xù)編號，但為了更容易表達(dá)動植物的位置，可以換為用橫縱坐標(biāo)來表示。LED編號存儲在二維數(shù)組中。

查看源代碼 GitHub托管項(xiàng)目ledMatrix.ino。

種草
創(chuàng)建一個(gè)5 x 5的二維數(shù)組，該數(shù)組用于保存草的生長情況以及每幀中在隨機(jī)位置種草。

查看源代碼 GitHub托管項(xiàng)目grassMatrix.ino。

養(yǎng)動物

定義一個(gè)結(jié)構(gòu)來處理和保存動物的參數(shù)。動物信息通過這一系列動物結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理。動物結(jié)構(gòu)有一個(gè)生/死標(biāo)志，如果它沒有死，那么會進(jìn)行移動和覓食。接下來，將一只動物移向最茂密的草叢。當(dāng)進(jìn)入草地部分時(shí)，動物開始進(jìn)食，并將草的生長水平設(shè)置為0，然后將這一部分的攝入添加到動物的體能中。同時(shí)，每一幀都會消耗一定的體能，如果體能降到0，動物就會死亡。

增殖動物

有兩種方法可以增殖動物。一種是當(dāng)主體倒下以及檢測到一定程度的振動時(shí)。這種情況下，一個(gè)隨機(jī)顏色的新動物將會出現(xiàn)在屏幕中間。

另一種是當(dāng)動物吃草并且體能達(dá)到極限時(shí)。動物的體能將會減半，并增加相同顏色的動物數(shù)量。

總結(jié)

做得好！您已經(jīng)完成了！如果您將太陽能電池板朝向太陽，我相信光點(diǎn)會開始移動。當(dāng)它開始移動尋找食物時(shí)，看起來確實(shí)像一個(gè)生物。那么，您對通過重寫種草方式和動物的運(yùn)動方式來創(chuàng)建自己的原始生態(tài)系統(tǒng)有何感想呢？

這就是對這個(gè)系列的總結(jié)了。通過這兩部分內(nèi)容，我們學(xué)習(xí)了如何使用Arduino制作由太陽能電池板供電的數(shù)字飼養(yǎng)箱。我希望每個(gè)人都可以利用這些知識來制造一些真正獨(dú)特的東西。

DevicePlus 編輯團(tuán)隊(duì)

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