使用傳感器創(chuàng)建有趣的作品

這篇文章來源于DevicePlus.com英語網(wǎng)站的翻譯稿。

本文最初發(fā)布在deviceplus.jp網(wǎng)站上，而后被翻譯成英語。

本系列文章將專注于通過使用Raspberry Pi制作的簡單作品來學(xué)習制作電子設(shè)計的原理和基礎(chǔ)知識。此次的分享嘉賓是伊藤尚未先生，一位媒體藝術(shù)家和作家，以講解“更深層次的原理”而聞名。在本文中，我們將運用迄今為止所學(xué)到的所有原理和工作機制，來介紹創(chuàng)建新作品的技術(shù)和過程。

[目錄]

前言

使用光反射器的設(shè)計

關(guān)于電路板設(shè)計

結(jié)論

1. 前言

很高興再次見到大家，我是伊藤尚未。最近，我在不同的地方舉辦了幾場電子設(shè)計研討會，包括一些作品的展覽。我從這些經(jīng)歷中學(xué)到了很多。從本系列文章整體上看，今天這篇文章是第四篇。我們將使用我在第三篇文章中介紹的傳感器來構(gòu)建一些簡單的作品，讓我們開始吧！

2. 使用光反射器的設(shè)計

光反射器RPR-220是紅外LED和光電晶體管的組合，可通過將光反射到物體上來檢測物體存在與否。如果您閱讀技術(shù)規(guī)格書，可以看到其中寫著適用于復(fù)印機或辦公自動化設(shè)備等應(yīng)用，因此，這種產(chǎn)品可用來檢測紙張、齒輪和凸輪等機械物體的運動和位置。

可通過非接觸方式檢測齒輪轉(zhuǎn)動

那么，可以用光反射器和Raspberry Pi做什么呢？上次我嘗試了一個簡單的實驗，也就是使用一個LED，只要手指靠近它就會亮起。當我嘗試各種其他實驗時，我發(fā)現(xiàn)即使對象物體是透明的塑料，在某些條件下也會發(fā)生反應(yīng)。但如果調(diào)整角度，比如使之傾斜，它可能就不反應(yīng)了。我想可能是因為紅外光會在塑料表面被反射回來，有一部分光進入了光接收單元?？梢哉f，即使是透明物體，也并不意味著傳感器不起作用，而是傳感器的使用在不同的條件和環(huán)境下有其局限性。

所以您一定在想，“我能用這個做什么？”或“我能用這個做什么有趣的項目？”由于光反射器是用來檢測物體的，毫無疑問它的作用是檢測運動的物體。現(xiàn)在，讓我們先來嘗試連接4個光反射器。

我們來看看將它們水平排列，是否可以檢測運動。我在腦海中試著模擬了一下……結(jié)果差強人意！一定是天氣太熱了！但責怪天氣炎熱并不能解決任何問題。

無論如何，關(guān)鍵在于如何讓項目變得“有趣”。

如果手指或物體的運動是主要運動，最好將其更改為次要運動，然后檢測到這種運動并根據(jù)檢測結(jié)果進行某些控制，這個想法怎么樣？也就是說，讓開關(guān)并不是直接按下按鈕就可以打開，而是可以通過更困難的動作來打開。在這樣做的過程中，手和手指的運動會產(chǎn)生意想不到的動作。

基于上述想法，我嘗試布局4個傳感器，但不是直線的，而是十字形的。把它們固定到電路板上，但不是面包板上。這個電路板用于連接元器件，但我認為它還有另外一個功能，就是起到固定元器件的作用。為了減少搖晃，并使之能夠承受外部沖擊，這次我們將使用電路板（盡管如此，也還是有些限制的）。當然，也有人采取的是將元器件插入面包板并用熱熔膠槍固定的“實力行動”，但說實話與其這樣，還不如采用焊接的方式。

3. 關(guān)于電路板設(shè)計

電路板設(shè)計實際上比想象的要難。在本文中，我使用了通用電路板。但從另外的角度看，印刷電路板的設(shè)計非常靈活，因而設(shè)計本身是非常有趣的。盡管如此，由于涉及蝕刻和鉆孔等許多麻煩的工作，哪種方式更好真的取決于個人判斷。

這一次，我們使用了15 x 15孔的通用電路板。由于4條電路呈十字形排列，因此每個單元采用相同的排列就可以了。 這里所說的“單元”其實只是一個光反射器和一個電阻器。
現(xiàn)在，由于我想讓GND通用，所以我采用回轉(zhuǎn)的布局方式，將連接到Raspberry Pi的 GPIO的引腳部分盡量都配置在一個位置。電源等也是與GPIO輸入/輸出分開布局的。

這部分經(jīng)常有人會看錯。上圖是從元器件側(cè)觀看的電路板視圖。而焊接面（也就是實際連接線路的那面）則如下圖所示：

接下來我們進入焊接部分。由于這次我們使用的是通用電路板，因此將使用器件引腳和鍍錫線等進行焊接。既然說到了焊接，我想借此機會復(fù)習一下焊接的基礎(chǔ)知識。

實際上，焊接效果取決于所用電烙鐵的性能，而且在很大程度上取決于烙鐵頭的狀況。如果能使用可調(diào)節(jié)溫度的昂貴焊接工具當然很好，但就我而言，由于我經(jīng)常教孩子，所以我用的是孩子們可以用自己的零花錢買得到的相對便宜的電烙鐵。

關(guān)鍵點是要適度加熱需要焊接的點，直到焊料能薄薄地均勻地熔化在烙鐵頭上。這個“適度”部分是最難把握的，但“熟”能生巧。由于焊接也是一種技術(shù)，因此，您可以通過認真地練習來掌握這門技術(shù)。

焊接完成后，電路板就制作完成了。

我的焊接技術(shù)并不是很高，所以在此獻丑了，背面（焊接面）是下面這樣的感覺：

然后，我將完成的電路板放入下面這樣一個盒子里。做一個十字形的切口，把光反射器嵌在里面。將一顆彈珠放在這個切口中并傾斜盒子使之滾動。這里的機理是當彈珠滾動時光反射器會做出反應(yīng)。我們暫且稱之為“傾斜控制器”吧。

然后，我們將它插入到Raspberry Pi的GPIO接口，讓它能夠工作起來。您可以使用這款傾斜控制器來讓電機運轉(zhuǎn)，不過我先嘗試了一種最簡單、最基本的項目——讓小貓動起來【這里的“小貓”是指兒童編程軟件Scratch的吉祥物Scratch貓-譯注】。我嘗試在Scratch上創(chuàng)建了下面的程序：

GPIO使用 4、17、22和27，并使它們保持在Pullup狀態(tài)。由于是Pullup狀態(tài)，所以正常傳感器的值為1。如果光反射器有反應(yīng)，傳感器值就會變成0。小貓會根據(jù)變?yōu)?的GPIO值來改變移動方向。

可以看到，貓會沿著傾斜方向行走。

結(jié)論

我的一些熟人是優(yōu)秀的工程師，但他們當中有些人從未焊接過。其實焊接本身出乎意料地有趣，所以希望大家務(wù)必嘗試一下。

焊接似乎成了本文的主題，但我認為更重要的是“有趣的創(chuàng)意和實現(xiàn)創(chuàng)意的技術(shù)”。 下一篇文章中，我想談?wù)勈褂帽O(jiān)視器屏幕作為界面能實現(xiàn)什么。

DevicePlus 編輯團隊

設(shè)備升級版適用于所有熱愛電子和機電一體化的人。

審核編輯：湯梓紅