Mixly开源项目设计6：自制电压表

吴俊杰

我们在谈创客教育的教育价值时，首先注意到的是驾驭感，即学生能够以一种学以致用的方式去驾驭所学的知识，通过具体的实物，而不是简单通过指向个体成绩的试卷来评价自己，这种驾驭感在我们放大创客教育的适用领域时仍然是成立的，如数学老师希望自己和学生能够驾驭数学学科，像数学家一样思考；其次是获得感，即师生能够通过创客嘉年华、创意集市、微商、众筹等多种模式获得实实在在的知识产权收益，单纯对精神世界的追求相对于大多数人而言，是比较高的，而更多的人更是靠着物质的驱动而获得下一步努力的动力，事实上物质成就也是一个比较准确的衡量标准，尤其对于一些有厌学倾向或者动力不足的人，抑或是对于像职业技术学校学生这类很快就要面临真实工作情境的挑战的学习者来说，创客教育的获得感就显得尤为重要；最后是存在感，互联网使得地域间的协作变得越来越容易，人的存在感来自于对自我的认识和在团队中积极角色的认识，这种存在感是一个稳定的团队协作过程中不可或缺的组成部分，这种存在感并不是一种个人主义，高高在上，而更像是一瓶水里面放了大小轻重不同的石子，我们摇晃一下，静静地等待，石子自然会分层，各自找到自己应有的位置。丰富多彩的小组创客活动，便是促进学生自知的容器，相比于石子的客观属性，在活动中应该注重激发学生的主观能动性和自我超越的潜能，这样做一方面解决了“我是谁”这种存在感方面的问题，另一方面又解决了“我该如何存在”这种获得存在感方面的问题。本次，我们将做一个学以致用且在今后的学习中又很常用的创客项目——自制一个指针式的电压表。

制作：舵机的连接

在UNO控制板中，USB口朝上在POWER区的5V和GND之间能够提供500mA的电流，而普通的发光二极管只需要10mA的电流，这意味着该端口可以驱动像小灯泡、舵机这种需要大电流的设备，反之像LED这种小电流设备直接插到这个端口上则会因过热而烧毁。

我们可以观察一下180度舵机（如图1），它有三根数据线，红线代表5V，棕色代表信号线，土黄色代表地线，它将输入控制舵机角度的控制信号。180度舵机顾名思义就是它的控制角度可以从0度到180度，刚好是一个半圆，很方便用来模拟指针式电表的操控效果。

为舵机插三根两端等长的排针，将信号线一端的排针弯折90度，以便于后续绕线的工作，另取一根排针插到右侧的8号引脚的位置，并将其和之前的信号线引脚用绕线器连接起来，接通电源后我们发现，如果用手触摸UNO控制板的底部焊点，舵机的角度有时会不断变化（如图2）。

产生这种现象的原因是，在程序中舵机的角度由A0端口的电压控制，手触碰焊点的时候，可能会将A0端口和5V或者GND导通，导致A0端口的电压变化，这正是自制电压表的原理所在。

我们在A0端口接一根红色的数据线，在GND端口也用排针引出一根黑色的数据线，另一端都有鳄鱼夹连接（如图3）。用黑线接干电池的负极，红线接干电池的正极，我们发现，舵机稳定到一个固定的角度不动了，这说明每一个舵机的角度都和一个稳定的电压输入一一对应，接下来，我们根据这个原理绘制电压表的表盘。

在盒子上挖孔，将舵机固定在盒子上，舵机转盘上固定一个吸管作为指针，将红色夹子连接到5V，此时指针的角度为180度，将红色的夹子连接到GND，此时指针的角度为0度。0～180度对应着0～5V的电压，这样将指针角度平分10等份，我们就得出了将5V分成分度值为0.5V的各个刻度。

至此，我们再将一节干电池放在电压表上测量，发现其指针在1.5V附近停止（如图4），放一节纽扣电池测量会发现指针在3V附近停止，这说明，我们的电压表已经能够成功地测量电压。

改装：用探究的方法解决指针振动的问题

在实验的过程中，我们发现当电压表没有测量值的时候，舵机指针会随着空气中随机的电磁干扰而乱动，但在将红色的夹子和黑色的夹子接起来以后，我们可以看到指针回到了0V的位置，这和我们一般使用的电压表是一致的，即在不接被测量的器件时，电压表的指针应该停留在0V的位置。

但是，我们期望在不接任何设备的时候指针仍然不要摆动，解决这个问题的方法是在0V和A0之间连接一个大电阻，在不测量电压的时候将A0的测量值变为0，由于电阻的阻值比较大，它不会影响到电压的测量值，实验电路如图5所示。

这样我们就完成了一个可以正常工作的电压表，由于电压是一个重要的测量量，在我们以后学习各种传感器的原理时，它还可以起到很重要的作用。

玩转：舵机控制揭秘

舵机是一种精密的控制角度的装置，在Mixly中，舵机控制指令在执行器菜单时，我们需要数学菜单的映射功能，将0～1023的数值换算为0～180之间的数值（如图6）。

由于A0端口的数值相对于A0端口的电压是正比例关系，这样我们就将舵机的角度和A0端口的电压一一对应起来了。

分享：给自制电压表添加一个说明书

创客课程如果按照大的学科分类，可以分为电子与程序、材料与结构、科学探究和数学建模以及媒体传播和文案写作四大类，而对于一个综合的创客项目的完成，常常需要这四个领域的能力的配合。例如，这个自制电压表的例子，如何给它设计一个实用的说明书呢？我们首先可以参考一下其他电子产品的说明书的格式，既有小册子的样式，又有折页的样式，这就涉及页面的排版问题。此外，如果采用黑白打印，图片的打印效果可能不够好，这时可能需要绘制示意图用剪贴画的方式表示电压表的使用方式。因为电压表需要用户自己用绕线器连接起来，因此可能还需要一个二维码来介绍电压表的使用方式。至此，我们发现如果设计电压表的说明书，需要综合应用多种信息技术设备和手段，甚至还涉及视频的制作和编辑工作。一个好的教学设计可以是把复杂的过程讲简单，同样也可能是把简单的过程变复杂，以一个创客项目为载体，自然串联多种信息技术手段，让学生在真实的、综合的情境中，合理运用各种技术手段，这个过程中自然形成的项目小组和协作关系，将会让师生共同享受驾驭感、获得感和存在感带来的实实在在的创客的幸福。

本案例的分享视频将会在以下公众号中陆续登载。