Mixly开源项目设计22：小夜灯相框的设计与应用拓展

江伟 杨兴丽

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》明确提出：“着力提高学生服务国家、服务人民的社会责任感，勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力。着力培养学生良好的审美情趣，努力使学生具有中华文化底蕴、中国特色社会主义共同理想、国际视野，成为社会主义合格建设者和可靠接班人。”这一系列要求的提出，契合了当前创客教育的培养目标。而我们在进行学校创客教育实践的过程中，首先让学生思考的就是自己的创意除了可以为自己的生活和学习带来便利，更多的是能对别人、对社会产生什么样的影响。

例如，2018年科技创新兴趣小组的第一个产品是“小夜灯相框”，学生们首先想到的是：街上的路灯彻夜通明，会浪费多少电；进入漆黑的房间，一时找不到电灯开关，那是多么急人的一件事；房屋装修，不得不在某一个显眼的位置安一盏灯，那是多么影响美观而又不迫不得已的一件事。如果让小灯藏在画中，当人经过时点亮，而人一旦离开，又会自动熄灭，会不会给我们的生活带来更多温馨？讨论这些，学生们是兴奋的，通过自己的发明，能为别人分忧，学生的成就感油然而生。

● 基本要求

（1）相框的图片要精美，且要与灯或者光明有关，图片本身应充满诗情画意。

（2）相框装饰有艺术感，且与图片内容相配合，构成一个整体。

（3）LED灯在相框中要摆放合理，具有艺术性。

（4）情况①：当人走近时小灯亮起，人离开后小灯自动熄灭；

情况②：当人击掌时，小灯亮起，人离开后小灯自动熄灭；

情况③：在小灯亮起时，播放一段音乐；

……

● 硬件需求

1.制作艺术相框（如图1）

首先，对家庭的装修风格进行考察，从整体上考虑相框的风格，如果是中式风格就选一些明清样式的相框，如果是欧式风格就选一些哥特式的图案，如果是儿童房，当然就选富有童趣的相框作品。

然后，利用学校的数控雕刻机和锯床制作富有个性化，又与房间整体布局一致的艺术相框。在制作相框的同时，考虑控制板的安装位置和布线的规范。可以仿照挂钟的布局方式，将控制板安装在鐘芯的位置，也可以安装在一侧或下方。

最后，加一块后盖板，将所有线路和控制板隐藏起来，做成一个规范的产品包装。

2.Arduino控制板

为了节约空间和便于安装，我们采用迷你控制板和9V电池供电，如上页图2所示。

3.七彩LED高亮小灯

为了让画面呈现更丰富的色彩，我们采用高亮多彩小灯，可以通过编程改变RGB值的办法让同一盏小灯呈现丰富多彩的灯光效果（如上页图3）。

4.关于灯火及星光等的精美图片

图片可以自己绘制，也可以在网络中选取合适的图片并用彩色打印机打印出来，甚至可以用激光切割机进行直接切割，形成立体的装饰画（如图4）。

5.功能性拓展器材

（1）人体红外线传感器。图5元件可以检测到人体的热释电红外线，是一种较特殊的红外线传感器。当附近有人走动时，会产生微弱的红外线辐射，此类红外线会被模块检测到，并输出电平信号；当附近没人或者人停止移动时，就不触发事件。它就像青蛙的眼睛一样，只对移动的红外线信号产生反应。依据此功能，我们可以把产品改装为自动门铃、温馨提示台等。

（2）小喇叭及MP3播放模块。小喇叭主要用于提示音设置，如果要加入语音或歌曲提示，需要增加MP3模块配合使用（如图6）。MP3播放模块存放在SD卡中的MP3文件中，注意SD卡中的MP3文件应当存放在一个MP3文件夹中，并且这个文件夹必须放在SD卡的根目录上，MP3文件夹中的音乐文件名称前4个字符必须是数字，如0002、0035、0289等。编写程序时就用文件的序号指定播放文件。

（3）微型开关。主要用于一段时间关闭所有功能或部分功能而设计。

（4）杜邦线等。

● 制作步骤

1.相框制作

使用数控雕刻机不但可以制作出规范形状的相框作品，还可以根据家庭装修风格制作出具有复杂雕刻工艺的浮雕作品（如图7）。与一般相框不同，本相框背部设计为一个盒子状，用于隐藏布线和安装控制板。在盒子内部设计用于卡线的线槽，如图8所示，两种不同的布线方式，所用到的程序也不同，呈现出来的效果也不同，第一种布线可以实现多灯异步点亮，第二种只能实现两种状态。最后，在相应的地方用钻床打出合适的安装孔，用于安装LED彩灯。

2.控制板及线路安装

可以采用标准Arduino控制板，也可以采用迷你控制板，如果要制作较复杂的布线，可以增加一块扩展板用于更多接口的设计，再安装一块9V电池，基本线路就完成了。如果不用电池供电，而是使用220V市电，可使用9V充电器代替电池（如上页图9）。

画框最上方为人体红外线传感器，用于检测人体离画框的距离。下方为喇叭，可以呼入控制板中的音乐程序。

3.程序设计及调试

运用Mixly进行编程，设计思路如图10所示，基础程序如图11所示。

4.产品展示（如图12）

在产品的开发过程中，不但培养了学生的程序思维、工程思维，更重要的是使其在主动动手实践的过程中体验了发现美、创造美的过程，体验了为社会、为家庭、为他人贡献智慧所带来的乐趣。

● 产品后期拓展

1.音乐门将小门童

如图13所示，我们用LED代替老虎脖子上的铃铛，将小喇叭安装到小朋友嘴巴的位置，当有客人到来时，自动播放欢迎辞，给人以新鲜而热情的感觉。反之，可以充分利用人体红外线传感器的功能，将其改装成音乐门铃，提示主人有客人到访，如果再加入摄像头模块，就变成了一个隐形的监控器，将门口的信息及时传递到室内，进而帮助主人辨别来客身份。

2.储柜指示灯

日常，外部的灯光很难照到储物柜的最深处，我们利用人体红外传感器，就可以在外部灯光照不到的地方安装感应灯，当手伸到这些地方时，小灯自动亮起，可以帮助我们迅速找到需要的物品。