智控加湿器创意设计

主讲人：沈志宏

沈志宏 上海外国语大学附属浙江宏达南浔学校信息技术教师，浙江省湖州市技术能手，南浔区教学明星，3D打印造型师（国家职业资格三级）。辅导的学生在2017全国中小学生电脑制作活动中获3D创意设计三等奖，2018年第二届湖州市“南太湖计划”青少年创客大赛中荣获一等奖，2019年中国科学院ACME未来科技挑战赛无人机自动巡航与定点降落竞赛中夺得冠军。个人著作《轻松玩转3D One与3D打印》《给3D One点颜色——轻松玩转三维建模与3D打印》由人民邮电出版社出版并公开发行。

教学背景

随着冬季的到来，教室、办公室、住宅的空调使用率上升了。空调制热功能的使用会使室内空气变得异常干燥，人的皮肤和身体都会出现不舒适的感觉。研究证明，人在湿度指数为50～60的环境中最感舒适，所以很多人会在使用空调制热时打开加湿器，补充室内的湿度。

本项目以人体最舒适的湿度值为依据，带领学生设计并制作一款智控加湿器。当湿度低于60时，加湿器会自动开始工作;当湿度高于60时，加湿器将自动停止工作，时刻保持一个让人舒适的环境湿度。

教学目标

学会利用3D One 设计智控加湿器的外壳，并结合硬件合理设计安装位，培养学生的动手能力和设计思维;了解好好搭搭“好搭酷Mini”、DHT11数字温湿度传感器模块、OLED模块的工作原理;学会通过编程实现根据湿度值控制加湿器的工作，培养学生的计算思维、高阶思维。

材料准备

好好搭搭“好搭酷Mini”、OLED模块、DHT11数字温湿度传感器模块、锂电池、开关、杜邦线、加湿器模块、USB模块、水瓶、电烙铁、热熔胶枪、游标卡尺。

教学重点与难点

教学重点 根据加湿器的功能和特点设计个性化的智控加湿器外壳，同时根据开源硬件的尺寸实现各模块及线材的精准安装。

教学难点 理解好好搭搭“好搭酷Mini”、DHT11数字温湿度传感器模块、OLED模块的工作原理，通过编写程序实现根据湿度值控制加湿器工作的功能。

教学过程

一、情境导入，提出问题

播放一段教师们一边在办公室使用空调一边做皮肤保湿的视频，让学生讨论如何提升空调房的办公舒适度。

学生思考并进行交流和分享。

二、初识开源硬件，畅想创意设计

“好搭酷Mini”是一款针对造物的核心板，造型小巧，便于与各种通用模块连接，并且采用U盘下载模式，程序下载十分简单。

DHT11数字温湿度传感器模块可以用来同时测量温度和湿度。工作电压：3.3～5V;温度范围：0～50℃，误差±2℃;湿度范围：20%～90%RH;误差±5%RH。

OLED模块是一款无需背景光源、自发光式的显示模块，可通过连接线与arduino主控板连接。OLED具备较快的响应速度和轻薄的体积优势，功耗低，抗震性好，可广泛应用于移动设备的显示应用上。

三、创意设计，实践探究

（一）精准测量，合理规划

使用游标卡尺测量各硬件模块的外形数据并记录。

（二）盖子设计

1.打开3D One软件，在网格面中绘制一个圆柱，半径35mm，高15mm，随后对圆柱进行“抽壳”，“厚度T”为2mm，“开放面O”选择圆柱的顶面。

2.以圆柱的圆心为中心再绘制一个半径10mm、高6mm的圆柱，选择“加运算”参数。随后在盖子的小圆柱上绘制一个半径8.2mm、高-2mm的圆柱，圆心相同，选择“减运算”参数，单击确定完成加湿片的安装位制作。

3.使用“六面体”命令，“对齐平面”选择加湿片安装位的环形顶面，“点”的坐标为（-10，0.05，8），绘制一个长4mm、宽2mm、高-6mm的六面体，并选择“减运算”参数，完成加湿片线槽的制作。

4.以圆柱的圆心为中心再绘制一个半径4.5mm、高-20mm的圆柱，选择“减运算”参数，完成加湿器出气孔的设计。最后选择“特征造型”—“圆角”，美化盖子的出气孔和顶面边线，圆角距离5mm。

5.在盖子右侧网格面中绘制一个圆柱，“中心”为（100，0，0），半径13mm，高12mm，随后在圆柱上绘制一个半径10.15mm、高-6mm的圆柱，选择“减运算”参数，单击确定完成。使用“六面体”命令，“对齐平面”选择小圆柱的环形顶面，“点”的坐标为（-87，0，12），绘制一个长20mm、宽2mm、高-3mm的六面体，并选择“减运算”参数。

6.以小圆柱的圆心作为中心点，再绘制一个半径4.5mm、高-20mm的圆柱，选择“减运算”参数，完成加湿器棉棒插孔的设计。

（三）储水体设计

1.在网格面中绘制一个圆柱，圆柱“中心”为（0，-75，0），半径35mm，高120mm，随后以圆柱的顶面圆心为中心，再绘制一个半径为27.5mm、高为-118mm的圆柱，选择“减运算”参数。

2.将视图导航器调整到“前”，在圆柱上绘制一个宽5mm、长-20mm、高85mm的六面体，并选择“减运算”参数，完成水量观察位制作。

3.将视图导航器调整到“上”，使用“草图绘制”—“圆形”命令，在储水体顶面上绘制半径27.5mm的圆形和半径33mm的圆形，圆心相同。随后，使用“拉伸”命令拉伸圆形草图，拉伸高度5mm，并选择“加运算”参数。

4.使用“六面体”命令，“对齐平面”选择储水体的环形顶面，“点”的坐标为（-27.5，-75，125），绘制一个长7mm、宽6mm、高-150mm的六面体，并选择“减运算”参数，完成储水体线槽的制作。

（四）硬件仓设计

1.在网格面中繪制一个六面体，“中心”为（100，-75，0），长80mm，宽80mm，高60mm;选择“圆角”命令，依次点击六面体的四条竖边，圆角距离20mm;随后选择“抽壳”命令，“厚度T”为-2mm，开放面不选择;然后在六面体的顶面绘制一个半径为33mm的圆柱，高度-20mm，选择“减运算”参数。

2.将视图导航器调整到“前上”，在硬件仓内部正面上方绘制一个长40mm、宽33mm、高-1mm的六面体，选择“减运算”参数;随后在刚才的位置上再绘制一个长27.2mm、宽21mm、高-20mm的六面体，并选择“减运算”参数，这样，OLED模块的安装位就制作完成了。

3.将视图导航器调整到“右”，在硬件仓右侧面绘制一个长16.2mm、宽13mm、高-20mm的六面体，并选择“减运算”参数，这样，DHT11数字温湿度传感器模块的安装位就制作完成了。

4.将视图导航器调整到“后上”，在硬件仓内部正面绘制一个长13mm、宽7mm、高-1mm的六面体，选择“减运算”参数;随后在刚才的位置上再绘制一个长6.8mm、宽4.6mm、高-20mm的六面体，并选择“减运算”参数，这样，开关模块的安装位就制作完成了。

5.将视频导航器调整到“前上”，在开关位的下方绘制一个长20mm、宽8mm、高4mm的六面体;使用“移动”—“动态移动”命令，将六面体往上移动3mm，往硬件仓方向移动10mm;使用“组合编辑”—“减运算”，“基本体”是硬件仓，“合并体”是六面体，这样，锂电池的充电安装位就制作完成了。

至此，智控加湿器的三维造型设计全部完成，如图1。

（五）切片打印

将智控加湿器分成盖子、加湿片盖子、储水体、硬件仓四个模块进行切片，然后通过3D打印机进行打印。

四、安装调试

（一）模块安装

将准备好的好好搭搭“好搭酷Mini”、OLED模块、DHT11数字温湿度传感器模块、锂电池、开关、杜邦线、加湿器模块、USB模块、水瓶等材料，利用电烙铁、热熔胶枪组装在加湿器造型中。

（二）模块接线

分别将OLED模块、DHT11数字温湿度传感器模块、USB模块、锂电池与好搭酷Mini进行连接：DHT11数字温湿度传感器模块接在A1接口，OLED模块接在I2C/UART接口，USB模块接在D0接口，锂电池接在电源接口。最后将加湿器模块连接到USB模块上。

（三）程序设计

进入好好搭搭网站（http：//www.haohaodada.com/），登录账号，选择“创作—U盘下载模式编程—好搭酷Mini”，进入程序设计界面，根据功能需求完成程序设计，如图2。程序设计完成后，将程序下载到好搭酷Mini，通上电源，就大功告成啦！

教学反思

本项目以生活中的真实情境为切入点，找出生活中的真实问题，让学生依托自身的能力解决问题。在项目实施过程中，学生接触到了众多学科的知识，例如皮肤舒适的湿度值、三维模型和实际尺寸之间的差值、开源硬件和编程知识等，学生在解決问题的过程中自身的能力和知识得到了拓展和巩固，思维能力得到了提升。

（本课件由i3DOne青少年三维创意社区推荐）