這篇文章來(lái)源于DevicePlus.com英語(yǔ)網(wǎng)站的翻譯稿。

在今天的文章中，我們將提供一個(gè)使用Arduino構(gòu)建電子套件的新方案，本文分為第1部分和第2部分。這個(gè)獨(dú)特的電子套件創(chuàng)意來(lái)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(lái)，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)在我們來(lái)開(kāi)始探索今天的內(nèi)容吧。

簡(jiǎn)介

在本文中，我想要介紹一個(gè)使用太陽(yáng)能的實(shí)例。通過(guò)這個(gè)例子，您可以觀察到由太陽(yáng)能電池板供電，并通過(guò)LED展現(xiàn)外觀的數(shù)字生物。首先請(qǐng)觀看以下視頻。綠色光點(diǎn)代表的是草，由太陽(yáng)能供電產(chǎn)生，其他光點(diǎn)代表吃草的動(dòng)物。動(dòng)物在吃飽時(shí)會(huì)自我繁殖，或者您可以通過(guò)敲擊設(shè)備來(lái)生成這些光點(diǎn)。

該數(shù)字生態(tài)箱是一個(gè)虛擬的飼養(yǎng)箱。它利用背面的太陽(yáng)能電池板來(lái)產(chǎn)生電力。動(dòng)物可進(jìn)行移動(dòng)并吃草，吃飽后進(jìn)行繁殖。當(dāng)您敲擊盒子時(shí)，也會(huì)有新的動(dòng)物產(chǎn)生。

概念

不知您是否聽(tīng)說(shuō)過(guò)Vivarium？可能很少人了解這個(gè)詞。Vivarium是一種生態(tài)形式，指的是將植物和小動(dòng)物放置在一個(gè)玻璃容器中，以接近自然環(huán)境的方式對(duì)其進(jìn)行培育。最初，設(shè)計(jì)這種生態(tài)箱是為了復(fù)制來(lái)自偏遠(yuǎn)地區(qū)的動(dòng)植物的生長(zhǎng)環(huán)境來(lái)讓它們存活。后來(lái)，它成為了一種流行的裝飾品。

在本次要介紹的電子套件中，我想通過(guò)使用太陽(yáng)能電池板和LED矩陣，再現(xiàn)依靠外部光能保證生物生存的生態(tài)箱機(jī)制。草在5 x 5 LED矩陣中一點(diǎn)一點(diǎn)地生長(zhǎng)。動(dòng)物向長(zhǎng)得最快的草的方向移動(dòng)。在移動(dòng)時(shí)，它會(huì)消耗一定的生命值，在生命值消耗至0時(shí)就會(huì)死亡。而進(jìn)入草叢并吃掉食物后，動(dòng)物的體能會(huì)增加。如果某只動(dòng)物的體能超過(guò)了上限，就會(huì)增加相同顏色的動(dòng)物。如果動(dòng)物的數(shù)量增加太多，植物的數(shù)量就會(huì)減少，這意味著動(dòng)物也將無(wú)法存活。因此維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡至關(guān)重要。

創(chuàng)意草圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

我們從設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)圖開(kāi)始。
電源使用太陽(yáng)能電池板，微控制器主板選擇的是易于使用的小型Arduino Pro Mini 328，顯示設(shè)備使用的是易于接線的全彩串行LED燈帶。此外，除了顯示功能，我們還需要使用加速度計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)用手指對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。

根據(jù)整體結(jié)構(gòu)對(duì)其中的各個(gè)元器件進(jìn)行選擇。由于需要均衡所有部分的空間布置，我們將選擇占用空間小的元器件。

LED

有多種形狀的LED可供選擇，例如炮彈型和表貼型，最后我們決定使用全彩串行LED燈帶，因?yàn)樗子诮泳€、表現(xiàn)力極佳且易于控制。為了排列成網(wǎng)格，請(qǐng)將其切成五塊，然后進(jìn)行拼接。

全彩串行LED燈帶

Arduino Pro Mini 328

為了便于攜帶，我們將使用一個(gè)小型Arduino，它可以插入帶有外圍電路的面包板。Arduino Pro Mini 328有兩種類(lèi)型，5V和3.3V，我們將使用5V類(lèi)型，因?yàn)槿蚀蠰ED燈帶的電源電壓為5V。

Arduino Pro Mini 328（5V 16MHz}

太陽(yáng)能電池板

施加相同電壓時(shí)，電流會(huì)隨電池板面積的增加而增加。我們選擇了可以提供5V及其以上電壓（可以點(diǎn)亮LED），且尺寸便于攜帶的太陽(yáng)能電池板。

OPL55A27101（5.5V 270mA）

傳感器

許多加速度計(jì)都是3.3V，但是Arduino Pro Mini 328沒(méi)有3.3V輸出，所以我找到了可以在5V下運(yùn)行的加速度計(jì)。當(dāng)使用3.3V傳感器時(shí)，需要使用三端穩(wěn)壓器來(lái)降低電壓。

Adafruit LIS3DH 三軸加速度計(jì)

元器件清單

該價(jià)格不包含運(yùn)費(fèi)。

構(gòu)建電路

接線圖和電路圖
現(xiàn)在我們將為該作品制作接線圖和電路圖。把Arduino Pro Mini 328、加速度計(jì)以及DC插座配置在面包板上。如果面包板上的直跳線較硬，那么這些接線將會(huì)比較整齊。為了將黃色和綠色跳線連接到Arduino Pro Mini 328排針，我們使用公對(duì)母轉(zhuǎn)接線。使用長(zhǎng)的軟跳線在外部連接一個(gè)全彩串行LED燈帶。由于太陽(yáng)能電池板也被用作外部蓋板，因此需要在引線上安裝一個(gè)DC插頭，以便于連接。
電路圖顯示了電路連接原理，而接線圖會(huì)考慮到實(shí)際尺寸以及元器件的位置關(guān)系。如果您對(duì)此感覺(jué)不習(xí)慣，可能會(huì)覺(jué)得直接按照電路圖來(lái)創(chuàng)建接線圖更簡(jiǎn)單，但是當(dāng)您之后對(duì)制作自己的電路或者構(gòu)建別人的電路更加熟練時(shí)，就會(huì)很容易理解這種接線圖了。

接線圖

電路圖

步驟1：焊接排針
將附帶的排針焊接到Arduino Pro Mini 328等電路板上。注意不要弄錯(cuò)安裝方向。

Arduino Pro Mini 328
將電路板長(zhǎng)邊一側(cè)的12 x 2排引腳焊接到元件安裝面上。短邊一側(cè)有6個(gè)引腳，SDA和SCL焊接在印有l(wèi)ogo的一側(cè)。

加速度計(jì)
焊接元件安裝面的所有引腳。

DC插座
將排針和DC插座焊接到電路板上。要用更多的焊料將DC插座固定到位。

步驟2：將DC插頭連接到太陽(yáng)能電池板上
將DC插頭焊接到太陽(yáng)能電池板引線的尖端。拆開(kāi)DC插頭，將引線穿過(guò)塑料管。去除引線尖端的薄膜并稍微浸泡一下焊料。預(yù)先將焊料放在DC插頭支架上。把負(fù)極（黑色）引線焊接到支架的較長(zhǎng)端（遠(yuǎn)離中心位置），正極（紅色）引線焊接到較短端（靠近中心位置）。

步驟3：全彩串行LED燈帶的臨時(shí)接線
為了進(jìn)行測(cè)試，將LED燈帶進(jìn)行臨時(shí)接線。剪斷跳線連接器并去除約3毫米的涂層。把焊料涂在裸露的銅線上。焊接全彩串行LED燈帶的末端（箭頭底部）。注意不要施加過(guò)多熱量，不然燈帶會(huì)發(fā)生變形。

步驟4：組裝面包板套件
根據(jù)接線圖布置Arduino Pro Mini 328。全彩串行LED燈帶的接線以及連接Arduino Pro Mini 328和加速度計(jì)SDA、SCL的跳線是軟的，其余的連接線為硬線。

操作測(cè)試

電路構(gòu)建已經(jīng)完成，現(xiàn)在我們來(lái)對(duì)每個(gè)部分的功能進(jìn)行測(cè)試。

讀取Arduino Pro Mini 328
本次使用的USB串口轉(zhuǎn)換適配器具有切換工作電壓的功能。由于使用的是電壓為5V的Arduino Pro Mini 328，因此在5V端安裝跳線針。

將USB數(shù)據(jù)線連接到USB串行轉(zhuǎn)換適配器，然后連接您的PC和Arduino Pro Mini 328。雖然連接方向可以是任意的，但是請(qǐng)確保USB串行轉(zhuǎn)換適配器部分朝內(nèi)。

打開(kāi)Arduino IDE的菜單進(jìn)入[Tools]> [Board]，選擇Arduino Pro或者Pro Mini，然后進(jìn)入[Tools]> [Processor]，選擇ATmega328P （5V, 16MHz）。

我們來(lái)寫(xiě)入一個(gè)示例進(jìn)行測(cè)試。在菜單中打開(kāi)[File]> [Sketch Example]> [01.Basic]> [Blink]。如果Arduino Pro Mini 328上的小LED開(kāi)始閃爍，那就證明您成功了。

LED 測(cè)試

下載庫(kù)
使用Adafruit提供的NeoPixel庫(kù)來(lái)控制全彩串行LED燈帶。使用以下鏈接下載該庫(kù)，并將其放在Arduino IDE的庫(kù)文件夾中。

https://github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

示例草圖
現(xiàn)在我們來(lái)寫(xiě)入一個(gè)示例草圖，看看它是如何工作的。在菜單中打開(kāi)[File]> [Sketch Example]> [Adafruit NeoPixel]> [Simple]。前面的LED一個(gè)接一個(gè)被點(diǎn)亮，然后在16個(gè)LED被點(diǎn)亮之后熄滅。

加速度計(jì)測(cè)試

下載庫(kù)
這次要測(cè)試的是加速度計(jì)，從以下頁(yè)面中下載I2C或SPI的名為“Adafruit_LIS3DH library”和“Adafruit_Sensor”的兩個(gè)庫(kù)，并將其放在Arduino IDE的庫(kù)文件夾中。

https://learn.adafruit.com/adafruit-lis3dh-triple-axis-accelerometer-breakout/arduino

示例草圖

我們使用該示例測(cè)試加速度計(jì)對(duì)敲擊的檢測(cè)。從Arduino IDE菜單中打開(kāi)[File]> [Sketch Example]> [Adafruit LIS3DH]> [acceldemo]并寫(xiě)入草圖。如果您打開(kāi)串行監(jiān)視器并用手指點(diǎn)擊面包板，您可以看到每個(gè)軸的變化值。

Arduino IDE 菜單

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審核編輯黃宇