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图 1 摸高装置
#项目起源#
小朋友正处在身体发育期时，特别喜欢爬低上高。多运动对孩子身体发育自然是有好处的，尤其是对于父母身高没有天然优势的孩子来说，更要注重体育锻炼。作为一名创客奶爸就想让孩子能够多跳一跳，多去摸高，同时还在思考如果能够在孩子摸高的时候增加一些趣味性，那样孩子应该会渐渐喜欢运动，于是旺仔爸爸自制了一款摸高装置，本期分享我们就一起来看一下此装置是如何制作完成的。
图 2 摸高装置我们先通过下面视频来看一下摸高装置的设计制作过程
#方案介绍#
作品设计的第一步，需要确定设计方案。这次设计的摸高装置最大的特点就是为了吸引孩子，摸高的同时要能够增加趣味性，并且可以适应不同年龄、不同身高的孩子使用。我们将摸高装置设计为圆形的盒子，背部安装磁吸螺母，只需要吸附在金属的防盗门或者冰箱上即可使用。
为了增加趣味性，在装置中设计一个具有按下回弹效果的面板，并且能够实现计数，最好还能将摸高的次数显示在屏幕中，同时伴随灯光和声音的提示效果。初步确定方案后，下面我们选择能够满足设计需求的器材
电子部件
本次作品的功能是能够实现在屏幕中显示数字，检测按键状态并计数，同时伴随灯光和蜂鸣器发出声音。在前段时间旺仔爸爸正好收到了一款国内团队自主研发的主控——研坤板。它具有小巧的外观，集成了彩色屏幕、数字按键、RGB灯、蜂鸣器和手势识别传感器等众多功能，非常符合我们本次作品设计的要求，研坤板如下
图 3研坤板
要实现触碰计数的功能，只有控制器还不行，我们还需要外接一个轻触开关来实现面板按下回弹的效果
电控部分方案确定后， 接下来确定摸高装置的外观结构
外观结构
摸高装置的外观结构我们设计为圆形盒子，采用激光切割技术来加工制作，下图4为效果图本次我们制作的摸高装置的特点是体积只有手掌大小，背后安装有磁吸螺母，可以随意调节高度和安装位置
图 4 摸高装置的效果仿真图
摸高装置外观结构的关键部位是按下回弹的结构，我们在设计外观结构时加入轻触开关的孔位，在轻触开关的上方放置透明亚克力的面板，面板通过金属合页与圆形盒子连接在一起，这样就实现了既可以开合又可以按压的效果。
图 5按压结构设计
#设计制作#
方案确定后，我们便可开始设计制作了首先来设计外观结构的图纸
图纸设计
为了验证装配细节，我们先使用Fusion360计算机辅助设计软件设计三维模型，再将模型转换为适合激光切割机加工的二维图纸。其中材料选择3mm的椴木板和亚克力板
图 6 三维仿真效果图
三维模型设计完成后，将图纸加载至LaserMaker激光建模软件中做处理关于LserMaker建模软件可以登录官方提供的网址下载：https://www.lasermaker.com.cn/ 在软件中设置激光切割加工工艺，其中红色为描线、黑色为切割，为了方便连接电源数据线，我们在其中一块竖板中设计一个矩形穿线孔位，处理完成的设计图如下
图 7 摸高装置设计图
加工零件
图纸设计完成后我们使用激光切割机把它加工出来，切割完成后的零件如下图8所示
图 8 激光切割加工完成后的零件实物图
器材清单
除了以上外观结构外，本次摸高装置还需要使用到如下器材
- 研坤板*1轻触开关*1Type-C数据线*13mm椴木板*1（40cm*60cm）3mm亚克力板*1（40cm*60cm）杜邦线若干五金件若干
图 9 摸高装置的器材清单
器材准备完成，接下来我们看一下电控部分是如何接线的
电路接线
接线图如下，从接线图中我们可以看出，在摸高装置中我们采用了一个轻触开关作为触发检测装置，轻触开关的工作原理和按键类似，这里我们可以将轻触开关与研坤板板载的A键并联。当按下轻触开关时就相当于按下了A键，这样就可以在不需要制作传感器外围电路的情况下达到检测按下状态的效果了。
图 10 摸高装置电路接线示意图
一切准备工作就绪，现在就可以开始进入激动人心的组装环节了
#组装#
摸高装置的组装不算很复杂，只需两步即可完成第一步 安装电子部件首先我们安装电子部件，本次摸高装置的电子部件只有研坤板和轻触开关两个，我们将这两个部件安装在顶层木板中，零件如下图11
图 11 电路板安装电子部件安装完成如下图所示
图 12 电子部件安装完成第二步 组装框架结构
电子部件安装完成，下面安装亚克力面板，使用金属合页将亚克力板与顶层木板进行安装，下图是所需的零件
图 13 安装电位器亚克力面板安装完成如下图所示
图14 亚克力面板安装完成
接下来，我们将侧面的木板和底层木板进行安装，零件如下图15所示
图 15 侧面和底层木板
侧板和底板安装完成如下图16所示
图 16 侧面和底层木板安装完成
最后，在底层木板和上层木板中安装四个尼龙柱，起到连接固定两块木板的作用
图 17顶层和底层木板合体
顶层木板和底层木板合体后效果如下图所示
图 18 安装完成
图 19
最后，我们在底部安装四颗磁吸螺母，摸高装置就组装完成了
图 20 磁吸螺母
安装了磁吸螺母的装置可以很轻松的吸附在冰箱上
图 21 摸高装置吸附在冰箱上
作品组装完成，最后我们编写程序为作品注入灵魂
#程序设计#
编程思路
本次我们制作的摸高装置，程序设计的重点在于如何计数并显示在屏幕中，然后伴随声音和灯光的效果提示下面是编程思路，我们根据编程思路来一步步完成
图 22 程序设计思维导图
准备工作
为降低编程的门槛我们使用Mind+图形化编程环境进行程序设计编程环境需要使用研坤板团队定制版本的Mind+环境，可以到下面链接中下载链接：https://pan.baidu.com/s/1N2ta3xL-omKoJGQVb-Pk6w提取码：ABCD解压后即可双击打开软件，首先我们需要加载研坤板的用户库，在Mind+编程环境中选择上传模式，选择“掌控板”作为主控板
图 23 选择主控板
随后，点击用户库，按照下图所示步骤，导入已经下载好的研坤板用户库文件
图 24 加载用户库
当加载完成后，就可以看到如下图所示的研坤板用户库了
图 25 研坤板用户库
这样，准备工作就完成了。现在就可以将研坤板通过数据线连接到电脑随心所欲的编写程序了。当连接好数据线后，软件上方的“连接设备”选项中将出现一个 COM 口，点击“COMxx-CP210x”连接即可，如果完成物理连接后，未出现图示中的COMXX 则需要安装串口驱动。可以到下载的资源库文件夹找到ESPUploader依赖文件并安装。软件成功连接研坤板后，点击软件左侧的用户库即可看到研坤板编程时需要用到的程序块，程序块如下图26
图 26研坤板程序块
程序设计的重点是按下装置的亚克力面板可以进行计数，并伴随灯光和蜂鸣器的提示效果。
板载传感器测试
首先我们来测试一下板载的按键、蜂鸣器、RGB灯以及彩色屏幕的使用方法RGB灯的使用方法我们在软件中编写如下图27的测试程序，设置板载的RGB灯亮一秒灭一秒
图 27 RGB灯测试程序
研坤板载了3颗RGB灯，可以通过修改灯号和显示的颜色来点亮不同的灯
图 28 板载RGB灯的编程方法
RGB灯珠的颜色除了可以从内置的颜色中进行选择以外，也可以通过下面的模块调节RGB的数值来修改颜色。如果要生成随机的颜色，可以通过变量赋值随机数来实现
图 29 RGB数值调节灯珠颜色
蜂鸣器的使用方法学会了RGB灯的使用，下面我们学习蜂鸣器的使用方法蜂鸣器是一种最简单的发声装置，只要简单的高低电平信号就能够驱动。它结构简单、应用丰富，能够模拟我们生活中许多声音和音乐。我们可以编写如下图30的测试程序，通过设置不同的音符来发出不同的声音
图 30 蜂鸣器的使用
板载按键使用方法
下面，我们来学习板载按键的使用方法，由于我们将轻触开关与按键A进行了并联，所以学会了按键A的使用，自然就学会了轻触开关的使用。我们编程如下图31的测试程序，设置当按键A被按下后播放音符和点亮全部的RGB灯，否则既不发声也不亮灯
图 31 板载按键的使用
彩色屏幕的使用方法
最后，我们来学习研坤板板载的彩色屏幕的使用方法，我们可以在上面的程序中加入显示图片的程序，当检测到按键A被按下后播放声音和点亮RGB的同时显示图片
图 32 屏幕测试
这里需要注意的是，研坤板显示的字体和图片是需要提前加载到控制板的内存中的。方法如下图33所示，使用官方提供的下载工具，电脑连接研坤板，选择正确的COM口，波特率修改为最大1152000，字体根据需要选择（注意一般可以同时选择2种字体，但是特大字体只能选择1种），之后选择需要上传data文件夹，根据mind+下使用的用户库类型选择模式，选择arduinoC模式，最后点击打包并上传，当出现“上传成功”字样代表上传完成
图 33 研坤板加载文件
注意一定要选择正确的文件路径，有可能data文件中还会有一个同名的data文件夹，需要仔细查看
图 34 data文件夹
当需要用到的素材都已加载完毕后，现在就可以调用文字或图片进行显示测试了
图 35 图片显示
关于研坤板板载传感器的基本使用方法都已掌握后，我们就可以设计摸高装置的程序了批量生成图片要实现摸高计数，可以设计一个变量用来存放计数值，并将记录的数字显示在屏幕中，为了让数字尽可能的充满整个屏幕，最大号的文字已经不能满足我们的需求，这里我们需要将数字制作成图片进行显示，下面提供两种制作图片的方法
第一种是打开电脑系统自带的画图工具，在画图工具中设置不同数字的内容，并保存，这种方法简单但有点繁琐
图 36 使用画图软件制作图片
第二种是编写Python程序自动生成不同数字的图片，特点就是需要一定的编程门槛，但可以节约时间提高效率。关于Python批量生成图片的程序代码如下，程序运行之前需要提前安装图片处理库Pillow
from PIL import Image,ImageDraw,ImageFont # pip install pillow#字体setFont = ImageFont.truetype('李旭科书法.ttf', 220)#字体颜色fillColor = "#000000" #blackfor i in range(1,101):#新建像素为240*240的白色背景图片newImg = Image.new('RGB', (240, 240), (255, 255, 255))#新建绘图对象draw = ImageDraw.Draw(newImg)text = str(i)if i < 10:x = 100name = "00"+textelif i > 99:x = 0name = textelse:x = 50name = "0"+text#在图片中绘制文字draw.text((x,00),text,font=setFont,fill=fillColor,direction=None)#保存图片newImg.save('Img{}.jpg'.format(i))
运行Python程序即可生成如下1-100的图片，当然生成图片的数量可以在程序中进行修改
图 38 Python批量制作图片
关于制作图片的方法这里大家可以自行选择
当图片素材制作完成后，我们还需要按照之前加载文件的方法将图片加载到研坤板中才可以使用，这里需要注意的是，研坤板在ArduinoC模式下的可用空间为9MB，内存大小有限，所以能够存放的图片或音频文件的数量是有限制的，根据实际使用需求来调整，并且图片只支持BMP和JPG格式，需要设定成240*240像素的真彩形式 s
完整程序
最后，附上摸高装置的完整程序
图 39 完整程序
至此，摸高就制作完成了跳多了真能长高吗？我想多运动总归是好事情。
#总结#
在本次的摸高装置作品中，我们学会了使用Python程序批量制作图片的方法，学会了使用研坤板计数并显示的方法。更重要的是，要留意观察生活中的细节，将所掌握的技能应用在生活中，为生活添加趣味，保持一颗热爱生活的心希望朋友们能够发现生活中的美好，制作更精彩的作品
以上就是本次分享的全部内容了造物让生活更美好，我们下期再见
