基于Arduino的招財(cái)貓電路的設(shè)計(jì)與制作

邱娟

摘要：本文使用了基于ATmega328的Arduino UNO開發(fā)板編程實(shí)現(xiàn)的招財(cái)貓電路，具有人體感應(yīng)、眼睛漸變、前后招手、液晶顯示節(jié)日賀語或者廣告詞的功能。電路主要包括四部分內(nèi)容：1 小貓的眼睛用的是RGB三基色LED，可以綻放七彩的光芒；2 小貓的鼻子用的是人體傳感器，可以檢測(cè)有人進(jìn)入感應(yīng)范圍；3小貓的爪子用舵機(jī)正反轉(zhuǎn)60度，實(shí)現(xiàn)招手效果；4 通過液晶顯示設(shè)定的中英文字符。

關(guān)鍵詞：Arduino 招財(cái)貓 智能電子

中圖分類號(hào)： TM383 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）05（b）-0000-00

0 引言

2014年9月，李克強(qiáng)總理發(fā)出“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的號(hào)召，全國范圍掀起一股創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)新浪潮，我們的創(chuàng)客校園也開展得如火如荼，學(xué)校本著培養(yǎng)“有創(chuàng)意、敢創(chuàng)新和會(huì)創(chuàng)造”的創(chuàng)新創(chuàng)意人才的目標(biāo)，精選了具有基于開源系統(tǒng)、易于動(dòng)手實(shí)踐、激發(fā)創(chuàng)新精神、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新制作這些特點(diǎn)的電子創(chuàng)意類課程作為創(chuàng)客教育的載體，有Arduino應(yīng)用、激光切割、易企秀制作、3D打印等等，獲得同學(xué)們的一致認(rèn)可，同學(xué)們創(chuàng)新意識(shí)高漲，學(xué)習(xí)后效果很好。其中，Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達(dá)和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境，下面給大家一下基于Arduino的招財(cái)貓電路的設(shè)計(jì)過程。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

招財(cái)貓的硬件電路見圖1，主要由四個(gè)部分構(gòu)成，分別是PWM調(diào)光電路、人體傳感器電路、舵機(jī)電路和液晶顯示電路。

1.1 PWM調(diào)光電路

RGB三基色LED，是由紅（Red）綠（Green）藍(lán)（Blue）三種顏色的發(fā)光半導(dǎo)體材料封裝在同一燈管里組成的，它的燈管一般作半透明的霧狀處理，不同波長的光線在半透明燈管透射出來時(shí)，會(huì)產(chǎn)生疊加效應(yīng)。將紅、綠、藍(lán)三原色的色光以不同的比例相加，可以產(chǎn)生多種多樣的色光。生活中彩色電視、舞臺(tái)燈光也是采用加法三原色混合的原理。這里向彩燈輸出不同占空比范圍的PWM波產(chǎn)生漸變的效果。

1.2 人體傳感器電路

人體模塊是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制產(chǎn)品，具有靈敏度高，可靠性強(qiáng)，微功耗等特點(diǎn)，當(dāng)被測(cè)物體進(jìn)入感應(yīng)模塊的有效檢測(cè)范圍時(shí)，模塊經(jīng)判斷有效后輸出高電平信號(hào)，控制舵機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.3 舵機(jī)電路

舵機(jī)是用來控制舵的，比如輪船的方向舵，飛機(jī)的方向舵、升降舵等，這些都需要控制一定的角度，但并非需要連續(xù)旋轉(zhuǎn)。所以一般舵機(jī)都是只能轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，我們這里說的舵機(jī)主要應(yīng)用于航模、車模和監(jiān)控等領(lǐng)域，一般是正負(fù) 90 度之間轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)的控制信號(hào)實(shí)際上是 PWM 信號(hào)，周期不變，高電平的時(shí)間決定舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

1.4 液晶顯示電路

使用Arduino控制LCD1602液晶顯示器這里用四線制接法，IDE開發(fā)環(huán)境提供了LCD控制庫LiquidCrystal，在初始化程序中直接調(diào)用庫函數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)顯示和滾動(dòng)字幕，相對(duì)于單片機(jī)而言，接線和編程都比較簡(jiǎn)單。

2 軟件程序編寫

Arduino語言提供了多種類型的系統(tǒng)函數(shù)，要使用的時(shí)候可以直接調(diào)用。在控制RGB三基色LED的程序中，用到指定針腳模式的函數(shù)原型：pinMode （pin， mode）

其中，pin為要設(shè)定的針腳，在Arduinno UNO中可以取值范圍為0-13，表示針腳編號(hào)； mode為針腳模式，它的值可以為INPUT（輸入）和OUTPUT（輸出）。例如pinMode（9， OUTPUT）；功能是將9號(hào)針腳設(shè)置為輸出模式。

在將對(duì)應(yīng)的針腳設(shè)置為輸出模式后，還需要設(shè)置對(duì)應(yīng)針腳的輸出電壓。模擬針腳可以輸出0-5V之間的電壓，可以使用analogWrite（）函數(shù)設(shè)置。該函數(shù)的原型如下：analogWrite（pin，value）

其中，pin表示要設(shè)置的針腳，可以是3、5、6、9、10和11號(hào)針腳（Arduino開發(fā)板上針腳標(biāo)號(hào)前帶“～”的針腳），具有PWM輸出能力，可以產(chǎn)生0～255占空比范圍的PWM波（PWM的中文譯名是脈沖寬度調(diào)制，它是利用微處理器的數(shù)字輸出來控制模擬電路的一種技術(shù)）。Value 表示占空比，它的值可以是0～255，占空比越大，輸出的電壓越大。例如：analogWrite（9， 100）；9號(hào)針腳接藍(lán)色光控制線，輸出占空比100的PWM波，藍(lán)燈點(diǎn)亮。

招財(cái)貓的主循環(huán)程序如下，如果A0State讀入是高電平，說明有人進(jìn)入?yún)^(qū)域，LED亮度開始漸變，舵機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。

// 主循環(huán)

void loop（）

{

A0State = digitalRead（inPin）；

while（A0State == LOW）；

for （int i = 60； i <= 90； i = i + （1））

{

brightness = （i-60）*4； // 下一個(gè)循環(huán)調(diào)整led亮度

analogWrite（led， brightness）； // 設(shè)置了led的亮度

myservo.write（i）；

delay（90）；

}

for （int i = 90； i >= 60； i = i + （-1））

{

brightness = （i-60）*4；

analogWrite（led， brightness）；

myservo.write（i）；

delay（90）；

}

}

3 總結(jié)

通過本文的介紹，希望大家認(rèn)識(shí)基于Arduino的這款招財(cái)貓電路。Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺(tái)，可簡(jiǎn)單地與傳感器、各式各樣的電子組件連接，可以幫助你將各種創(chuàng)新想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，是非電子類和電子類專業(yè)讀者實(shí)現(xiàn)電子類創(chuàng)新制作的最好途徑。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 楊佩璐、任昱衡.Arduino入門很簡(jiǎn)單.第1版.清華大學(xué)出版社.2015年3月.90-93.

[2] [美] Michael.McRoberts著.Arduino從基礎(chǔ)到實(shí)踐.電子工業(yè)出版社.2013年3月.104-107.