任務(wù)一物聯(lián)網(wǎng)燈光控制模塊的安裝與調(diào)試【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解RGB彩燈模塊引腳標(biāo)志的含義。2．理解RGB彩燈模塊的燈光顏色的呈現(xiàn)原理。3．能根據(jù)電路圖完成實物電路的裝配。4．能獨立完成積木程序的搭建、上傳與調(diào)試。5．培養(yǎng)科技創(chuàng)新意識與社會責(zé)任感?！救蝿?wù)情景】某LED燈公司計劃設(shè)計一款新型的流水燈，請使用Arduino開發(fā)板和RGB彩燈模塊進(jìn)行產(chǎn)品的原型設(shè)計，要求該產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)7種顏色的燈輪流閃爍的效果?！救蝿?wù)分析】本任務(wù)將設(shè)計一款流水燈，它的常見效果是一組LED燈按照一定的次序輪流閃爍。在配套的硬件模塊中，有兩種不同的RGB彩燈模塊，一種模塊上帶有1個LED燈，另一種模塊上帶有8個LED燈。為方便區(qū)別它們，我們將這兩種不同的RGB彩燈模塊分別稱為單燈RGB彩燈模塊和多燈RGB彩燈模塊，如圖3-1、圖3-2所示。本任務(wù)，我們將使用多燈RGB彩燈模塊實現(xiàn)流水燈效果?！鞠嚓P(guān)知識】一、RGB彩燈模塊簡介二、RGB彩燈模塊燈光混色原理三、RGB彩燈模塊亮度控制技術(shù)一、RGB彩燈模塊簡介RGB彩燈模塊廣泛應(yīng)用于設(shè)備指示燈、家居系統(tǒng)和舞臺燈光等不同場景。單燈RGB彩燈模塊是一種用于顯示彩色燈光的硬件設(shè)備，其引腳如圖3-3所示。單燈RGB彩燈模塊的中心有3個相互獨立的LED燈，能分別發(fā)出紅色、綠色、藍(lán)色的光。通過調(diào)節(jié)這3個LED燈的亮度，可以組合出不同顏色的燈光。單燈RGB彩燈模塊的頂端有標(biāo)有B+、R+、G+的引腳，分別用來控制藍(lán)燈、紅燈和綠燈。單燈RGB彩燈模塊的4個角上有4個圓形的孔，分別標(biāo)有“GND”“Blue”“Red”“Green”。單燈RGB彩燈模塊的左側(cè)有4個金屬片，它們是模塊對外開放的引腳，用于提供不同類型的接入方式，增加模塊的通用性。多燈RGB彩燈模塊的引腳與單燈RGB彩燈模塊的引腳有所不同，如圖3-4所示。多燈RGB彩燈模塊共有4個引腳，其中，VCC為電源引腳，表示該模塊的電源的正極，電壓為5V或3.3V；GND表示接地引腳，也就是接入電源的負(fù)極，可以使用Arduino開發(fā)板上的電源引腳為模塊供電，也可以使用其他電源；NC表示空引腳，沒有定義任何功能；RGB引腳用于控制8個RGB彩燈的顏色。圖3-3單燈RGB彩燈模塊引腳圖3-4多燈RGB彩燈模塊引腳二、RGB彩燈模塊燈光混色原理RGB彩燈模塊能產(chǎn)生不同顏色的燈光，其基本原理是混色原理?；焐屑臃ɑ焐蜏p法混色兩種方式。1．加法混色加法混色是指將不同顏色的光線疊加在一起，形成新的顏色。在加法混色中，不同顏色的光疊加，可以產(chǎn)生其他不同的顏色，例如，紅色+綠色=黃色，紅色+藍(lán)色=紫色，綠色+藍(lán)色=青色。當(dāng)紅色、綠色和藍(lán)色3種主要的光以相等的強(qiáng)度疊加在一起時，它們會產(chǎn)生白色光。加法混色效果如圖3-5所示。加法混色在彩色顯示器、彩色LED燈等設(shè)備中廣泛應(yīng)用。2．減法混色減法混色是指通過光的吸收和反射來產(chǎn)生新顏色。在減法混色中，當(dāng)兩種顏色混合在一起時，它們會吸收某些波長的光，反射其他波長的光。例如，當(dāng)青色和黃色混合在一起時，青色吸收紅色光，黃色吸收藍(lán)色光，它們共同反射綠色光，從而呈現(xiàn)出綠色。減法混色在印刷、繪畫和顏料混合中起著重要的作用。通過調(diào)整不同顏料的混合比例，可以得到不同的顏色效果。

圖3-5加法混色效果三、RGB彩燈模塊亮度控制技術(shù)RGB彩燈模塊亮度控制一般采用PWM技術(shù)，它是一種常用的電子調(diào)節(jié)技術(shù)，用于控制電子系統(tǒng)中的電壓或電流，通過調(diào)整信號的脈沖寬度來控制輸出信號的平均功率或能量。要理解LED燈的亮度控制，先要認(rèn)識一下PWM的信號波形。PWM信號是一種方波，波形如圖3-6所示，看起來像長城的城墻，凸起的部分代表高電平，凹下的部分代表低電平。從圖3-6可以看出，4條波形的周期是相同的，只是高電平在一個周期內(nèi)的占比不同，高電平在一個周期內(nèi)的占比被稱為占空比。圖3-6中占空比從上到下依次變大。在調(diào)光應(yīng)用中，首先需要選擇一個適當(dāng)?shù)念l率，頻率范圍為幾十赫茲到幾千赫茲，以確保人眼無法察覺到脈沖的閃爍；再使用控制器或微處理器來產(chǎn)生特定頻率的PWM信號，調(diào)整PWM信號的占空比來控制LED燈的亮度；最后通過適當(dāng)?shù)尿?qū)動電路將PWM信號作用于LED燈。通過快速調(diào)整高電平或低電平的持續(xù)時間，LED

燈會以平均亮度呈現(xiàn)出不同的亮度級別。由于人眼具有視覺暫留效應(yīng)，LED

燈的亮度看起來是連續(xù)變化的，而不是閃爍的。PWM技術(shù)在調(diào)光應(yīng)用中的優(yōu)點包括高效、精確、無噪聲和無閃爍等，其廣泛應(yīng)用于LED照明系統(tǒng)、顯示屏、舞臺燈光和汽車照明等領(lǐng)域。圖3-6PWM的信號波形【技能訓(xùn)練】根據(jù)前面的分析，從物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)套件中找出本任務(wù)所需的硬件設(shè)備，硬件設(shè)備清單如表

3-1所示?；顒右唤M裝設(shè)備活動二編寫圖形程序活動三解讀程序代碼活動四上傳與調(diào)試程序活動一組裝設(shè)備一、梳理設(shè)備控制的邏輯關(guān)系本任務(wù)涉及的模塊較少，除了ArduinoMega2560開發(fā)板外，僅需要一個多燈RGB彩燈模塊。流水燈工作時，ArduinoMega2560開發(fā)板向多燈RGB彩燈模塊發(fā)送PWM信號，用來控制多燈RGB彩燈模塊。流水燈的設(shè)備控制邏輯關(guān)系如圖3-7所示。圖3-7流水燈的設(shè)備控制邏輯關(guān)系活動一組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備1．識讀引腳標(biāo)志仔細(xì)觀察各硬件設(shè)備的引腳標(biāo)志，明確各標(biāo)志的含義。本任務(wù)使用的是多燈RGB彩燈模塊，該模塊有4個引腳，分別如下。（1）VCC引腳是電源引腳，用于連接電源，為模塊提供工作電壓。（2）GND引腳是接地引腳，用于接地，以確保模塊安全工作。多燈RGB彩燈模塊需要用到PWM功能，因此需要將GND引腳連接到Arduino開發(fā)板的接地引腳上，以形成電路回路。（3）NC引腳是空引腳，通常是預(yù)留的引腳，用于未來擴(kuò)展或定制使用。（4）RGB引腳用于控制燈光的顏色和亮度?；顒右唤M裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備2．連接引腳按如下步驟連接引腳。（1）將多燈RGB彩燈模塊的VCC引腳接到Arduino開發(fā)板的3.3V引腳上。（2）將多燈RGB彩燈模塊的GND引腳接到Arduino開發(fā)板的GND引腳上。（3）多燈RGB彩燈模塊的NC引腳不用連接任何引腳。（4）將多燈RGB彩燈模塊的RGB引腳接到Arduino開發(fā)板的AI引腳上。可按照表3-2所示內(nèi)容進(jìn)行硬件連接。連接后的效果如圖3-8所示?；顒佣帉憟D形程序一、分析程序流程下面講解一下本程序的設(shè)計思路。（1）對流水燈進(jìn)行初始化。初始化時確定流水燈中燈的數(shù)量及其使用的引腳。（2）在程序的主循環(huán)體內(nèi)設(shè)置8個燈依次閃爍。每個燈閃爍過程的順序是開燈、延時、關(guān)閉所有燈。這個順序也可以調(diào)整為關(guān)閉所有燈、開燈、延時。具體程序流程如圖3-9所示。 圖3-9流水燈的程序流程圖活動二編寫圖形程序二、搭建積木程序分析完程序的流程后，利用Mind+軟件搭建積木程序。（1）打開Mind+軟件，在軟件的左下角單擊“擴(kuò)展”按鈕，添加ArduinoMega2560開發(fā)板。（2）單擊“擴(kuò)展”→“用戶庫”→“導(dǎo)入用戶庫”，在配套素材中，找到文件waterlamp.mpext，將該文件添加到用戶庫中，如圖3-10所示。圖3-10導(dǎo)入擴(kuò)展文件活動二編寫圖形程序二、搭建積木程序分析完程序的流程后，利用Mind+軟件搭建積木程序。（3）添加開發(fā)板和擴(kuò)展文件后就可以進(jìn)行程序的搭建，具體的操作過程如表3-3所示?；顒佣帉憟D形程序二、搭建積木程序分析完程序的流程后，利用Mind+軟件搭建積木程序。（3）添加開發(fā)板和擴(kuò)展文件后就可以進(jìn)行程序的搭建，具體的操作過程如表3-3所示。按表3-3完成操作后，流水燈的程序完整流程如圖3-11所示。圖3-11流水燈的程序完整流程活動三解讀程序代碼一、查看Mind+軟件自動生成的代碼單擊Mind+軟件右上角的“代碼區(qū)”按鈕，可看到軟件自動生成的ArduinoC語言的代碼，如圖

3-12

所示。

圖3-12流水燈的ArduinoC語言代碼活動三解讀程序代碼二、代碼解析本任務(wù)中大部分代碼相似度較高，比如

0～7

號燈，每盞燈的亮起代碼基本相同，僅是燈的編號和顏色不同，因此下面以1號燈為例進(jìn)行代碼講解。主要代碼解析如表3-4所示?；顒铀纳蟼髋c調(diào)試程序編寫完程序后，要進(jìn)行程序的上傳與調(diào)試，具體操作步驟如下。一、連接設(shè)備使用USB連接線將ArduinoMega2560開發(fā)板連接到計算機(jī)上，并在Mind+軟件中單擊“連接設(shè)備”菜單，對開發(fā)板進(jìn)行連接。二、上傳程序在Mind+軟件中單擊右上角的“上傳到設(shè)備”按鈕，完成程序的上傳。三、檢查運(yùn)行效果觀察多燈RGB彩燈模塊的運(yùn)行，將出現(xiàn)每個燈輪流閃爍的效果，部分燈亮的效果如圖3-13所示?！救蝿?wù)評價】學(xué)生在完成本任務(wù)的學(xué)習(xí)后，教師可以根據(jù)學(xué)生的綜合表現(xiàn)給出評分得分。任務(wù)評價表如表3-5所示?！就卣箤W(xué)習(xí)】LED燈的應(yīng)用本任務(wù)所使用的RGB彩燈模塊的核心元件是LED燈，其屬于半導(dǎo)體材料，在日常生活中應(yīng)用廣泛。LED燈主要包括以下幾個方面的應(yīng)用。家居照明商業(yè)照明娛樂設(shè)備汽車內(nèi)飾植物生長燈醫(yī)療照明指示照明【思考與練習(xí)】1．如果需要降低燈光的亮度，PWM需如何設(shè)置？如果需要紫色的燈光，應(yīng)如何設(shè)置參數(shù)呢？2．利用觸摸開關(guān)模塊，設(shè)計一個帶有開關(guān)控制功能的臺燈。開關(guān)被觸碰一次，燈打開；再被觸碰一次，燈關(guān)閉。3．請上網(wǎng)查閱資料，簡述LED燈在生活中的應(yīng)用。任務(wù)二物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)顯示模塊的安裝與調(diào)試【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解LCD、OLED的工作原理。2．了解IIC通信協(xié)議的原理。3．能根據(jù)功能，恰當(dāng)選擇并正確安裝信息顯示模塊。4．能使用Mind+軟件正確搭建積木程序。5．增強(qiáng)用戶體驗優(yōu)化意識?！救蝿?wù)情景】在某農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)中，為了保證生產(chǎn)環(huán)境長期處于恒溫、恒濕的狀態(tài)，工作人員需要實時查看生產(chǎn)環(huán)境的溫度和濕度，以便及時發(fā)現(xiàn)問題。請使用物聯(lián)網(wǎng)套件中的顯示模塊設(shè)計并制作一個溫濕度信息實時顯示系統(tǒng)?！救蝿?wù)分析】要實現(xiàn)本任務(wù)要求的功能，需要用到能檢測溫度和濕度的溫濕度傳感器和能顯示信息的OLED顯示屏模塊。【相關(guān)知識】一、顯示模塊簡介二、LCD與OLED技術(shù)的原理三、LCD和OLED技術(shù)的IIC通信協(xié)議四、OLED顯示屏模塊引腳定義一、顯示模塊簡介物聯(lián)網(wǎng)中的顯示模塊是一種用于顯示信息的硬件設(shè)備，可以顯示數(shù)據(jù)、圖像、視頻等。在顯示屏技術(shù)領(lǐng)域，目前主要使用液晶顯示器（LiquidCrystalDisplay，LCD）和有機(jī)發(fā)光二極管（OrganicLightEmittingDiode，OLED），顯示模塊的產(chǎn)品主要包括以下3類。1．隨身攜帶型產(chǎn)品一些尺寸較小且輕便的產(chǎn)品需要用到LCD或OLED，主要包括智能穿戴設(shè)備、智能手機(jī)（曲面屏、折疊屏采用OLED技術(shù)，如圖3-14所示）等。2．中小型固定產(chǎn)品中小型固定產(chǎn)品主要包括汽車液晶屏、固定儀器顯示屏、智能家居顯示屏等，其對元件的可定制性要求較高，并要求具有長期穩(wěn)定工作的能力。3．顯示型產(chǎn)品顯示型產(chǎn)品主要包括常規(guī)的家庭、公共場所使用的顯示設(shè)備，例如在電梯、車站、會議室等場景中的廣告機(jī)、顯示屏等。圖3-14OLED在智能手機(jī)中的應(yīng)用二、LCD與OLED技術(shù)的原理目前，顯示技術(shù)主要有LCD和OLED技術(shù)兩大類。LCD技術(shù)發(fā)展較早，比較成熟。OLED技術(shù)發(fā)展較快，在智能手機(jī)顯示屏生產(chǎn)中成為主流。如果把一幅圖片無限地放大，就會發(fā)現(xiàn)圖像的畫面實際上是由無數(shù)小點拼湊出來的，這些小點稱為像素點，如圖3-15所示。每個像素點是由紅色、綠色、藍(lán)色3個子像素構(gòu)成的。紅色、綠色、藍(lán)色是三原色，將這3個子像素的顏色按不同比例混合，可以得到任何想要的顏色。每個像素點都承擔(dān)著展示自己的顏色的任務(wù)，而當(dāng)許多像素點組合在一起時，就能呈現(xiàn)出完整的圖像。分辨率指的是圖像中像素點的數(shù)量，其決定了圖像的清晰度。

圖3-15像素點二、LCD與OLED技術(shù)的原理LCD顯示屏上的每個像素點都由7層構(gòu)成，其中最下面是背光層，上面依次是垂直偏光片、正極電路、液晶層、負(fù)極電路、水平偏光片和彩色濾光片。LCD顯示屏結(jié)構(gòu)如圖3-16所示。背光層和彩色濾光片之間的部分可以類比為電動控制的百葉窗簾。以紅色子像素為例，當(dāng)正極電路施加電壓時，電流流過液晶層形成回路，電壓的大小可以控制液晶層的偏轉(zhuǎn)角度，從而控制紅色子像素的亮度。同理，通過控制藍(lán)色、綠色子像素的電壓和偏轉(zhuǎn)角度，可以混合出所需顏色，這就是LCD技術(shù)的原理。

圖3-16LCD顯示屏結(jié)構(gòu)二、LCD與OLED技術(shù)的原理OLED顯示屏和LCD顯示屏一樣，有紅色、綠色、藍(lán)色3個子像素，不同的是OLED顯示屏沒有液晶層和背光層。OLED顯示屏本身是一種特殊設(shè)計的發(fā)光二極管，只要通電就會亮，電流越大，亮度就越高；電流越小，亮度就越低。直接控制OLED的電流，就可以輕松地控制每個子像素的顏色比例，最終混合出所有想要的顏色。OLED顯示屏結(jié)構(gòu)如圖3-17所示。

圖3-17OLED顯示屏結(jié)構(gòu)三、LCD和OLED技術(shù)的IIC通信協(xié)議IIC通信協(xié)議是一種串行通信協(xié)議，也被稱為I2C通信協(xié)議，用于在集成電路之間進(jìn)行簡單、快速、雙向的通信。IIC通信協(xié)議允許在一條數(shù)據(jù)線上連接多個設(shè)備，其中包括一個主設(shè)備和多個從設(shè)備。在每一組IIC總線上，主設(shè)備負(fù)責(zé)主導(dǎo)通信，并可以主動讀取各個從設(shè)備上的數(shù)據(jù)；從設(shè)備只能等待主設(shè)備對自己進(jìn)行讀寫操作，若主設(shè)備沒有進(jìn)行操作，從設(shè)備無法操作總線。IIC總線在理論上可以掛接數(shù)百個從設(shè)備，每個從設(shè)備都有一個固定的7位或10位從設(shè)備地址。當(dāng)主設(shè)備要讀寫一個從設(shè)備時，它會向所有從設(shè)備發(fā)送該從設(shè)備的地址，只有地址與之匹配的從設(shè)備才會回應(yīng)主設(shè)備。在IIC通信中，需要使用SCL和SDA兩條信號線。其中，SCL是時鐘線，用于在主設(shè)備與從設(shè)備之間進(jìn)行計數(shù)同步；SDA是雙向串行數(shù)據(jù)線，用于收發(fā)數(shù)據(jù)。主設(shè)備和從設(shè)備還必須共地（即GND必須連接在一起）。IIC總線連接示意如圖3-18所示。圖3-18IIC總線連接示意四、OLED顯示屏模塊引腳定義本任務(wù)使用的是0.96寸的OLED顯示屏，該顯示屏有以下特點。（1）0.96寸的OLED顯示屏有黃藍(lán)色、白色、藍(lán)色3種顏色可選。其中黃藍(lán)型OLED顯示屏上部的1/4區(qū)域顯示為黑底黃字，下部的3/4區(qū)域顯示為黑底藍(lán)字，并且固定區(qū)域顯示固定顏色，顏色和顯示區(qū)域均不能修改；白色型OLED顯示屏則顯示純白色光，也就是顯示為黑底白字；藍(lán)色型OLED顯示屏則顯示純藍(lán)色字，也就是顯示為黑底藍(lán)字。（2）分辨率為128×64像素。（3）0.96寸的OLED顯示屏有七針的SPI/IIC兼容型模塊和四針的IIC型模塊。這兩種類型的模塊都很方便使用，本任務(wù)選用四針的IIC型模塊，如圖3-19所示。圖3-19四針的IIC型模塊【技能訓(xùn)練】活動一組裝設(shè)備活動二編寫圖形程序活動三解讀程序代碼活動四上傳與調(diào)試程序活動一組裝設(shè)備一、梳理設(shè)備控制的邏輯關(guān)系本任務(wù)涉及的一、梳理設(shè)備控制的邏輯關(guān)系本任務(wù)使用的設(shè)備除了ArduinoMega2560開發(fā)板外，還有DHT11溫濕度傳感器和OLED顯示屏模塊。在工作時，由ArduinoMega2560開發(fā)板讀取溫濕度傳感器檢測到的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并將其顯示在OLED顯示屏模塊上。溫濕度信息實時顯示系統(tǒng)的設(shè)備控制邏輯關(guān)系如圖3-20所示。模塊較少，除了ArduinoMega2560開發(fā)板外，僅需要一個多燈RGB彩燈模塊。流水燈工作時，ArduinoMega2560開發(fā)板向多燈RGB彩燈模塊發(fā)送PWM信號，用來控制多燈RGB彩燈模塊。流水燈的設(shè)備控制邏輯關(guān)系如圖3-7所示。活動一組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備1．識讀引腳標(biāo)志本任務(wù)使用的是OLED顯示屏模塊，該模塊有4個引腳，分別如下。（1）GND：接地引腳，用于連接模塊的接地端。（2）VCC：電源引腳，用于連接模塊的電源端，通常需要連接3.3V或5V電源。（3）SCL：時鐘引腳，用于傳輸數(shù)據(jù)的時鐘信號。（4）SDA：數(shù)據(jù)引腳，用于傳輸數(shù)據(jù)?；顒右唤M裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備2．連接引腳按如下步驟連接引腳。（1）將OLED顯示屏模塊的GND引腳接到Arduino開發(fā)板的GND引腳上。（2）將OLED顯示屏模塊的VCC引腳接到Arduino開發(fā)板的3.3V引腳上。（3）將OLED顯示屏模塊的SCL引腳接到Arduino開發(fā)板的SCL引腳21上。（4）將OLED顯示屏模塊的SDA引腳接到Arduino開發(fā)板的SDA引腳20上。（5）將DHT11溫濕度傳感器的VCC引腳接到Arduino開發(fā)板的5V引腳上。（6）將DHT11溫濕度傳感器的GND引腳接到Arduino開發(fā)板的GND引腳上。（7）將DHT11溫濕度傳感器的OUT引腳接到Arduino開發(fā)板的PWM區(qū)域的引腳7上。設(shè)備之間引腳的對應(yīng)關(guān)系如表3-7所示。連接后的效果如圖3-21所示?；顒右唤M裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備設(shè)備之間引腳的對應(yīng)關(guān)系如表3-7所示。連接后的效果如圖3-21所示。表3-7

溫濕度信息實時顯示系統(tǒng)各模塊接線引腳對應(yīng)關(guān)系設(shè)備引腳連向設(shè)備的名稱所連向設(shè)備的引腳OLED顯示屏模塊的VCCArduino開發(fā)板3.3VOLED顯示屏模塊的GNDArduino開發(fā)板GNDOLED顯示屏模塊的SCLArduino開發(fā)板21OLED顯示屏模塊的SDAArduino開發(fā)板20DHT11溫濕度傳感器的VCCArduino開發(fā)板5VDHT11溫濕度傳感器的GNDArduino開發(fā)板GNDDHT11溫濕度傳感器的OUTArduino開發(fā)板7組裝設(shè)備的注意事項如下。（1）在連線前，需要拔掉ArduinoMega2560的電源，在斷電的情況進(jìn)行連線。（2）連接線上的引腳較尖銳，在操作過程中要注意安全。（3）將連接好后的設(shè)備放置在防靜電的工作臺上，不可將通電設(shè)備放置在金屬材質(zhì)的臺面上。圖3-21溫濕度信息實時顯示系統(tǒng)的設(shè)備連接效果活動二編寫圖形程序一、分析程序流程本任務(wù)的程序設(shè)計思路如下。（1）定義兩個變量，分別用于存儲溫度值和濕度值。（2）讀取溫度值和濕度值，并將溫度值和濕度值賦給步驟（1）中定義的兩個變量。（3）在OLED顯示屏模塊的第1行顯示溫度值。（4）在OLED顯示屏模塊的第2行顯示濕度值。（5）延時1s，循環(huán)執(zhí)行步驟（1）～（4）。溫濕度信息實時顯示系統(tǒng)的程序流程圖如圖

3-22所示。圖3-22溫濕度信息實時顯示系統(tǒng)的程序流程圖活動二編寫圖形程序二、搭建積木程序分析完程序的流程后，利用Mind+軟件搭建積木程序。（1）打開Mind+軟件，在軟件的左下角單擊“拓展”圖標(biāo)，添加ArduinoMega2560開發(fā)板，再添加DHT11/22溫濕度傳感器和OLED-12864顯示屏，如圖3-23、圖3-24所示?；顒佣帉憟D形程序二、搭建積木程序（2）添加設(shè)備后就可以進(jìn)行程序的搭建，具體的操作過程如表3-8所示?；顒佣帉憟D形程序二、搭建積木程序按表3-8完成操作后，溫濕度信息實時顯示系統(tǒng)的程序完整流程如圖3-25所示?；顒尤庾x程序代碼一、查看Mind+軟件自動生成的代碼單擊Mind+軟件右上角的“代碼區(qū)”按鈕，查看軟件自動生成的ArduinoC語言的代碼，如圖

3-26

所示。本程序使用了大量對象或函數(shù)，將復(fù)雜的邏輯封裝在內(nèi)部，初學(xué)者不必深入研究內(nèi)部程序，只需了解每行代碼的大致功能即可?；顒尤庾x程序代碼二、代碼解析

活動四上傳與調(diào)試程序編寫完程序后，要進(jìn)行程序的上傳與調(diào)試，具體操作步驟如下。一、連接設(shè)備使用USB連接線將ArduinoMega2560開發(fā)板連接到計算機(jī)上，并在Mind+軟件中單擊“連接設(shè)備”菜單，對開發(fā)板進(jìn)行連接。二、上傳程序在Mind+軟件中單擊右上角的“上傳到設(shè)備”按鈕，完成程序的上傳。三、檢查運(yùn)行效果程序正常運(yùn)行后，可以觀察到在OLED顯示屏上顯示出了當(dāng)前的溫度和濕度，如圖3-27所示。在DHT11溫濕度傳感器上吹氣，觀察OLED顯示屏的溫度和濕度的數(shù)值變化?！救蝿?wù)評價】學(xué)生在完成本任務(wù)的學(xué)習(xí)后，教師可以根據(jù)學(xué)生的綜合表現(xiàn)給出評分。任務(wù)評價表如表

3-10所示。【拓展學(xué)習(xí)】我國顯示器面板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程顯示器面板是現(xiàn)代電子設(shè)備的核心組件，廣泛應(yīng)用于電視、計算機(jī)、手機(jī)等設(shè)備中。我國顯示器面板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，不僅是技術(shù)進(jìn)步的縮影，更是我國制造業(yè)從跟隨到引領(lǐng)的典范。1．起步階段20世紀(jì)80年代，我國電子產(chǎn)業(yè)開始起步。1996年，我國第一家LCD面板企業(yè)成立。2．初步發(fā)展階段隨著全球液晶顯示技術(shù)的快速發(fā)展，我國開始意識到顯示器面板產(chǎn)業(yè)的重要性。此階段，我國出臺政策支持面板產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動產(chǎn)業(yè)快速擴(kuò)張。3．快速發(fā)展階段全球液晶面板市場需求快速增長，我國成為全球最大的消費(fèi)市場。4．技術(shù)創(chuàng)新階段我國顯示器面板產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，技術(shù)創(chuàng)新能力顯著提升，產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善，從材料、設(shè)備到面板制造實現(xiàn)全面自主化。新型顯示技術(shù)（如MicroLED、MiniLED、折疊屏等）成為發(fā)展重點。通過政策支持、技術(shù)創(chuàng)新和市場開拓，我國已成為全球顯示器面板產(chǎn)業(yè)的重要力量。未來，隨著新型顯示技術(shù)的不斷突破，我國有望在高端顯示領(lǐng)域占據(jù)更大的市場份額，推動全球顯示產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。【思考與練習(xí)】1．請上網(wǎng)查閱資料，了解OLED技術(shù)的最新發(fā)展情況。2．請簡述IIC通信的讀寫過程。3．使用

OLED

顯示屏模塊和超聲波傳感器，將超聲波傳感器檢測到的障礙物的距離輸出到OLED顯示屏上。任務(wù)三物聯(lián)網(wǎng)電機(jī)控制器的安裝與調(diào)試【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．掌握電機(jī)的工作原理。2．掌握電機(jī)驅(qū)動模塊的連接方法。3．能正確裝配智能風(fēng)扇電路。4．能獨立完成積木程序的搭建、上傳與調(diào)試。5．培養(yǎng)設(shè)備安全運(yùn)維責(zé)任感。【任務(wù)情景】某學(xué)校為踐行節(jié)能環(huán)保，準(zhǔn)備對教室的一些電器進(jìn)行智能化改造，改造的任務(wù)之一是實現(xiàn)對電風(fēng)扇的智能控制，當(dāng)檢測到教室無人時，自動關(guān)閉電風(fēng)扇。請使用物聯(lián)網(wǎng)套件設(shè)計并制作這樣的智能風(fēng)扇。【任務(wù)分析】要實現(xiàn)風(fēng)扇的自動關(guān)閉，首先要判斷是否有人在教室。有很多方法可以實現(xiàn)這一功能，例如使用視頻監(jiān)控或紅外傳感器。從技術(shù)實現(xiàn)難易程度和設(shè)備成本角度考慮，紅外傳感器比較滿足本任務(wù)的需求。其次需要考慮如何控制大功率風(fēng)扇的問題，開發(fā)板所提供的電源電壓僅有3.3V和5V，無法直接驅(qū)動大功率風(fēng)扇的電機(jī)。要解決這一問題，我們可以使用ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊驅(qū)動大電流、大功率的直流電機(jī)?！鞠嚓P(guān)知識】一、直流電機(jī)簡介二、直流電機(jī)的工作原理三、ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊一、直流電機(jī)簡介電機(jī)的核心功能是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實現(xiàn)物體的旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動。電機(jī)可以分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩大類，直流電機(jī)使用直流電作為電源，交流電機(jī)使用交流電作為電源。直流電機(jī)是物聯(lián)網(wǎng)中常見的執(zhí)行器之一，可以用于各種應(yīng)用場景，如機(jī)器人控制、運(yùn)輸設(shè)備、家電控制等。二、直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理如圖3-28所示。直流電機(jī)的左右兩側(cè)各有一個磁鐵，分別是S極和N極，在中間穿上一個線圈。在電機(jī)通電瞬間，線圈周圍會產(chǎn)生與磁鐵互斥的磁場，于是中間的線圈就會發(fā)生旋轉(zhuǎn)。在運(yùn)動快結(jié)束時，由于慣性的作用，借助電刷裝置，電路中的電流可以切換成反方向，再次產(chǎn)生互斥的磁場，這樣電機(jī)就能夠持續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)下去。

圖3-28直流電機(jī)的工作原理二、直流電機(jī)的工作原理在電機(jī)中，外圍固定的磁鐵叫作定子，內(nèi)部可以轉(zhuǎn)動的部分叫作轉(zhuǎn)子。在環(huán)繞的線圈中間加入一個鐵芯，就可以構(gòu)成一個電磁鐵。電機(jī)中的定子和轉(zhuǎn)子使用的都是電磁鐵。如果在定子和轉(zhuǎn)子上增加一些電磁鐵，就能增大電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度和流暢度，實際應(yīng)用中的電機(jī)設(shè)備就是這樣實現(xiàn)功能的。電機(jī)轉(zhuǎn)子實物圖如圖3-29所示，電機(jī)定子實物圖如圖3-30所示。

三、ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊具有放大電流的功能，特別適合驅(qū)動四路步進(jìn)電機(jī)，其外觀如圖3-31所示。一些電機(jī)的工作電壓較高、工作電流較大，比如某電機(jī)的工作電壓為24V，工作電流為400mA，而Arduino開發(fā)板的輸出電流約為40mA，電壓為3.3V。顯然，Arduino開發(fā)板上的電源無法驅(qū)動這樣的電機(jī)。使用ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊，借助外部電源，可以為電機(jī)提供更高的電壓、更大的電流。圖3-31ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊外觀【技能訓(xùn)練】活動一組裝設(shè)備活動二編寫圖形程序活動三解讀程序代碼活動四上傳與調(diào)試程序活動一組裝設(shè)備一、梳理設(shè)備控制的邏輯關(guān)系本任務(wù)中，紅外傳感器用來檢測是否有人，并將檢測結(jié)果（狀態(tài)信號）發(fā)送給ArduinoMega2560開發(fā)板。ArduinoMega2560開發(fā)板根據(jù)檢測結(jié)果，向ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊發(fā)送電機(jī)控制信號，ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊控制風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)動。智能風(fēng)扇的設(shè)備控制邏輯關(guān)系如圖3-32所示。圖3-32智能風(fēng)扇的設(shè)備控制邏輯關(guān)系活動一組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備1．識讀引腳標(biāo)志仔細(xì)觀察各硬件設(shè)備的引腳標(biāo)志，明確各標(biāo)志的含義。本任務(wù)需要使用紅外傳感器、ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊和直流電機(jī)，它們的引腳分別如下。（1）紅外傳感器①VCC：電源引腳，為模塊提供工作電壓。②GND：接地引腳，將模塊與地相連，以保證電路正常工作并防止靜電放電。③OUT：輸出引腳，當(dāng)檢測到人體紅外信號時，該引腳輸出高電平；否則，輸出低電平。④NC：空引腳，不需要連接任何引腳。活動一組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備1．識讀引腳標(biāo)志仔細(xì)觀察各硬件設(shè)備的引腳標(biāo)志，明確各標(biāo)志的含義。本任務(wù)需要使用紅外傳感器、ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊和直流電機(jī)，它們的引腳分別如下。（2）ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊引腳示意如圖3-33所示。圖3-33ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊引腳示意活動一組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備①IN1～I(xiàn)N7：表示I/O接口，用于接收來自外部控制器的控制信號。這些引腳可以分別連接控制器的I/O接口，通過控制輸入信號的高低電平來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和速度。②+：表示電源的正極，需要接到外部電源的正極，通常是5V或12V等。③-：表示電源的負(fù)極，需要接到外部電源的負(fù)極，通常是0V或GND（地）。④步進(jìn)電機(jī)接口：用于連接電機(jī)。（3）直流電機(jī)①電源引腳：用于連接直流電源，為直流電機(jī)提供工作電壓，通常為紅色線。②接地引腳：用于連接直流電機(jī)的外殼或底盤，以確保電機(jī)和其他電路的接地安全?；顒右唤M裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備2．連接引腳按如下步驟進(jìn)行硬件設(shè)備的組裝。（1）將紅外傳感器的VCC引腳接到Arduino開發(fā)板的3.3V引腳上。（2）紅外傳感器的NC引腳表示空引腳，不需要接線。（3）將紅外傳感器的GND引腳與Arduino開發(fā)板的GND引腳相連。（4）將紅外傳感器的OUT引腳接到Arduino開發(fā)板的引腳6上。（5）連接直流電機(jī)與ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊。將ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊的電機(jī)接口引腳連到直流電機(jī)的電源正極上，4號輸出引腳連接直流電機(jī)的負(fù)極?；顒右唤M裝設(shè)備（6）連接Arduino開發(fā)板與ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊。ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊使用了4號輸出引腳，因此ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊的輸入端需選擇IN4引腳。IN4引腳可連接Arduino開發(fā)板數(shù)字引腳中的任意一個，實現(xiàn)對ULN2003電機(jī)驅(qū)動模塊的控制。本任務(wù)使用的是Arduino開發(fā)板的引腳10。由于本任務(wù)使用的直流電機(jī)的功率較小，電機(jī)驅(qū)動模塊的電源也可以使用Arduino開發(fā)板上的5V電源。智能風(fēng)扇的設(shè)備引腳連接如表3-12所示。連接后的效果如圖3-34所示。活動一組裝設(shè)備組裝設(shè)備的注意事項