一把指南伞 DF创客社区

一把指南伞

【背景】

近两个月以来，上海总是各种大雨小雨不断。一把伞就成了我们出行随身携带的日常配备。于是对伞的功能产生了兴趣。

在网上看到一款日本设计师Yang Ze-Siao设计的日伞夜灯-DSNL。它采用了多功能太阳电池板和发光二级管融合设计，白天用伞遮挡太阳，同时能存储太阳能，晚上可以当作照明灯具使用。看到后非常喜欢，这让我萌生了自己也动手改造伞的想法。

一个下雨夜晚，城市里的人们行走的脚步总是匆匆的，特别是来到一个陌生的环境，如果急切的低头看手机寻找方向，面对来往的车辆，多少会有些危险。于是想到了用电子罗盘和LED灯带组合设计一款能在夜间指引方向的指南伞，它能快速地给行人指引方向，也可以给夜间行驶的车辆以灯光的提示，保证出行的安全。

【设计思路】

相对于一个特定的区域，地理北极的朝向是恒定的。利用这个原理，我们读取电子罗盘的六轴矢量参数，经过一定的公式转化，将地理北极的方向，用航向角表示。（水平面上地理北极与电子罗盘标定的X轴的夹角）。将伞的360°等分为10份，即以每36°代表一个方位并用三颗灯珠表示。最后将实时的地理北极方向，用该方位的灯带表示出来。因能力非常有限，可能会有不少疏漏，希望大家能够批评指正。

【所需硬件清单】

1. FIT0352 RGB LED 灯带

2. SEN0079 六轴电子罗盘LSM303DLH

3. DFR0132 DFRduino Pro Mini V1.3

4. 电源开关模块

5. 3.7V mini电池

注：所有的硬件均可以在DFRobot商城购买。

【制作过程】

Step1. 测试电子罗盘

先测试电子罗盘的功能，将六轴矢量数据转化为航向角，在串口中打印出来。水平放置芯片，观察X轴是否与北方重叠。360°转动电子舵盘，观察串口数值的返回过程。

（关于电子罗盘的倾角补偿方法，写在了后面的【硬件回顾】中。）

电路连接图：

备注：

一．对于Arduino pro mini而言，它默认的I2C接口为A4(SDA),A5(SCL)。

二．因为arduino pro mini不具备USB的转换芯片，因此用户无法直接用USB线来烧录程序。需要FTDI才能烧入程序和进行串口调试。

三. FTDI下载器的驱动已经集成在Arduino IDE的drivers目录下，无须另外下载。安装驱动时，请选择从FTDI USB Drivers文件夹中安装。

下载程序

测试代码在附件中下载。位置为umbrella文件夹>>el-compass_test.ino 。测试时需导入LSM303DLH库

电子罗盘相关语句分析

语句：Wire.begin()

说明： 开启I2C总线（主设备）。因为LSM303DLH是通过I2C和Arduino进行通讯的。

语句：LSM303DLH compass;

说明：初始化电子罗盘，建立一个类型为LSM303DLH, 名为compass的对象。这里的对象的名字可自行更改。

语句：compass.read()；

说明：读取LSM303DLH的六轴参数，并将它们赋值给compass.m.x/y/z（三个矢量方向的磁场值），compass.a.x/y/z (三个矢量方向的加速度值) ，便于我们后面调用这些参数。

将弧度值转化为用0~360°表示：

int compass_angle=round(atan2(H_y,H_x)*180/PI); //转化为角度

if(compass_angle<0) compass_angle+=360； //转化为（0~360°）

测试效果：

根据电子罗盘上标准的三个地磁矢量的方向水平放置芯片。观察串口的返回值，x轴方向与地磁北极重合时，串口返回0。逆时针转动芯片，正西方为90，南方为180。依次返回值会不断变大到360°

Step2. RBG灯带的焊接和使用

以三颗LED灯为一组对灯带进行裁剪。

拼接时留意选取灯带的正确方向

焊接，并用热熔胶封闭接口（防水）

焊接后的效果

对灯带编号

从灯带上与控制板连接的第一颗LED算起，每三颗LED灯编为一组记作LEDs_0, 依次为LEDs_1...一直到LEDs_9。

电路连线图：

下载测试程序

测试代码在附件中下载。位置为umbrella文件夹>>LED_strip_test.ino 。测试时需导入Adafruit_NeoPixel库

灯带程序相关语句分析

语句1：Color(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b)

说明：显示灯珠的颜色（三个参数分别表示红，绿，蓝三色的亮度；取值范围是（0~255））如表示

红色：Color(255，0，0);

蓝色: Color(0,0,255);

紫色：Color(255,0,255); 为蓝色和红色的混合

语句2：setPixelColor(uint16_t n, uint32_t c)

说明：设置某一颗灯珠的颜色，其中n为灯珠的编号（第一颗灯珠为0，按顺序依次为1，2，3....）， c为灯珠的颜色参数，即Color(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b)

测试效果

通过改变测试程序loop()中colorwipe()函数中的参数a 和b的。来控制点亮不同编组的灯珠。

例：

如果想点亮LEDs_0灯组，则

void loop(){

colorWipe(Color(255，0，0),0 ,3, 50);

clear(100);}

Step3. 对芯片做去针脚处理并焊接所需的接线

为了能美观，用电烙铁加焊锡将针脚去掉，改用直接焊接接线

去针脚后的效果

对控制器去针脚，但保留用于程序烧写和串口调试的针脚。

Step4. 连接各个元器件，并安装到伞内

总装电路图：

接线表格

外部设备	DFRduino Pro mini
电子罗盘（SCL）	A5
电子罗盘（SDA）	A4
电子罗盘（GND），灯带（GND）	GND
电子罗盘（VCC）灯带（+5V）	VCC
灯带（DI）	D3