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#DFRobot2018-“天空树”（3D）+“自动灌溉系统“（电路）设计 |
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本帖最后由 tianxwg 于 2019-1-22 10:10 编辑 创意作品：天空树（3D）+自动灌溉系统（电路） 我们组由吴锋老师领队，3位成员来自明珠小学B区的陈瑾瑜、蔡蕙晴、郭菡清。下面，为大家介绍下我们的创意作品。 一、3D创意：“天空树”（新加坡） 小伙伴们第一次见到“天空树”是什么感觉？尤其是在夜晚，当霓虹亮起，灯光璀璨、如梦如幻，配上悠扬的音乐，让人仿佛置身梦境，心旷神怡:lol。   小组成员们也都非常喜欢“天空树”，一个大胆的想法提出：我们用Tinkercad来做我们自己的“天空树”吧！ 1、构建“天空树”主干 经过仔细观察发现，“天空树”主要包括两大部分，内部是它的“主干”，外部是它的“枝丫”。主干部分结构类似“红酒杯”，呈现两头粗、中间细的结构。中间的圆柱体还好找，但上下两个有坡度的椎体怎么办呢？功夫不负有心人。经过仔细找寻，我们发现“具有可定义平滑度”的圆柱体，这下就解决了我们“红酒杯”造型问题。  图1：具有可定义平滑度的圆柱  图2：调整后的圆柱 为体现装饰效果，我们用“分割数”为12的椎体与“酒杯”重叠，就产生了绿色“纹路”的效果。  图3：“酒杯”上部  图4：“酒杯”下部 为了观光功能，“天空树”上还有纯透明“瞭望台”，方法也是做两个图形的叠加，出现装饰花纹。最后在上面放上一朵“曼陀罗花”做“花心”。  图5：瞭望台  图6：曼陀罗花 这样，把前述这些组件组合在一起，再配上装饰的圆环，就成了“天空树”的枝干部分！怎么样？和图片上的“天空树”枝干有些神似吧:lol  图7：主干（远景）  图7：主干（近景） 2、构建“天空树”枝丫 做完了“主干”，小组成员们都很高兴，却没想到，这仅仅完成了工作量的1/3。因为难度最大的枝丫部分来了。 因为真实的“天空树”外部被一些不规则的树枝覆盖。我们首先想到余老师课上讲的“笔筒”，想用圆柱体里面套个不规则体（如“神奇树”），出现很多不规则的“镂空”来设计，但效果很不好，完全没有“树枝”感。我们又找到了“五瓣饰”，放大的效果更像铁丝，还是不像树枝。我们还尝试了“菱形网格”，更像一堵墙，而没有“树枝”感。  图8：树  图9：树改进 偶然间，我们在“全部”中找到了两种“树”。第一种是立体图形，没法叠加使用；第二种像是一把“扫把”，但略作加工，如图9就有了树枝的感觉了。而且因为是片状结构，也方便做“主干”的包围结构。  图10：枝丫（顶视图）  图10：枝丫（侧视图） 为了方便整体排列树枝，我们先做了一个标准的五边形，把树枝均匀排布在五个边上，这样就有了第一层“枝丫”。为了做出树枝顶部“盛开”的效果，我们把每一片“树枝”向后倾倒45度角，再用一个五边形做“框”分别装到五边形上，中间的缝隙再增加5片树枝，一个如花朵般“盛开”的树枝就做好了。  图11：枝丫“盛开”（顶视图）  图11：枝丫“盛开”（俯视图） 对于中间最高的那棵“天空树”，还需要有个更大的花朵“盛开”样式，那就再加一层“树枝”吧。我们把每一片“树枝”向后倾斜75度，均匀排布在图11的外层，最终的效果如图12。这样，“天空树”的枝丫部分就做好！  图12：“天空树”枝丫顶部（俯视图）  图13：“天空树”枝丫（俯视图） 3、搭建“天空树”家族 好了，该把我们的主干和枝丫拼在一起了，如图14所示。  图14 “天空树”（侧视图）  图15：“天空树”（顶视图）  图16 “天空树”底部  图17：“天空树”顶部 再给我们的“天空树”配上一些兄弟姐妹吧，祝他们Familyhappy！  图18：“天空树”家族（顶视图）  图19：“天空树”家族（俯视图）  图20：“天空树”家族（侧视图） 最后，给我们的作品取个名，就叫“天空树”吧！  二、电路创意：“自动灌溉系统”电路设计 设计好了“天空树”，如何栽培和管理其中的花花草草呢？精心浇水是必须滴。头脑中是不是又浮现出众多园艺工人头戴草帽、手持水管的景象？这就太落伍了，数字化社会，有咱的Tinkercad的电路设计统统搞定！ 1、设计目标 我们希望设计一套自动灌溉系统。这套系统能够根据土壤湿度自动判断是否需要浇水。如果土壤湿度过低，就启动系统，自动灌溉植物。同时，还能通过不同颜色的指示灯，显示出目前土壤的状态。当灌溉系统启动时，指示灯还会显示工作状态，让人对整个系统运作“一目了然”、全自动实现！ 2、电路原理 在自动浇灌系统中，使用湿度传感器来实时监控花盆中土壤的湿度。当数值为0~300表示土壤干燥需要浇水，300~500表示土壤湿度正常，500~700 表示土壤水分过多。 在设计中为了让用户更直观的看到系统的工作状态，这里使用了RGB的炫彩灯，不同颜色的灯来表示不同的工作状态。当灯为绿色时，表示土壤的湿度为正常状态，不需要浇水，当灯在闪烁时，表示浇灌系统工作中。 3、准备器件 本次电路设计需要准备8类电子元器件，具体包括： l Arduino 板 x 1 l 220欧电阻 x4 l 湿度传感器x 1 （在设计中使用 温度传感器代替） l RGB炫彩灯 x1 （用做于指示灯，当灯为绿色时，表示土壤湿度正常，不需要灌水，当灯闪烁时，表示土壤干燥，正在浇水中。） l 小型电路实验板 x 1 l 继电器 x1 （用户电磁阀的开关） l 电磁阀 x1 （设计中使用LED 灯替代，表示是否处于开启状态） l 电源 x1 （用于供应电磁阀的电源，供应12V的电压） 4、电路设计 按照余老师的网上课程，结合我们对电子电路的了解，小组成员们发挥特长，分工协作，高效完成了“自动灌溉系统”的电路搭建和优化完善工作。  图21：“自动灌溉系统”电路图 5、编程操作 为让电子电路有效运转，小组成员们克服困难，编制了相应的程序语句。经多次测试，电路及程序有效运转，程序反馈结果准确，较好的实现了设计目标，实现了对土壤的自动监测和自动灌溉功能。为我们的“植物园”节省了多名人力投入，且7X24小时保证植物能够获取到充足的水分！  图22：“自动灌溉系统”程序设计 6、制作花盆 为了给咱们的植物创造更好的生活环境，我们还精心定制了“花盆”，让咱们的植物喝饱水、住好盆，幸福开心每一天！  图23：2019定制款花盆（侧视图）  图24：2019定制款花盆（侧视图） |
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