快乐智造营 | 13 物品存放柜 DF创客社区

本帖最后由怀若谷于 2021-6-2 10:25 编辑

本系列教程主要分享基于开源硬件和激光建模的创客作品的制作，每个作品涉及两三个电子模块的使用，让学习者能够轻松、扎实地掌握创客制作的知识和技能，并体会到智造的乐趣。

【目录】

1.快乐智造营 | 01 贪吃的小鸡

图13-1

“物品存放柜”，如图13-1所示，是一个模拟实现生活中已存在设备的一个项目，可以帮助学习者了解该设备的实现原理。通过该项目的学习，可以掌握碰撞传感器和NFC近场通讯模块的使用。
功能介绍：将贴有电子标签的动物造型卡片靠近物品存放柜的感应区，相对应的柜门会解锁，此时可以拉开柜门放入东西或者取出柜子里的东西。放进物品后，将柜门合上，门会自动上锁，这时用手无法拉开。

演示视频

v 13.2材料准备

图13-2

本项目所需要的硬件材料，如图13-2所示，分别为：
（1）DFRduino Uno R3  1块
（2）IO扩展板 1块
（3）NFC近场通讯模块  1个
（4）180°舵机  2个
（5）碰撞传感器 2个
（6）NFC电子标签贴纸  2张

v 13.3电子模块的使用
13.3.1  NFC近场通讯模块
   NFC（近场通讯），是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在十厘米内）交换数据。NFC技术被广泛用于POS机移动支付、公交卡、银行卡、门禁卡、饭卡、水卡等多种场合。本项目中使用的是DFrobot出品的NFC近场通讯模块，具有IIC和UART双接口，可以通过拨动开关进行切换。使用时，可以根据自己的需求选择其中的一种连接方式。

图13-3

在与Arduino Uno主控板连接时可以连接到IIC（A4、A5）引脚，连接示例如图13-3所示。

图13-4

在编程软件Mind+中，NFC近场通讯模块包含的积木有8个，如图13-4所示，需到【扩展】中的【通讯模块】下找到【NFC模块】，然后选择添加才会在积木区出现。在使用时，需要先进行初始设置，示例程序如图13-5所示，该程序执行的结果是将接在IIC引脚上的NFC模块读取到卡片的UID号通过串口打印方式显示出来。

图13-5

将电子标签或者成品卡片靠近NFC模块，如图13-6所示，即可读取到该电子标签或卡片的UID。如图13-7所示，显示的是本项目使用的两张电子标签的UID信息。

图13-6

图13-7

除了读取卡片的UID外，还可以读取存储在卡片中各个数据块中的数据；并且可以向指定数据块写入指定数据。

13.3.2 碰撞传感器
碰撞传感器，也叫微型开关，是一种由很小的物理力启动的电子开关（使用了杠杆原理）。其实质上和数字按钮模块是相同的，属于数字模拟输入设备，在不同的状态下会向主控板输入1或者0两种数字信号。

图13-8

在与Arduino Uno主控板连接时，参照数字按钮模块，可连接到除D0、D1外的任一引脚。连接示例如图13-8所示，GND、VCC、数据三个引脚要分别对应。

图13-9

在编程软件Mind+中，可以使用【引脚操作】中【读取数字引脚（2）】积木来读取碰撞开关的输入信号。使用前，一般需要了解该碰撞传感器的特性，示例程序如图13-9所示，该程序执行的结果是将接在引脚D2上的碰撞传感器的输入信号显示在串口调试窗口。

图13-10

显示结果如图13-10所示，由此可判断本项目使用的两个碰撞传感器的特点为：非碰撞状态下数字信号为1，碰撞状态下信号为0。

v 13.4 项目制作
13.4.1 硬件搭建
将碰撞传感器连接到扩展板的D2和D3引脚、舵机连接到A2和A3引脚、NFC模块连接到IIC引脚，如图13-11所示。

图13-11

13.4.2 编写程序
   编程思路：（1）将两个舵机初始化为110°，是柜门处于上锁状态；（2）让NFC通讯模块不停侦测电子标签的信息，如果感应到某个电子标签的信息则控制对应的舵机置于20°，即为柜门解锁；（3）当碰撞传感器的信号为0时（说明处于碰撞状态下），将对应的舵机置于110°，即为柜门上锁。
   电子标签、碰撞传感器和舵机必须分为两组进行匹配。
   根据编程思路，在Mind+软件中进行编程，示例程序如图13-12所示。编写好程序后，上传到设备，进行初步调试。

图13-12

12.4.3 设计、切割外型
使用制图软件进行外型的设计，设计图如图13-13所示。为了更好地区分，卡片外型采用了不同动物造型，柜门上也做了对应的标记。

图13-13

图纸设计好后，使用激光切割机进行切割。切割好的木板件如图13-14所示。其中感应卡片使用了亚克力材料，柜子部件使用了椴木板材料。

图13-14

13.4.4 装配调试
将切割好的木板和硬件进行组装，步骤如图13-15所示。

图13-15

（1）将NFC模块和碰撞传感器安装在木板件的预留位置

（2）组装部分木板件，固定主控板并连接好硬件

（3）装上两块侧板

（4）固定舵机

（5）装上前面的木板件

（6）装上柜门

除木板件外，柜门与柜体的连接还使用了不锈钢合页。
最后，将电子标签贴在亚克力材料部件上，如图13-16所示，制成开门用的卡片。

图13-16

   装配好后，需要进行调试，保证柜门能正常开合、能顺利锁上和解锁。你可能需要根据门锁的运行情况调整舵机的角度。

v 13.5 思维拓展
   本项目受电子模块使用数量的限制，只能实现简单的开关柜门的功能。如果想进一步完善的话，可以考虑增加语音提示、屏幕显示等功能模块，使人机交互做得更完美。
   如果从储物柜这一主题出发，对使用电子模块不设限的话，还可以使用AI视觉模块来制作一个具有人脸识别功能的智能储物柜。不过，这需要进一步学习更多的电子模块。
   你还有好的想法呢？