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[项目] 创客奶爸造物记 | 04 咬手鳄鱼玩具

本帖最后由怀若谷于 2024-5-5 23:01 编辑

演示视频↑

图1（来自网络）

咬手指鳄鱼玩具，是几年前非常流行的一种玩具，非常适合用来做互动游戏。除了游戏时带来的快感外，还让人感受到其神奇之处：它完全采用机械结构设计，没有使用任何电子零件，却能产生随机结果。如果对其进行拆解，了解了它的结构和运作原理后，你一定会感叹其设计之精妙。如果我们用创客技术和工具来制作一个能实现相同功能的咬手鳄鱼玩具，制作难度会低很多。来吧，创客们，一起造起来！

【功能介绍】

“鳄鱼”下面的9颗牙齿为触发开关，按一下会下移并卡住，再按一下会弹起；上面的牙齿为造型需要。当下面的牙齿全部弹起时，“鳄鱼”会张开嘴巴。此时，会随机设置其中的一颗牙齿作为触发开关。游戏者按下某颗牙齿，如正好是那颗作为触发开关的牙齿，鳄鱼嘴巴会合上，产生一个咬手动作；如果是按下的是其他牙齿，则不会有任何反应，可以继续游戏。当全部牙齿被弹起时，“鳄鱼”又会张开嘴巴，进行下一轮游戏。

图2

【实现原理】

本作品使用了一个可编程主控板、一个180°舵机和一个自行设计的自锁开关阵列模块。设计这个自锁开关阵列模块，是为了作品的造型需要，它其实就是由9个自锁开关模块组成的。

当9个自锁开关模块的输入值为0时（即弹起状态下），通过程序控制舵机舵臂竖起，以驱动鳄鱼头部的上半部分旋转，做出张嘴动作。这时，程序会产生一个随机数（1-9），存于一个变量中。当某个自锁开关模块的输入值为1时（即按下状态下），程序会判断这个自锁开关编号是否等于变量值，如果条件成立，则通过程序控制舵机舵臂倒下，鳄鱼头部的上半部分没有了支撑力，其在重力作用下，做出咬手动作。

【硬件清单】

图3

本作品使用到的硬件材料主要有：

1. 主控板（兼容Arduino UNO） 1块

2. USB数据线 1条

3. 180°舵机 1个

4. 自锁开关阵列模块 1个

5. 3P连接线 9条

【制作过程】一、制作自锁开关阵列模块

注：本模块的设计意图主要是为了使作品的造型结构更加紧凑、美观，其功能完全可以由9个独立的自锁开关模块来替代。

（一）绘制PCB图

图4

使用立创EDA软件进行PCB设计和绘制，底板采用近似椭圆形状。左半部分有9个六脚自锁开关按钮，采用环形阵列布局，各个按钮分别串联和并联了一个电阻；右半部分为与按钮开关对应连接的3P排针，共9个。这9个按钮开关电路连接和功能均相互独立。

（二）PCB制作

图5

图纸经确认无误后，寻找专业的PCB制造厂家进行PCB打样。推荐使用嘉立创的加工服务，每个月有两次免费打样的机会；在立创EDA软件中有下单入口，项目图纸文件自动上传，非常方便。

（三）电子元件准备

图6

在等待PCB打样和运输的过程中，准备好需要的元器件：6脚自锁开关按钮、1kΩ贴片电阻、10kΩ贴片电阻、3P排针各9个。

（四）焊接成型

图7

使用电烙铁、热风枪等工具将电子元器件焊接到PCB的对应焊盘上。焊接完成后，对成品进行必要的测试，以确保每一个按钮都能正常工作。

二、硬件连接

图8

将自锁开关分别连接到D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10这9个引脚，将舵机连接到D13引脚。

三、编写程序

本项目程序采用Mind+软件在上传模式下编写，分为两个部分：主程序和开关侦测子程序。

（一）主程序

主程序主要分为初始化部分和循环执行部分。程序启动后，先设置舵机的初始角度，对要用到的列表和变量值进行初始化。然后循环执行：对开关状态进行侦测，并且进行统计；如全部开关输入值为“0”，则控制舵机旋转使舵臂抬起，设置触发开关，开始一轮游戏；在游戏过程中，如触发开关被按下（输入值为“1”），则控制舵机旋转使舵臂放下，一轮游戏结束。