智能扇子——用柔性位置传感器同时控制舵机与灯光

【项目简介】

在传统风扇或扇子的使用场景中，用户通常只能通过物理开关或旋钮来调节风速和灯光。本项目尝试了一种全新的交互方式——通过触摸一条柔性传感器条的不同位置，同时控制扇子摆动速度和灯光亮度。手指在传感器上滑动，扇子摆动的节奏和灯光的明暗随之同步变化，带来一种仿佛“指挥”扇子的奇妙体验。

项目的核心创意来源于长条形薄膜位置传感器独特的形态——它不是旋钮，不是滑条，而是一条可以弯曲、贴附在任意表面的柔性薄膜。这种传感器形态天然适合与扇子、弧形表面等非平面结构结合，让交互方式更加自然和直观。

【硬件清单】

硬件	型号/SKU	数量	说明
主控板	Arduino UNO R3	1	项目大脑
薄膜位置传感器	DFRobot SEN0690（300mm）	1	输入：感知触摸位置
DAC模块	DFRobot DFR1229（GP8600，16bit）	1	输出：将数字信号转为0-5V模拟电压控制灯光-
舵机	DSS-M15S 15KG 270度金属舵机	1	执行器：带动扇子摆动
柔性灯丝	3V 260mm 柔性软灯丝	1	输出：可弯曲的360°发光灯丝
电源	舵机独立供电（5V/6V）	1	舵机电流较大，需单独供电

核心硬件亮点

长条形薄膜位置传感器（SEN0690） 是一款基于石墨烯压感技术的柔性传感器。它的厚度仅0.45mm，可以弯曲贴合各种曲面。位置检测精度高达±2mm，响应速度＜1ms，通过模拟量输出连续的位置信号。传感器采用3引脚连接，原生兼容Arduino平台。

GP8600 DAC模块（DFR1229） 是一款16bit高分辨率的数模转换模块，满量程误差仅±0.2%。它支持I2C或PWM信号驱动，可配置为0-5V、0-10V电压信号或4-20mA电流信号输出。I2C模式下，数值0-65535对应0-6V输出。

3V 260mm柔性软灯丝直径仅2mm，可任意弯曲折叠，360°发光无死角，，非常适合固定在扇子边缘作为装饰光源。

【硬件连接】

按照下图连接各模块：

模块	引脚	连接至
薄膜位置传感器	VCC	Arduino 5V
薄膜位置传感器	GND	Arduino GND
薄膜位置传感器	OUT	Arduino A0
舵机	信号线	Arduino D9
舵机	VCC/GND	独立电源（5V/6V）
GP8600 DAC	VCC	Arduino 5V
GP8600 DAC	GND	Arduino GND
GP8600 DAC	SCL	Arduino A5（SCL）
GP8600 DAC	SDA	Arduino A4（SDA）
GP8600 DAC	OUT	柔性灯丝正极（串接限流电阻）
柔性灯丝	负极	GND

特别注意：

• 舵机工作时电流较大（尤其带动扇叶时），务必使用独立电源为舵机供电，避免从Arduino取电导致主控复位。
• 柔性灯丝为3V规格，DAC模块输出的是0-5V电压，需要串联限流电阻（推荐47Ω-100Ω）保护灯丝。
• GP8600模块的I2C地址默认为0x58，无需额外配置。
  
  

【工作原理信号流程】
手指触摸传感器 → 模拟电压变化 (0-5V) → Arduino读取ADC值 (0-1023)
    ↓    分支1: 映射为舵机间隔时间 (100-1000ms) → 舵机在45°和135°之间往复摆动
          分支2: 映射为DAC数值 (0-65535) → GP8600输出0-5V模拟电压 → 控制灯丝亮度控制逻辑

传感器读取：Arduino通过A0引脚读取传感器的模拟电压值，范围0-1023。传感器全长300mm，位置检测精度±2mm，手指在传感器上滑动时，ADC值会连续、线性地变化。

舵机控制：ADC值被映射为100-1000ms的间隔时间。ADC值越高（手指越靠近传感器末端），间隔时间越短，扇子摆动越快；ADC值越低，摆动越慢。舵机在45°和135° 之间循环摆动，形成“扇风”效果。

灯光控制：ADC值先转换为位置比例（0~1），再经非线性映射后转为DAC数值（0-65535），通过I2C总线发送给GP8600模块。模块输出对应的0-5V模拟电压驱动柔性灯丝。

为什么使用DAC模块而不是PWM直接驱动？

Arduino的PWM输出是方波信号，直接驱动灯丝会产生频闪，且亮度调节线性度不佳。GP8600 DAC模块将数字信号转换为纯净的模拟电压，不仅调光更平滑，还支持0-5V/0-10V等多档输出范围，适配更多类型的灯光设备。

【完整代码】

/*!
 * 智能扇子 - 薄膜位置传感器控制舵机摆动间隔 + DAC控制灯丝亮度
 * 硬件：Arduino UNO + SEN0690薄膜位置传感器 + DFR1229 GP8600 DAC + 舵机 + 柔性灯丝
 */
#include <Servo.h>
#include <DFRobot_GP8XXX.h>

// ==================== 舵机部分 ====================
Servo servo_9;
volatile unsigned long lastSwitchTime;   // 上次切换时刻
volatile bool switchState = 0;           // 0→45°，1→135°
volatile unsigned long intervalTime;     // 摆动间隔（毫秒）

// ==================== DAC 部分 ====================
#define I2C_COMMUNICATION
#define MODULE_I2C_ADDRESS 0x58          // GP8600默认I2C地址
DFRobot_GP8600_I2C GP8600(&Wire, MODULE_I2C_ADDRESS);

const int sensorPin = A0;                // 传感器接A0
const float Vcc = 5.0;
const float totalLength = 300.0;         // 传感器总长300mm[reference:19]

const int CHANGE_THRESHOLD = 3;          // ADC变化死区（防抖动）
const int MIN_ADC_THRESHOLD = 10;        // 最小有效ADC阈值
const float POWER = 1.0;                 // 映射指数（1.0=线性，0.5=低端更亮）

int lastADC = -1;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  // ---- 初始化舵机 ----
  servo_9.attach(9);
  lastSwitchTime = millis();
  switchState = 0;
  intervalTime = 500;                    // 初始间隔500ms

  // ---- 初始化DAC模块 ----
  while (GP8600.begin() != 0) {
    Serial.println("DAC模块连接失败，请检查接线！");
    delay(1000);
  }
  GP8600.setDACOutRange(GP8600.eOutputRange5V);  // 设置为0-5V输出范围[reference:20]
  Serial.println("系统初始化完成！");
}

void loop() {
  int rawADC = analogRead(sensorPin);    // 读取传感器值 0-1023

  // ========== 舵机控制 ==========
  if (rawADC > MIN_ADC_THRESHOLD) {
    // ADC 0→1000ms，1023→100ms（值越大，摆动越快）
    intervalTime = map(rawADC, 0, 1023, 1000, 100);
  }
  
  // 计时切换舵机角度
  if ((millis() - lastSwitchTime) > intervalTime) {
    lastSwitchTime = millis();
    if (switchState == 0) {
      servo_9.write(45);                // 角度1
    } else {
      servo_9.write(135);               // 角度2
    }
    switchState = !switchState;          // 状态翻转
  }

  // ========== DAC控制（灯丝亮度） ==========
  if (rawADC > MIN_ADC_THRESHOLD) {
    if (abs(rawADC - lastADC) > CHANGE_THRESHOLD) {
      // 计算位置（mm）
      float rawVoltage = rawADC * (Vcc / 1023.0);
      float position = (rawVoltage / Vcc) * totalLength;
      position = constrain(position, 0.0, totalLength);

      // 位置比例 → DAC数值（非线性映射）
      float posRatio = position / totalLength;           // 0~1
      float dacFloat = pow(posRatio, POWER) * 65535.0;   // 0~65535[reference:21]
      uint16_t dacValue = (uint16_t)constrain(dacFloat, 0, 65535);

      // 通过I2C发送DAC数值[reference:22]
      GP8600.setDACOutData(dacValue);
      lastADC = rawADC;

      // 串口调试信息
      Serial.print("ADC:");
      Serial.print(rawADC);
      Serial.print(" Pos:");
      Serial.print(position);
      Serial.print("mm DAC:");
      Serial.print(dacValue);
      Serial.print(" Interval:");
      Serial.println(intervalTime);
    }
  }
  // 若rawADC <= MIN_ADC_THRESHOLD，保持上次DAC输出（灯丝维持当前亮度）

  delay(50);  // 降低循环频率，减少串口输出压力
}
复制代码

代码要点说明

• 舵机间隔映射：map(rawADC, 0, 1023, 1000, 100) 将ADC值反向映射为间隔时间。手指在传感器起始端（ADC≈0）时，间隔1000ms（慢速）；在末端（ADC≈1023）时，间隔100ms（快速）。
• DAC输出范围：I2C模式下，GP8600的数值范围是0-65535，对应0-6V输出。代码中通过GP8600.setDACOutRange(GP8600.eOutputRange5V)将输出限制在0-5V范围内。
• 非线性映射：POWER参数控制亮度变化曲线。POWER=1.0为线性；POWER=0.5时低位置输出更大（低端更亮）；POWER=2.0时低位置输出更小（低端更暗）。可根据实际效果调整。
• 防抖处理：CHANGE_THRESHOLD=3确保ADC变化超过3个值时才更新DAC，避免信号抖动导致灯光闪烁。
  
  

【结构安装】

建议扇子制作

• 在舵机输出轴上固定一个半透明扇面-工艺扇（可用亚克力或塑料薄片制作）。
• 将柔性灯丝沿扇面边缘一周固定。灯丝直径仅2mm，可轻松弯曲贴合扇面弧度。
• 灯丝引线沿舵机臂走线，注意预留足够的活动余量，避免舵机旋转时扯断导线。
  
  

传感器固定

长条形薄膜位置传感器背部预置了双面胶，可直接粘贴在桌子的侧面。传感器厚度仅0.45mm，几乎不占空间，且可弯曲贴合弧形表面。

安装示意

         [扇面]
        /   |   \
   灯丝-----[舵机]-----灯丝
       \   |   /
        [手柄]
          |
    [薄膜位置传感器] ← 手指滑动控制
          |
       [Arduino + DAC模块]

【效果展示】

玩法交互方式

• 轻触传感器起始端 → 舵机慢速摆动（≈1秒一个来回）+ 灯丝较暗
• 滑动到传感器中部 → 舵机中速摆动 + 灯丝中等亮度
• 按压传感器末端 → 舵机快速摆动（≈0.2秒一个来回）+ 灯丝最亮
  
  

与旋钮方案对比

传统旋钮电位器只能提供旋转这一种交互方式，而长条形薄膜位置传感器提供了沿直线滑动的交互体验。对于扇子这种长条形结构，滑动操作比旋转旋钮更加直观和自然——手指滑过的距离，直接对应扇子工作的强度。

此外，传感器的柔性特性允许它贴合在任意形状的表面（弧形手柄、圆柱底座等），这是刚性旋钮无法实现的。

【总结】

本项目展示了长条形薄膜位置传感器与高精度DAC模块在创意交互装置中的应用潜力。通过一个简单的滑动动作，同时控制舵机的摆动节奏和灯光的明暗变化，实现了“一触双控”的直观交互。