电子沙漏「壹零学院」掌控板之仿真电子沙漏

发布时间 : 2025-04-18

作者 : 小编

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「壹零学院」掌控板之仿真电子沙漏

沙漏也叫做沙钟，是一种古老的时间测量装置。一般由两个玻璃球和一个狭窄的连接管道组成的。沙子从充满了沙子的上部玻璃球穿过狭窄的管道流入下部玻璃球，每次流完所需的时间是相对固定的，这样一个沙漏就可以对应一个固定的时间值了。影响时间的因素包括填充物的多少、玻璃球内壁的曲线形状、颈部管道的宽度、填充物的类型和质量等因素。

我们利用掌控板的仿真功能，一起来制作一个仿真版的掌控板电子沙漏吧（图1）。

在利用编写电子沙漏程序代码的前，我们需要明确几个知识点。

1.OLED屏能显示多少字

掌控板屏幕的分辨率是128*64，显示分辨率就是屏幕上显示的像素点个数，一个汉字要占用12*16个像素，一个英文占用8*16个像素。按照这个屏幕分辨率，长度是128，128/12=10.67，也就是一排最多显示10个汉字。高度是64，64/16=4，也就是最多显示4排，也就是一屏最多40个汉字。同样最多可以显示4排英文，共64个字母（图2）。

2.正切值

正切值是指是直角三角形中，某一锐角的对边与另一相邻直角边的比值，tanα=b/a。

对于任意一个实数x，都对应着唯一的角，而这个角又对应着唯一确定的正切值tanx与它对应，按照这个对应法则建立的函数称为正切函数。正切是tanα=b/a，一个角的正切值永远是不变的（图3）。

3.掌控板三轴加速度

最后需要了解的是掌控板的三轴（X、Y、Z）三轴加速度，由于掌控板内置拥有加速度传感器，能够测量由于重力引起的加速度，我们可以利用mPython软件仿真模拟掌控板的运动过程。X：向前和向后倾斜，Y：向左和向右倾斜，Z：上下翻转。由于电子沙漏只需要使用到上下翻转我们便需要用到Z轴加速度。

以上这些便是我们制作电子沙漏需要用到的知识点，理解透彻之后，我们可以动手开始编写代码程序了。我们需要先确定沙漏的外形外貌以及漏沙的过程，如图3所示。在掌控板界面中我们绘制了上下两个相对的等腰三角形，确定五个点的坐标：左上（0，0）、右上（127，0）、左下（0，63）、右下（127，63）和中心（63，31）。

确定角α的正切值，就是tanα=32/64=0.5，由于整个大三角形是等腰三角形，所以它的对角正切值也就是0.5，当Y等于1时，X就是等于2，这样可以把所有三角形的三个顶点坐标推算出来（图4）。

通过mPython软件进行代码的编写，首先绘制两条对角线形成一个X形状，这样上下就会形成两个三角形，其次通过循环对两个三角形中的内容进行填充，通过循环的方式给两个三角形（两部分主要是沙漏上半部分和沙漏下半部分）进行绘制填充，图4给大家提供了掌控板的Z轴加速度为正数时电子沙漏成正立变化关系图，当掌控板的Z轴加速度为负数时候，电子沙漏成倒立关系，小陈老师已经列出沙漏正立关系变化图，看看聪明的你能不能也表示出倒立关系图呢（图5）。

具体代码如图6：

通过掌控板的仿真工具我们完成了沙漏的计时过程，效果还是非常逼真的，小陈老师这里追加一个思考题，如果想控制沙漏滴漏的过程时长为1分钟，该如何实现此效果呢？聪明的你快来动手尝试吧。

期待你们能够给我带来惊喜。

第01期“造物吧电子沙漏”：创客教育

【我测】第01期“造物吧电子沙漏”：创客教育

前段时间我堆一群小伙伴跑了趟深圳，带回来一些有意思的产品，其中一个就是今天的主角——柴火创客造物吧的“数字沙漏”——打折后花了 132 块。目前这个产品是作为教具在授课中使用的（并不向个人出售，仅供芥末堆体验），造物吧还会为老师提供配套的培训和PPT教案——主要知识点将由老师在课堂中传授，现在我们从个人学习者的角度来体验，因此测评仅供参考 。

造物吧是一个创客空间，如果你有一个想法希望被实现，那么到造物吧可以得到组件代购的支持（非免费）；而造物吧自己的产品课程，则是为了给还没有想法的人提供一个可操作的创造过程，适合六岁以上的人群尝试。

造物吧的课程产品分为主题作品和造物盒子两大分类，共计 7 个主题、54 个专题。

“数字沙漏”是造物吧主题作品课程内玩趣动感系列的第六个专题，内含电子元件且外包装讨喜，看起来还挺让人跃跃欲试的。然而这只是拆包前的感受——万万没想到，我堆那几个爱玩儿的家伙带回来的竟然是一个 8 岁孩子玩的创客产品。

在开始之前，我曾很认真地思考过：

知识含量和可获取的知识量？

学习和操作的难易程度及完成时间？

糟糕的体验和特别的亮点？

完成后的感受？

但事实证明我好像想多了，以下是我听到最多的发问：

来！下面咱们从拆包开始说：

根据产品操作指南内容，本次制作“电子沙漏”的必要元件包括： 主控板、倾斜开关、4位数码显示管 、5V电源适配器、USB线、Grove线、结构板、白乳胶、塑胶铆钉。只要有这些东西就能完成一个电子沙漏，而且无需套装以外的其他工具，插接即可完成。但为了个性化，套装内还赠送了材料包： 五块轻粘土、一张黑色薄泡沫、多张彩色卡纸、多张不织布。

所以基本可以看出，这套产品应该属于非常简单的“手工套装”，作为组装过四驱车的一代表示：小学生绝对可以玩，而且不需要他人指导——但作为一个教育产品，还需要老师来指导补充。

（4位数码显示管）

此外从设计上来看，这套产品做得比较细致，电子元件的摆放位置有事先烫好的线 ，而加固两侧的结构板也有特殊的切割结构 ，很有弹性也很有意思。

但就是不禁折腾，加固的时候不小心大力出奇迹……断了。

可要说不细致的，那非下面这个电子沙漏的装配指导书 莫属：

（评价：简洁……且跳跃！）

我开始有点儿怀疑小学生能否搞定，而且事实上我也卡壳了：

图中步骤3：

倾斜开关元件底面不平，倾斜放置结构板上时，我们一直在琢磨它左右的小孔是不是希望我们用塑料铆钉固定，但实际是三种型号的都用不了，所以最终选择用胶水固定；结果北京那天巨冷无比，久久不干……

（倾斜开关）

图中步骤4：

这一步其实发生在步骤3前，遇到的麻烦是不知道怎么能把主控板安装到结构板上 ，更主要的原因是我根本不知道这个“塑胶铆钉”怎么用。还是机智的小伙伴告诉我的：这下边有胀栓，只要按进去就好了。我：（暴躁）胀栓是啥！能吃吗？

最后拼装：

将所有的元件都按标准摆放且固定后开始组装，这个时候遇到的问题是，由于那两片作为加固之用的结构板全都断了，组装变得异常困难。即便是好不容易都插上了，一松手，立马就崩开好几个槽……

插上电源：

你以为以上就是我遇到的全部挫折？开玩笑……虽然早就预料到电子元件不会那么听话，但好不容拼在一起后插上电源，沙漏的电子屏显示却是反的那种心情你能想象吗？尤其是再三核对后，我确信自己方向并没有安反。

为了解决这个问题，我先拆了不需要胶水固定的数码显示管，但由于内部空间不足导致无法反向安装，最终我还是把好不容易粘好的倾斜开关拆了下来。事实也证明确实是倾斜开关的问题，倒着按上去就可以正常显示了 。（所以这是为了促使思考吗？）

全部组装完毕之后，就是下面这个效果，再倒过来则重新倒计时。完全不需要沙子，只是需要插线板和电源适配器 。

但是不要忘了咱们开篇提到的那几个问题，咱们一一回顾：

知识含量和可获取的知识量？

预想：电子元件相关知识、核心元件倾斜开关的使用原理；

现实：个人而言从套装中获取的知识很有限，更多知识还需要通过老师讲解来获取，所以这套产品还需要通过老师才能发挥“教育意义”。

学习和操作的难易程度及完成时间？预想：简单，小学生2小时左右，初中以上1小时内；

现实：小学生估计很难自己完成，问题在倾斜开关、塑料铆钉以及结构板的最终拼装上，因此也是老师在教学中需要关注的重点。

糟糕的体验和特别的亮点？

从过程和结果两方面考虑，可以说“没有成就感 ”是最本次糟糕的体验，套装内赠送的轻粘土都比这个更具创造性。当然对小学生而言，能够组装出这样的电子玩意也会有吸引力，但对于连智能手机都要成标配的当下，吸引力能有多少就不得而知了。而且即便是和现在的中小学劳技课内容相比，也没增加太多趣味和探索欲望 。其次《装配指导书》也是一大槽点，连我这种成年人看完都会觉得指导得太省略了 。

反之也不是没有亮点，无需其他工具和产品本身的设计细节都是加分项。可是然并卵，这种加分项就是你做了不会让人觉得多好，但不做一定会让人觉得不好。

完成后的感受？

“搞定！”然后就没有然后了。就我自己而言，组装过程既没有激发我的创造力，也没促使我产生更多的好奇心，甚至连原本的创造力也没什么发挥之处。而就低龄学生而言，我也不认为这比当前大多数有劳技课的公校内课程要精彩更多，特别是在知识获取方面，几乎可以用 0 来形容——不过这个可以由老师在课堂上来补充 。

单纯从套装内容来看，我唯一能想到这套产品的作用，就只有锻炼手指的灵活性以及对《装配指导书（英雄难度）》的理解能力 ，或者是走进还未设立相关课程的学校。

但是我堆的妈妈级小伙伴曾说过这样一句话，大背景是她们买了好多国外的“零添加安全儿童零食”，我好奇地问过一句：“既然知道吃零食并没有好处，为什么还买？”卜卜说：“小零食可以锻炼孩子的手指灵活程度啊！ ”我竟无言以对……

所以综上所述，在目前的创客教育当中，教育者还是起到非常重要的作用，单纯靠产品实际上很难达到教育意义。

轻粘土制作花絮：

虽然对电子沙漏课程的评价一般，但我堆编辑部表示轻粘土真的非常好玩，可惜不是沙漏课程里的——配套的纸上写着“彩虹城堡”专用。不过机智的她们已经选择淘宝了。