《表1 主要硬件元器件及I/O口分配参考》

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《基于Arduino力学数字教具的自制与应用——以无线智能力学“木块”为例》

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在元器件的选择方面，要考虑元件的精度、易购、易制作等因素，木块的主要硬件元器件如表1所示。针对处理器，笔者采用开源的Arduino Nano系统（图2）作为开源单片机系统。该系统编程入门要求低，网络上有许多学习教程，硬件成本也只有十几元，并且体积小、数据输入和输出I/O口的资源较多，支持许多传感器的扩展，支持蓝牙、WiFi等无线传输，支持总线结构，十分适合智能教具制作；Nano扩展板、显示屏和模式开关等并不是必选项，木块上也可以不显示数据而直接由计算机或手机显示，并且因为显示屏刷新周期长，在需要高速采集数据时显示屏不可用；若空间允许的话，电池也可用9 V叠成电池；在满足使用精度的前提下，各传感器也都采用了比较常见的通用器件，这些器件在销售商处都有详细的硬件接线图或说明；相应的数据采集模块，如力传感器的HX711模块、超声波距离传感器HC-SR04模块、显示屏等，其商家或厂家都有配套Arduino Nano系统的典型程序或者驱动库程序提供，也可以在网络上搜索相关的程序学习，这些开源资料在很大程度上降低了我们自制智能教具的门槛。我们可以先在面包板上进行硬件组装和调试，要注意Nano系统的各个I/O口资源的分配和协调，本“木块”的硬件I/O口资源的分配如表1所示，仅供参考，且实际情况要根据所买元件调节，程序也相应更改。调试阶段应该用扩展板并采用接插件的形式。图3为“木块”电路搭建调试电路。为方便携带和调试，笔者统一装在一个盒子里，但须等调试成功后方可直接焊接在Nano引脚上，既增加牢固性，又减小了体积。