妖姬 – 让你的生活有点“色”

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一、项目介绍

● 什么是妖姬

妖姬是互联网时代的宠儿，是一种兼容办公室与居家生活的增强现实虚拟桌面电子植物。她不仅仅是一展能变换万千色彩的LED灯，她也像真实的植物一样具有情感与生命，她是夜色下妩媚的女神，是你调节生活压力的小玩物，也是你居家生活不可缺少的助手。

在”极客行动“编程大赛现场我们对于妖姬设计思路进行了现场解说。

● 自由调光

妖姬基于开源硬件Arduino，五片全彩LED是她的霓裳，可以通过iPhone或Android手机控制她的颜色，什么颜色由你定！

● 情景模式

孤枕难眠：可化作一朵白色雪莲，做你的书童陪你挑灯夜战，做小夜灯帮你吸引蚊子。
激情四射：多种颜色变换，炫舞效果，不同的颜色，按照设定好的节奏闪动。
静如流水：她在夜晚尽展其温柔一面，通过柔和的灯光变换，让你感受从未有过的宁静。
舞动音乐：妖姬随着音乐的旋律，变为月夜下的舞娘。

● 呵护妖姬

妖姬具有独特的生命系统，要像呵护女朋友一样呵护她，您的悉心呵护才能让她茁壮成长，她能通过自身的颜色变化呈现目前的生命状态。开心时心花怒放，不开心时候怒火冲天。当你看到她显示红色的时候，说明她生气了，在发火呢。赶紧去哄哄她。如果看上去情况不妙，那就该打开app给她浇水了！

● 妖姬天气

妖姬不止是一个风华绝代的玩物，她还是您的私人气象站。妖姬具有多种环境传感器，只要打开手机APP，就能看见家中温度、湿度、照度情况，真是太赞了！

● 妖姬助理

妖姬可以通过闪烁的方式提醒手机的新来电或短消息。通过设定定时事件的时间，可以在时间到达后及时提醒你！

二、系统设计

妖姬通过wifi网络与其他设备进行通信，在wifi网络中，其自身作为无线通信热点(AP)。

数据通信的内容包括：链接的维持，RGB调光值等数据的下行，控制命令的下行，温湿光等传感器数据的上行。

妖姬与外部设备通信需遵循“妖姬 – 无线网络通信数据接口”规范: GitHub地址。

Figure 2.1 妖姬系统结构图

三、硬件设计

3.1 硬件整体设计

妖姬基于开源硬件Arduino，考虑到体积和成本的因素，所使用的控制器型号为Arduino Nano，其整体硬件结构图如下：

Figure 3.1 妖姬硬件结构图

妖姬所使用的主要元器件有：

控制器：Arduino Nano
通信模块：RM04，uart转wifi模组
LED：5050贴片RGB灯珠
调光器：TM1809，9通道LED PMW调光器
温湿度传感器：DHT11
光照强度传感器：BH1750
声音传感器：麦克风

3.2 RGB花瓣

这篇文章讨论了花瓣的设计过程。

Figure 3.2 RGB花瓣原理图

3.3 Wifi控制器R2Cloud

控制器的底板在设计时，不仅考虑了本项目的需求，还考虑了日后的扩展性和可升级性。

考虑到日后可能不再使用wifi模块，我预留了一组额外的UART，可以接蓝牙或者RF模块。为了解决wifi模块电平(3v3)与MCU电平(5v)不一致的问题，我简单的使用了分压电阻进行分压，实测可行。

电源供电上，R2Cloud即支持直接使用Nano的USB口进行供电，也支持通过外接5v电压进行供电。因为wifi模块功耗较大，供电电流至少在300mA以上。

Figure 3.3.1 wifi控制器R2Cloud原理图

整版在设计时，充分借鉴了市场上现有的Arduino模块，在接口上做到完全兼容。R2Cloud共有以下接口：
1、8路Digit接口
2、6路Analog接口
3、3路PWM接口
4、3个iic接口
5、1个UART接口

Figure 3.3.2 R2Cloud实物图

四、Arduino软件设计

Figure 4.1. 程序运行状态图

五、手机客户端设计

5.1 任意调节led颜色

程序提供了一个全彩色盘，用户在色盘上滑动选择相应的颜色，妖姬led灯就呈现出同样的颜色。

5.2 选择预置模式调节

App中预置了两种模式，分别是静如流水、动如脱兔。其中选择静如流水则妖姬呈现出一种静态柔和的模式。选择动如脱兔则呈现动态绚烂的模式。

5.3 摇一摇给妖姬换衣服

打开App晃动手机，手机检测到此动作改变App中妖姬人物的衣服颜色，同时传递给妖姬(硬件),(妖姬)硬件改变灯的颜色。

5.4 手机与妖姬(硬件)互动

妖姬内置了光线，温度、湿度传感器，以及加速度传感器。光线传感器对应到妖姬App上的生命值，启动App妖姬的生命值为100，随着时间的增长，在光线不够的情况下,生命值不断下降，这时，给予光照，生命值不断回升。温湿度直接体现于App界面上，会显示当前妖姬周边的温湿度。加速度传感器则为互动的核心，晃动妖姬，传感器检测到震动，通过socket传递到App中App显示花瓣落下的场景。