第1篇：通过Raspberry Pi闪烁LED项目学习欧姆定律、GPIO和晶体管知识
第2篇：通过Raspberry Pi使用LED和电机：如何处理大电流
第3篇：使用Raspberry Pi进行传感器输入实验
第4篇：使用传感器轻松制作有趣的项目
第5篇：制作卡通角色随风摆动就能绘制图形作品的装置

 

在本系列连载中，主要是通过使用Raspberry Pi创建的简单项目来学习电子制作的原理和基础知识。此次的分享嘉宾是伊藤尚未先生，他活跃于媒体艺术领域，并且以讲解“更深层次的原理”的书籍而闻名世界。在上一篇文章中，我们制作了一款让卡通角色随风移动创建图形作品的装置。

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[目录]

1.前言
2.去繁从简，让LED闪烁
3.重力的利用
4.记录光的轨迹
5.电子制作中的“灵光一闪”
6.总结

1.前言

大家好，我是伊藤尚未。在我们平时思索各种电子作品的制作时，有时会在不经意间，灵光突然闪现，然后就能从所谓的“死胡同”里钻出来了，对吧。虽然这肯定还需要掌握一定的技术才行，但是技术本身也是需要进行一定的练习才能够熟练掌握的。所以，从这个意义来说，我得深刻反省，反省自己所做的练习还远远不够。

最近，我在考虑制作什么样的电子作品时，我就想如果只是一味地玩弄数字设备，总感觉少了点意思。因此，我就试着制作了上一篇文章中介绍的图形创建装置，通过使用风这一自然力量，绘制具有数字技术风格的图形作品。这次呢，我想反过来，制作一个通过数字控制技术，利用自然的力量，制作图形作品。

2.去繁从简，让LED闪烁

这次我们不考虑太过复杂的东西，我们要回归初心。如果仅仅是让LED闪烁，那么就如同之前的文章中介绍的那样，外接电源用干电池就可以了。所以我决定这次的作品使用GPIO进行控制，来点亮LED。

上面的电路图中，只接了一个红色的LED。同样的，这次我要用GPIO引脚17和27，分别接一个绿色和蓝色的LED。红色的LED连接一个150Ω的限流电阻，绿色和蓝色的LED则分别连接一个75Ω的限流电阻。
此外，我觉得最好使用多种、多个LED，再考虑到目标作品的灵活度，所以我决定使用面包板，这样就可以调整晶体管和LED等元器件的位置等。

做好红绿蓝组合后，将其和电池盒一起悬挂起来，类似于下图这种感觉。

下图是实际制作完成的装置照片。面包板上装了红、绿、蓝三个LED，然后把它们整体吊起来。

诶，吊起来？
是的，我把它吊起来了。

3.重力的利用

就这样，把这个随手做出来的装置悬挂在天花板上，然后就可以使它像钟摆一样来回晃动。也就是说，该装置在重力的作用下，能够晃动。但是，此时LED已经点亮，为了让LED也能轻微转动，需要将LED从面包板上稍微推出来一点。然后，在该装置的下方，延长相机的曝光时间，记录下光的移动轨迹。如此，就能绘制出一条条长长的椭圆，记录光的曲线。

仅仅这样，生成的图形就已经足够漂亮了，但是到这步只能记录光的轨迹，并没有反映出数字信号控制相关的意图。

红色LED亮灯的状态下，用相机进行拍摄，就能拍出如此漂亮的曲线。

4.记录光的轨迹

接下来，我们就要创建程序，对LED进行有意识的控制。比如，让安装在面包板上地红色、绿色、蓝色LED按照某一周期进行闪烁。我们先使用Scratch，如下图所示，编写一个仅让红色LED闪烁的程序。此时，GPIO 的引脚4分配给了红色LED，引脚17和27分别分配给了绿色和蓝色LED。这样，红色LED就会闪烁，而绿色和蓝色LED的效果则仅仅是通过滑动开关来调整点亮和熄灭的亮度而已。

实际上如果我们使用微控制器来编程，就会发现这种方式格外方便，不用改变电路板的结构，就能实现对光的控制。我们先让3个LED都保持点亮的状态。

本来是抱着试一试的心态，结果竟生成了上图所示的图形。

漂亮得超乎想象吧！

这是仅仅点亮蓝色LED和红色LED得到的图形。这也足够漂亮，就如同用示波生成的几何学图形。但是，如果仅仅是这样的话，那么就失去了使用微控制器的意义，而且也没有具象意义可言，所以我又尝试了仅让红色LED闪烁，并且使用了双重曝光等技术。

虽然绿色LED没有闪烁，但是受晃动角度的影响，当角度超出LED的半值角时，就无法看见绿色LED的灯光，这效果也完全出乎意料，得到的图形也有很强的艺术感。

对于这种类似于钟摆轨迹的图案，我们也会称作“钟摆模式”。实际上，这种图形制作方法很早以前就存在。在照相机被发明出来，人类可以记录光的轨迹之后，在具象设计等众多领域，人们试验出或者说创造出了这一制图方法。如今，使用计算机等工具，通过计算好的CG复现某个东西已经变得非常简单，但是从记录光线轨迹的角度来看，使用数码相机或胶卷相机，都可以制作出非常精美的作品。

通过程序，控制LED的颜色、闪烁周期、亮度等因素，再加上多重曝光等摄影技术，就可以欣赏各种各样的图形了。话虽如此，我们实际上要做的仅仅是晃动这个类似于钟摆的自制装置而已……（笑）

这次的图像拍摄条件如下，供参考。

・相机：PENTAX　K-7
・光圈：f/29
・ISO:100
・曝光时间：30秒

因为LED比较亮，所以我将光圈和ISO调得比较暗。如果这样调了之后仍然过亮，则可以通过程序，调整LED本身的发光亮度。在天花板上贴上黑色的胶版纸，将我们制作出来的装置吊在胶版纸的中心，高度距天花板一米左右，再晃动该装置，那么该装置就会大概以两秒为一个周期晃动一圈。此时，再用相机在装置的正下方捕捉它的运动。如果我们延长曝光时间，拍摄到的图案上会留下更多的运动轨迹，也可以通过多重曝光等手段，合成不同形状的图案。我觉得这一运动原本就具有物理美感，与其想着制作形状复杂的图形，还不如精心设计打磨相对简单的图形，这样作品会显得更加精美。

5.电子制作中的“灵光一闪”

究竟什么是“灵光一闪”或者“突发奇想”呢？我想，如果没有任何积累，那也不可能产生非常棒的想法，也许只有我们在平时不断地积累各种经验和体验，大脑里的两个神经元接点才能在不经意间连在一起，从而涌现出各种创意吧。

也就是说，将我们过去见过的事物、接触过的事物组合起来，或者经过一系列的加减乘除，才能产生新的东西。在此基础上，对其进一步改良，或者再充分发挥我们想象力，形成一个良性循环，这样就能创作出更加有趣的作品。

此次，通过本项目的图形作品的制作，在重拾我自身过往的记忆的同时，也稍微梳理了一下关于“微控制器和艺术两者的结合”的模糊概念。

本系列连载共6篇，本篇是最终篇。感谢各位读者朋友一直以来的关注，谢谢！

希望了解更多有关二极管（LED）基础知识的读者朋友，欢迎访问ROHM官网，在“电子小百科”页面有“发光二极管（LED）”的介绍！

 

本系列连载的内容

第1篇：通过Raspberry Pi闪烁LED项目学习欧姆定律、GPIO和晶体管知识
第2篇：通过Raspberry Pi使用LED和电机：如何处理大电流
第3篇：使用Raspberry Pi进行传感器输入实验
第4篇：使用传感器轻松制作有趣的项目
第5篇：制作卡通角色随风摆动就能绘制图形作品的装置
第6篇：制作一款图形处理装置，用数字控制自然力（本文）