滕永丰刘晓静
教学相长是一个基本的教育规律，教师常常在解答学生问题的过程中加深对教学的理解和产生一些新的想法。笔者所在学校的一位初一学生这样描述了一个项目需求：“每次洗澡完毕都要给太阳能热水器注满水，注水等待的过程漫长难熬，妈妈就把这个任务交给了我。可实际情况是要么我专心致志地写作业，要么我目不转睛地看电视，早就将太阳能热水器上水的事儿抛到九霄云外……几乎每次都水漫金山。既心疼那些水费，更是自责浪费了水资源，我想制作一个小小的报警器，提醒太阳能热水器的水注满了，要是还能直接将水关了，那就更好了。”通过这个项目需求，我们不难看到，创新不一定就是高大上的，从生活的细小之处，发现生活的不便之处，做个小东西将它化繁为简，这也是创新。那么，不妨现在就动手制作一个“太阳能热水器自动断水装置”。电路连接
以下就是整个制作过程，由于涉及到一些不太常用的电子件，这里需要详细介绍一下。
项目总体思路
①不能对太阳能热水器及其管路有大的改动，就算改动，也只限于洗手间或者管井。
②控制器一通电，电磁阀打开，立刻上水；热水器水满后，回水管出水，注入可乐瓶，液面达到预定高度，电磁阀关闭，红灯亮，标志水满。
③对于水位的控制采用液位传感器，自动断水采用数字继电器模块与普通电磁阀，电磁阀作为阀门的控制装置完成对进水管水流的控制。
2硬件清单
①Ardu控制器，本例用的是Dfrbt公司的RBLE多合一控制器，如图所示。
②红色LED模块，如图2所示。
③液位传感器。本例用的是Dfrbt生产的智能型非接触式液位传感器，采用了先进的信号处理技术及高速信号处理芯片，避免了容器壁厚的影响，实现了对高压密闭容器内各种有毒物质﹑强酸﹑强碱及各种液体的液位高度的非接触检测。其智能型非接触式液位传感器安装简单，使用方便。其工作原理是利用水的感应电容来检测是否有液体存在，在没有液体接近感应器时，感应器上由于分布电容的存在，所以感应器对地存在一定的静态电容，当液面慢慢升高接近感应器时，液体的寄生电容将耦合到这个静态电容上，使感应器的最终电容值变大，该变化的电容信号再输入到控制IC进行信号转换，将变化的电容量转换成某种电信号的变化量，再由一定的算法来检测和判断这个变化量的程度，当这个变化量超过一定的阈值时就认为液位到达感应点，简单地说当检测到液位时，OUT脚输出高电平，液位传感器指示灯亮，否则输出低电平，液位传感器灯灭，如图3所示。
④继电器模块：在使用Ardu做互動项目时，很多大电流或高电压的设备通常无法直接用Ardu的数字IO口进行控制（如电磁阀、电灯、电机等），此时可以考虑用继电器的方案解决。继电器相当于一个数字信号控制的电路开关，它控制的电路与功能电路相互隔离，在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。当继电器接收到高电平信号时，连通所控电路，当接收到低电平信号时，断开所控电路；当接收到高电平信号的时候，继电器的COM口和NO口将会导通，同时COM口和NC口会断开；当接收到低电平信号时，继电器的COM口和NO口将断开，同时COM口和NC口会接通（如下表）。（N/A口后无电路，为空置接口，请勿连接用电设备）继电器不通电等效于继电器接收到低电平的控制信号，如图4所示。
⑤电磁阀。本例中采用的是220V德力西常闭型电磁阀，通电时开，断电时关。安装时注意水流方向和线圈位置，购买时还要注意管径大小，如图5所示。硬件连接步骤
①电磁阀自带的两根电线不带插头、很短，根据需要增加导线的长度及插头。
②将其中的一根电线用钳子掐断，两边分别剥去绝缘部分，露出半厘米左右的电线。
③使用螺丝刀拧松电压检测模块免焊接口的COM口和NO口的螺丝，再分别将刚刚剪开的两个线头插进去，并拧紧螺丝固定好，并核实一下两个线头无接触并且已经紧固。
④将继电器接到ROMEO控制器的数字引脚8上，须注意线与埠的颜色一致。
⑤将液位传感器键模块接到ROMEO控制器的数字引脚7上，须注意接线与埠的颜色一致。
⑥将数字LED模块接到ROMEO控制器的数字引脚0上，须注意接线与埠的颜色一致。情境呈现
使用方法：上水时，打开装置的电源，控制器就会给电磁阀通电，电磁阀打开，向太阳能热水器供水；当太阳能热水器注满后，回水管就会有水流出，流入可乐瓶中的水达到液位传感器的高度，红灯亮起，同时给电磁阀断电，停止上水，整个过程结束（如上页图6、图7）。
除了制作热水器自动断水装置外，它本身也是一个很好的教具（如上页图8），可以用来讲解控制原理，稍加改装还可以制作智能鱼缸一类的项目。扫描右侧的二维码可以查看太阳能热水器自动断水装置的工作视频。原理揭秘
本例中用的是Mxly099，Mxly是模块化编程入门最简单的软件之一，在中小学创客教育中有着广泛的应用。本例中程序逻辑结构如图9所示。程序设计如图0所示。成果拓展
在完成了这个项目后，我们发现这个项目还有一点不足，就是在下次上水时还需要将可乐瓶的水倒掉，难道要增加一个机械臂负责倒水么？这样是不是有些太复杂了。经过思考，我们找到了一个简便的做法，在初中的时候，我们经常做“一边注水一边放水，求多长时间水池能满”的数学题，我们想到的方法就是在靠近瓶底的部位打个小孔，这样在电磁阀关闭后，瓶中的水就会慢慢流走。下次上水只要将ROMEO控制器的外接电源开关重置一下即可。如此这般，“太阳能自动断水装置”就诞生了。而这只是我们此次创意征集中的一个。
回顾此次活动，我们发现教师和学生可以成为“项目合伙人”，学生出点子和教师一起实现，学生边做边学，教师边做边教，大家一起解决问题，形成一种师生互创的学习模式。而在这个过程中，还可以建立教师和学生的项目股份机制，通过dfrbt网站提供的“心愿单”功能（如图），将创客作品转化为一个创客产品，现在已经有一个人购买了，虽然只有十几元的项目收益，但是这对我们是一种莫大的鼓励。
你也需要一个太阳能热水器自动断水装置么？欢迎支持我们的心愿单，我们的项目心愿是通过项目版税，给学生们购置一台3D打印机，每一点小小的支持，都是对创客精神的一种鼓励。
文章来源于：中国信息技术教育