LED舞蹈手套:以自己的互动灯光秀开始派对

2020年3月2日 作者 奇先生 0

难度 <! - 5 - >
所需时间 平均(6-10天)
先决条件
材料可用性 该科学项目需要专门设计用于电子纺织品的电子元件。有关详细信息,请参阅材料和设备列表。
费用 低($ 20 – $ 50)
安全 没有问题

摘要

你见过有内置灯的衣服吗?这可能听起来像科幻电影中的东西,但电子纺织品(或简称 e-textiles )确实存在。电子纺织品不再使用硬质表面用于电路(如电脑或手机内部),而是将电池,电线和灯等电子零件直接编织到衣服上,以便让衣服尽可能有趣,光线等有趣的东西.up,响应声音,甚至用于医疗目的(如监视心率和呼吸模式的衬衫)。在这个科学项目中,你将建立一个点亮的”舞蹈手套” ,你可以用它来拍摄你自己的灯光表演!

目的

设计并制造LED手套。

积分

Ben Finio,PhD,Science Buddies

  • SparkFun®是SparkFun Electronics的注册商标。
  • NintendoEntertainmentSystem®,Super NintendoEntertainmentSystem®和Nintendo64®是Nintendo的注册商标。

引用本页

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科学伙伴。”LED舞蹈手套:以自己的互动灯光秀开始派对。” 科学伙伴,2018年3月24日,https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Elec_p077/electricity-electronics/led-dance-glove。2019年7月6日访问。

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科学伙伴。(2018年3月24日)。 LED舞蹈手套:以自己的互动灯光秀开始派对。从…获得https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Elec_p077/electricity-electronics/led-dance-glove


最后编辑日期:2018-03-24

简介

点亮的服装可能听起来像科幻电影中的东西,但电子纺织品(或简称电子纺织品)实际上是用在真实世界的装饰和实用目的。具有内置灯的服装(也称为”可穿戴电子设备” )可用于灯光表演和艺术或舞蹈表演。例如,图1中的所有照片都是通过在相机前面挥动带有内置灯的手套在暗室中拍摄的。由于房间太暗,相机需要更长的时间拍照,让光线更亮;这让你可以用手套在半空中”画” 形状!虽然图1中的图片非常业余,但实际上有一个国际手套锦标赛,这是一场人们用LED手套”跳舞” 的比赛。你认为你可以制作足以赢得比赛的手套吗?

&gt; LED舞蹈手套灯显示心,螺旋,圆,线
图1。这些照片都是在一个黑暗的房间里用手套拍摄的,按照本项目的程序制作,内置灯光.

一旦你制作了自己的LED舞蹈手套,就可以像图1中的那样拍照,制作电影,并将它们展示给你的朋友。这个科学项目将教你如何;但首先,您需要了解一些有关电路的知识。

电力是我们每天使用的许多设备的动力,如电脑,电视,灯光和电话。您可以在科学伙伴电,磁,&amp; amp;电磁学教程。让电流容易流动的材料称为导体。导体通常是金属,如铜,铝或钢。阻止电流流动的材料称为绝缘体。有许多类型的绝缘体,包括大多数橡胶和塑料。您将在后面了解的导体,绝缘体和其他特殊组件将组合成电气电路,这样可以让电流以一种谨慎,可控的方式流过这些组件,通常可以为电源提供电源。灯或电机,或在计算机内进行计算。您每天使用的大多数电子设备都有专门的电路。在这个科学项目中,你将建立自己的电路来点亮你可以穿的手套。

您将在此科学项目中构建的电路可以用电路图表示。电路图是工程师和电工用来用图纸表示物理电路的”语言” 。他们使用符号来表示物理对象。图2示出了相同简单示例电路的三种不同表示:照片,计算机绘图和电路图。

图1中的电路图中显示了三个电路元件:

  • 电池:电路的电源。电池的端子​​标有”+” 号,负极端子​​(负极符号为” – ” ,但通常没有标记在电池上).
  • 发光二极管(或 LED ):电路中的指示灯.LED有两条线从它们中伸出,称为引线(发音为”leeds” ),一条为正,一条为负.LED就像电力单向阀;它们只有在电流向一个方向流过它们时才会起作用。
  • 电阻器的:阻止电流的电路元件。它们使用起来很重要,因为它们减少了流过电路的总电量,这很重要,因为过多的电流流过LED会导致电池烧坏或损坏。电阻器也有两条引线伸出,但电流可以向两个方向流过。

用LED,电池和电阻绘制基本电路
图2. 具有电池,电阻器和LED的相同简单示例电路的三种不同表示.(左)现实世界中实际电路的照片.(中)同一电路的计算机绘图。绘制每个组件看起来像现实世界中的对象.(右)电路图,使用符号表示现实世界的对象。注意符号看起来与真实世界对象完全一样。这可能看起来很混乱,但它很有用,因为并非所有电池(或电阻器或LED)看起来都一样。例如,进入腕表的”纽扣电池” 电池与AAA电池看起来非常不同。

您将在此科学项目中构建的电路比图1中所示的电路稍微复杂一些。要继续,您需要了解更多概念:开路和闭路,以及串联和并联电路。

闭路中,有一条完整的导电路径,电可以通过该路径流动。在带有LED或灯泡和电池的简单电路中,这意味着灯泡会亮起。在开路中,导电路径以某种方式断开;例如,通过断开的电线。这可以防止电流流动,因此灯泡不会亮起.开关可用于控制电路是打开还是关闭,允许您执行打开和关闭灯等功能。图3显示了简单的开路和闭路。

打开和关闭电路图
图3. 在闭合电路(左)中,存在从电池的正极到负极的完整路径,因此电可以流动并且灯泡将点亮(黄色箭头表示电流)。在开路(右)中,其中一根导线断开,因此路径断开;这可以防止电流流动,因此灯泡不会亮起。可以使用开关来控制电路是打开还是关闭,而不是断开和重新连接电线。

如果您想将多个灯连接到电池上,例如将多个LED放在舞蹈手套上,该怎么办?有两种主要方法:串联和并联。在系列电路中,所有灯都以单个”回路” 连接到电池,这意味着电力必须按顺序流过每个灯。在并联电路中,有多个”循环” ,因此电流”分裂” 并分别流过每个灯。图4显示了串联和并联电路的图。使用灯泡或LED时,最好将它们平行连接;就这样,即使一盏灯熄灭,其余部分也会继续存在。因此,在设计LED手套时,将所有LED并联连接非常重要。

带灯泡和电池的并联和串联电路
图4. 在串联电路(左)中,电流(由黄色箭头表示)在单个回路中流动。在并联电路(右)中,电流以多个回路流动。

所以,既然您已经对电路有了基本的了解,那么让我们向您展示如何在制作LED舞蹈手套时应用它。在这个电子科学项目中,您的目标是构建一个带有电池,多个内置LED和开/关开关的可穿戴手套。图5显示了您将构建的电路的电路图。

带开关的LED手套电路动画
图5. 您将在此电子科学项目中构建的电路包括电池,开关和多个LED,内置电阻并联连接。该开关用于控制电路是闭合还是打开,从而打开或关闭LED。

最后但并非最不重要的是,在这个科学项目中,你不会设计出一个可以进入像计算机这样的电子设备的电路;你的电路会穿上你要穿的衣服!这意味着您的设计必须符合人体工程学。人体工程学是研究设备和产品如何舒适地适合人体。例如,对于每天坐8小时的人来说,办公椅必须舒适且符合人体工程学。手机,MP3播放器和视频游戏控制器等消费电子设备必须符合人体工程学,并且易于放入人手中。再举一个例子,你能看到图6中三代Nintendo®视频游戏控制器的设计差异吗?

任天堂娱乐系统NES SNES N64控制器
图6。连续三代视频游戏控制器来自(左)原版NintendoEntertainmentSystem®(NES),(中)Super NintendoEntertainmentSystem®(SNES)和(右)Nintendo64®(N64)。您能否看到产品如何演变为更符合人体工程学并更好地适应人手? (Wikimedia Commons用户Evan-Amos,2010)

您能想到更多符合人体工程学的日常产品示例吗?使用您学到的知识开始考虑涉及人体工程学的LED舞蹈手套的重要设计标准。幸运的是,一些产品已经在设计时考虑到了电子纺织品。例如,这个科学项目中的LED和电池被设计成直接缝制到织物中,您将使用导电线而不是铜线。这将使设计符合人体工程学的手套更容易。有关构建LED手套的过程的预览,请在继续执行”过程” 部分之前观看此视频:

此视频介绍了这个科学项目的电路图,列出了所需材料,并解释了建造LED舞蹈手套的程序。阅读其余部分项目创意详情。

术语和概念

  • 电子纺织品或电子纺织品
  • 电力
  • 导体
  • 绝缘体
  • 电路
  • 电路图
  • 符号
  • 电池
  • 发光二极管或LED
  • 电阻
  • 闭路
  • 开路
  • 开关
  • 系列
  • 并行
  • 人体工学

问题

  • 什么是电路图,它的符号如何代表真实的电路元件?
  • 为什么在将LED连接到电池时也使用电阻很重要?
  • 开路和闭路有什么区别?如何使用开关来控制电路是打开还是关闭?
  • 串联或并联多个LED是否更好?

参考书目

材料和设备

此科学项目所需的许多耗材可以从 SparkFun Electronics 订购。

您还需要收集:

  • 实验室笔记本
  • 轻质园艺或冬季手套。我们建议使用可以轻松缝制的面料,例如:不要使用厚重的皮革工作手套或厚厚的绝缘冬季手套。
  • 缝纫线(1个线轴),您选择的颜色;可在当地的工艺品商店购买
  • 面料颜料,您选择的颜色;可在当地的工艺品商店购买
  • 可选:数码相机拍摄LED舞蹈手套表演的照片/视频。
  • 有基本缝纫经验的人

LED舞蹈手套材料
图7。制作一个LED舞蹈手套所需的材料。

声明:Science Buddies参与联盟计划家庭科学工具 Amazon.com Carolina Biological ,以及 Jameco Electronics 。联盟计划的收益有助于支持Science Buddies,501(c)(3)公益慈善机构,为每个人免费提供资源。我们的首要任务是学生学习。如果您对我们网站上的建议您为科学项目所做的购买有任何意见(正面或负面),请告诉我们。写信给我们 scibuddy@sciencebuddies.org

实验程序

注意: 工程设计最好地描述了这个工程项目过程,而不是科学方法。您可能想问你的老师是否可以接受工程设计流程你的项目在开始之前。您可以了解有关工程设计过程的更多信息在科学伙伴工程设计流程指南

  1. 设计您的LED舞蹈手套。
    1. 如果您不熟悉设计项目,可以咨询Science Buddies工程设计指南,以帮助您入门。
    2. 以下说明将为您提供从简介中的视频构建LED舞蹈手套的说明。您的任务是修改设计并调整说明,以创建适合的LED手套。例如,您可以将LED放在手套的不同位置,或使用不同颜色的LED。您需要确保手套符合人体工程学并且易于操作.重要事项:请记住,您需要并联LED而不是串联LED。
    3. 在开始构建之前,您应该在实验室笔记本中绘制您的设计草图,包括电路图和电路在手套上的实际外观图。图8示出了电路图(它是图5中所示的相同电路的手绘版本),图9示出了手套的草图.
    4. 重要:确保您的设计避免短路。如果其中一个连接到电池的正极而另一个连接到负极,则不应互相交叉。
LED舞蹈手套手绘电路图
图8. 带电池,开关和带电阻的四个LED的手绘电路图。该图与引言中的图5相同;但请记住,您的图表可能不同(例如,如果您想使用不同数量的LED),尽管您应始终并联连接LED。


LED舞蹈手套设计草图
图9. 图8中的电路元件在左手手套上展示时的手绘草图。红线表示来自正电池端子的导电线,黑线表示连接到负端子的导电线.”虚线” 线表示手套下侧的导电线。指尖上的蓝点代表LED。你能从这张图中了解到LED仍然是平行排列的,即使它看起来与图8中的电路图完全不同吗?
  1. 使用常规缝纫线将电路元件连接到手套上。
    1. 按照您在步骤1中制作的图表,使用常规缝纫线将LED和电池座(以及单独购买的电源开关)缝制到手套上。
    2. 图10显示了缝在手套指尖上的四个LED,电池座和开关缝在后面.
缝制LED-电池连接到LED舞蹈手套
图10. (左)四个LED缝在手套的指尖上,(右)电池座和电源开关缝在手套的背面.注意:右侧的图像显示的是与电源开关分开的电池座,但您可以使用带内置开关的电池座。

  1. 使用导电线”连接” 电路。
    1. 按照您在步骤1中制作的图表,使用导电线缝制电气连接。
    2. 具体操作方法取决于您使用的LED数量,放置位置,以及是否使用内置开关或单独电源开关的电池座。
    3. 请记住,当电流以正确的方向通过时,LED才会亮起。确保LED的正极端子连接到电池座的正极,两端都标有”+” 。
    4. 确保导电线与LED,电池组和开关(如果适用)的每块电路板上的金属焊盘保持良好接触.
    5. 图11显示了图9中LED手套设计的完整接线。
LED舞蹈手套顶部的导电线圈电路
LED舞蹈手套底部的导电线圈电路
图11. (上图)手套背面的图片,显示将正极电池端子连接到开关的导电线,以及切换到每个LED的正极端子的导线.(下图)手套正面的图片。导电线从负极LED端子绕手套侧面返回电池的负极端子。

  1. 打开LED舞蹈手套的电源。
    1. 将币形电池插入电池座。
    2. 将电源开关转到”on” 。
    3. 您的LED应该亮起,如图12所示。
    4. 如果您的一个或多个LED指示灯不亮,请仔细检查所有导电螺纹连接,确保它们没有松动或损坏。您也可以尝试在支架中切换电池的方向。
LED在LED舞蹈手套上点亮
图12. 在用导电线成功连接手套后,当您将电源开关转到”开” 时,LED指示灯应亮起。

  1. 绝缘导电线。
    1. 使用织物涂料覆盖LED舞蹈手套外侧的导电线。
    2. 让布料油漆干燥(请阅读标签说明).
    3. 图13显示了使用织物涂料进行隔热后LED舞蹈手套的正面和背面.
    4. 如果可能,在外部织物涂料干燥后,您也可以将LED舞蹈手套翻出来,并将导电线绝缘在内部。只有在您确信在此过程中不会损坏电路时才能执行此操作(纽扣电池没有电击危险,因此如果您无法对内部进行隔热,则无需担心。)
用于隔离LED舞蹈手套顶部的织物涂料
用于隔离LED舞蹈手套底部的织物涂料
图13. 使用织物涂料使导电线绝缘后,LED舞蹈手套的背面(左)和正面(右边)。

  1. 评估您的LED舞蹈手套设计。
    1. 打开和关闭手套有多容易?
    2. LED是否放在合适的位置,以便用手套进行设计?
    3. 您如何评价手套的人体工程学?
    4. 请其他人试戴你的手套。他们觉得舒服吗?您可以进行哪些设计改进?
    5. 随意调整您的设计,然后再试一次!工程师们在为市场推出最好的产品之前,通常会建立多个版本!
  2. 玩得开心!尝试使用相机拍摄如图1中的图片。您需要在黑暗的房间拍摄照片,让朋友拿着相机可能会有所帮助。你甚至可以尝试制作一个”舞蹈” 视频。

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变体形式

  • 使用多个电源开关控制手套上的不同颜色的LED。
  • 制作一个不同用途的LED手套怎么样?例如,看看科学伙伴 LED交通手套项目构想。
  • 将LED放在其他衣物上,如帽子或衬衫。
  • 使用多个电池使LED更亮。您可能需要进行串联和并联电池的研究.
  • 如果您对使用LilyPad Arduino的更高级科学项目感兴趣,请尝试以下项目创意:
    • “手套” 比赛中使用的专业舞蹈手套包括闪烁或改变颜色的LED。你可以使用LilyPad Arduino制作带有闪烁或变色LED的舞蹈手套吗? SparkFun带有专为LilyPad设计的 RGB LED ,但您也可以使用常规RGB LED,便宜得多。
    • 使用LilyPad Arduino和麦克风让LED响应声音。