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成为一名创客需要掌握那些基本技能呢?
文章来源: 发布时间:2016-01-26 16:30:27 浏览次数:
长生剑 —— Arduino

  Arduino 可以说是创客界最知名的平台了,其低门槛、扩展性和开源的特性让它深深扎根于创客社区,从而拥有了强大的生命力。虽然现在也有不少优秀的开源平台在功能上做得比 Arduino 更优秀,但 Arduino 已经拥有了强大的社区支持,在可预见的将来,Arduino 还会是创客入门的首选。

  Arduino 主要包含两大部分:硬件和软件。其硬件是一系列的单片机主控板,以及基于主控板衍生出的电子模块;软件是官方发布的 Arduino IDE 和基础的功能库,更重要是用户基于官方库开发的海量项目和库。

  Arduino 社区为初学者提供了丰富的学习资源。入门,你可以学习使用 Arduino 让一个 LED 闪烁;进阶,你可以尝试制造一个倒立摆小车;精通,你可以用 Arduino 来控制属于自己的无人机。
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↑ Arduino 主控板和以太网 shield ↑
 
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↑ 基于 Arduino 的数字辉光管 ↑


孔雀翎 —— 3D 建模软件

  有了 Arduino 带来的丰富软件和硬件资源,或许还不够。许多时候,你可以在网络上买到需要的零件,但也有一些时候,你需要一些特殊造型的零件。没关系,我们还有 3D 打印机和桌面 CNC,在家中制造自己的零件现在已不是什么难事了。

  不过首先我们还是得把脑海里的想法转化成三维模型。这里推荐三款免费的 3D 建模软件:SketchUp、Autodesk 123D 和 TinkerCAD 。

SketchUp:这是 Google 旗下的一款 3D 建模软件,经常被用于绘制建筑模型。在“严肃”的 3D 建模软件中,SketchUp 算是上手比较容易的一款。
Autodesk 123D:它包括了三款工具 —— Autodesk 123D、Autodesk 123D Catch 和 Autodesk 123D Make 。基本工具 Autodesk 123D 是一款免费的 3D 建模软件,该有的功能都有,算是中规中矩吧。123D Catch 则像是一项黑科技了,它可以把二维的照片转换成三维模型。123D Make 是一个很实用的工具,它可以将 3D 模型转换为平面切割图案,这样用户就可以用纸板、木板、亚克力等材料迅速拼接成 3D 模型的实物了。目前已经支持 Windows、iOS 和 Android 平台。
TinkerCAD:这是一款超级简单的建模软件,基本上只要打开软件就会使用了,所以国外有很多学校用它来教小朋友绘制 3D 模型。TinkerCAD 的建模方式可以理解为是对模型做加法和减法,分别是添加基本形状和挖去基本形状。对于多数场景来说,这个软件是足够应付的。
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↑ 使用 SketchUp 建模的“埃舍尔-瀑布” ↑
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↑ 使用 123D Catch 扫描建模的帝国风暴兵 ↑
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↑ 使用 TinkerCAD 建模的流程示意图 ↑

碧玉刀 —— Processing

【密集预警:下方图片可能引发不适】

  在 Arduino 控制板上对机器人编程还不足以满足我们的需求,我们还需要一个工具,能让我们使用智能手机或 PC 来与自己的作品进行交互。Processing 是一个不错的选择。

  Processing 是一种基于 Java 的开源编程语言。常被用于创作艺术作品和数据可视化,因为你可以使用短短的几行代码实现十分绚丽的画面特效。它的 IDE 界面和 Arduino 几乎完全一样,因为 Arduino 就是利用 Processing 的 IDE 进行二次开发。而 Processing 与 Arduino 的关联不仅与此,通过调用串口库,你还可以轻易实现 Processing 与 Arduino 的完美结合。

  另一方面,Processing 的跨平台特性让它成为许多创客的趁手工具。Windows、Linux 和 Mac OS X 版本的 IDE 在官网都可以找到。通过一些简单的配置,它也可以用来编写安卓手机和 iOS 设备的程序;通过 Processing.js 的支持,用户可以在网页上使用 Processing 来显示各种特效;甚至可以使用 python 来编程。
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↑ 使用 Processing 实现的英文字母组合统计 ↑ (动态效果请戳:Letter-Pairs Analysis)
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↑ 使用 Arduino 和 Processing 实现的 3D 扫描仪 ↑


多情环 —— 电路设计

  玩过一段时间的 Arduino 模块后,你可能不再满足于重复别人的项目,而是想设计自己的电路。相关的电路基础知识自不必说,下面就来看两个电路设计工具吧。

  CircuitLab 。这是一个在线的原理图设计工具,内置了常用的基本元器件,操作界面和 Microsoft Visio 比较相似,可以通过简单地拖动模块进行电路设计。它的特色在于可以在线对电路的运行过程和结果进行仿真,但是它并不具备 PCB 绘制的功能。综合考虑,这是一个优秀的原理图设计和仿真工具,适合用来设计面包板和万用板的电路。

  CircuitMaker 。这是 Altium 公司即将发布的一款免费电路设计工具。虽然尚未正式发布,但 Altium 公司的专业背景还是给 CircuitMaker 带来了大量的关注。在 CircuitMaker 的官网上有着对这款工具的简要介绍,这将是一个基于社区的电路设计工具,对于初学者和爱好者来说,社区的支持不可或缺。或许在不久的将来,电路设计也将像 Arduino 一样,能被广大初学者所快速掌握。
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↑ 使用 CircuitLab 绘制的简单原理图 ↑
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↑ 上面那个原理图的时域仿真结果 ↑
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↑ 使用 CircuitMaker 绘制的电路板(3D 视图) ↑

离别钩 —— 焊接技术

  对于初级创客或是原型验证来说,面包板足以应对大多数作品。若是真正想制造一个稳定工作且能长久保存的作品,恐怕还需要掌握基本的电路焊接技术。限于篇幅,本文不对手工焊接技术的各种技巧进行介绍。

  可以手工焊接的元件封装一般包括:直插元件、较大封装的贴片基本元件(一般是 0402 以上封装)、LQFP 和 SSOP 等类似封装的芯片。

  常用的手工焊接工具有:电烙铁、热风枪、镊子、吸锡器、剪线钳、放大镜、排气扇、焊锡、助焊剂、洗板水,等。大部分元器件都可以使用电烙铁和热风枪来手工焊接,对于部分封装比较特殊的元器件,或者大量的基本元件,可以使用家用烤箱来替代回流焊机,先用镊子在电路板上点上适量的锡膏,放上元件,然后放入烤箱烘烤完成焊接。

  需要注意的是,某些敏感元件在焊接过程中可能会因为高温、静电或是受热不均等原因而损坏,在用到这些元件时,一定要遵循芯片手册的条件进行操作。
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↑ 焊接工具展示 ↑

霸王枪 —— 快速搭建平台

  创客(Maker)和极客(Geek)的一个重要区别在于:极客通常更享受研究和制作的过程,他们的乐趣在于以一己之力完成难题,而创客们往往更“懒惰”。创客们通常擅于利用优秀的工具和开源作品来实现自己的想法,正是这种“懒惰”,让创客变得高效。在软件和电子方面,Arduino 在创客圈可以说占据了统治地位。而在机械搭建领域,目前可以说是百花齐放。以下简要地介绍两个综合评价较高的平台。

乐高 。相信许多人都玩过乐高积木,但乐高如今已不再是单纯的静态玩具了。在传统的塑料积木块的基础上,乐高加入了电子模块和微型主机,让乐高积木体系变得更加强大。除了经典的乐高模型外,你还可以用乐高的套件来制作各种可控制的作品:智能小车、图灵机原型、分拣机、解魔方机器人,甚至是可载人的汽车。

Makeblock 。如果说乐高的塑料材质限制了它的应用领域,让它无法制作出高强度的作品,那么 Makeblock 的铝合金零件则可以解决这个问题。Makeblock 最初也被称作金属版乐高,它和乐高的确有很多相似之处:各自都有独特的机械连接方式(乐高的孔扣和 Makeblock 的螺纹槽)、都是模块化且高度灵活的零件拼接、都是机械-电子-软件一体化的平台。 相比于乐高,Makeblock 的铝合金材料让它的应用领域更广,“玩具性”更低,可以制作一些更加“严肃”的作品,例如需要较强的动力和更高的精度,典型案例有:3D 打印机、SMT 贴片机、桌面级 CNC。【利益相关:Makeblock 员工】
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↑ 乐高积木汽车 ↑
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↑ Makeblock 产品 ↑

玲珑心 —— 创造力

  古龙先生没有来得及留下第七种武器的名称,笔者且在此狗尾续貂,将最后一种武器命名为“玲珑心” —— 创造力。

  最后一种武器是最重要的,因为对于创客而言,工具和技能仅仅是实现创意的手段,对作品起到决定性作用的还是创意;同时,最后一种武器也是最容易掌握的,因为每个人都拥有着与生俱来的创造天赋。
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