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案例十：太阳能风扇

简介​

利用micro:bit主板LED矩阵的光敏检测功能实时检测环境光照强度。光照越强，360°积木舵机驱动风扇叶片的转速越快（最低20%、最高100%）；光照越弱，转速越慢；完全黑暗时风扇以最低速20%运转（模拟待机状态）。模拟太阳能风扇——阳光越强、风扇转得越猛的真实场景。

案例目的​

  1. 认识micro:bit LED矩阵的光敏检测功能——LED复用为光传感器。
  2. 理解自动控制——光照强度实时自动调节风扇转速。
  3. 了解太阳能在日常生活中的实际应用——太阳能风扇、太阳能路灯等。
  4. 学习数据映射——将光照值（0~255）映射为舵机转速，实现平滑调速。

所需材料​

项目图片数量
micro:bit V21
Jacdac扩展板1
Jacdac 25cm连接线1
Jacdac舵机模块1
360°积木舵机1
USB数据线1

搭建步骤​

模型原理说明​

360°积木舵机模块与太阳能风扇​

360°积木舵机提供连续旋转动力，驱动风扇叶片旋转产生气流。舵机转速根据环境光照强度实时调节——光越强、转得越快，模拟"太阳能电池板接收到的阳光越多→输出的电功率越大→风扇转得越猛"的因果关系。

太阳能风扇——把阳光变成凉风​

太阳能风扇由太阳能电池板 + 电机 + 风扇叶片三部分组成。太阳能电池板（光伏板）将太阳光能转化为电能，驱动电机旋转风扇叶片。它完全不需要电池或外部电源——只要有阳光就能工作，是"零碳排"的清洁能源应用典范。太阳帽上的小风扇、户外太阳能排风扇、太阳能汽车散热风扇，都使用这一原理。

太阳光 → 光伏板（光能→电能） → 电机旋转（电能→动能） → 风扇叶片推空气 → 凉风

传感器原理说明​

本案例使用micro:bit主板LED矩阵的光敏检测功能作为传感器。micro:bit的LED矩阵除了显示图案外，还可以复用为光敏传感器——通过测量LED的反向漏电流来感知环境光照强度。光照值范围为0~255（0=最暗，255=最亮），程序通过map函数将光照值映射为舵机转速（20~100），实现光照越强、风扇转速越快的自动调速效果。

连接示意图​

如下图所示，将micro:bit主板插入Jacdac扩展板，将舵机模块连接在Jacdac扩展板金手指接口上。

连接示意图

编程软件​

微软 MakeCode

MakeCode 编程​

步骤1：如何添加 Jacdac 扩展​

  1. 进入微软 MakeCode，点击 "新建项目"。

    新建项目

  2. 在弹出窗口输入项目名称并点击 "创建"。

    创建项目

  3. 点击代码抽屉中的 "扩展"。

    扩展

  4. 在弹出界面输入 "Jacdac" 并点击搜索图标，选择 Jacdac 软件库，如图所示。

    搜索Jacdac

步骤2：连接硬件​

  1. 用数据线将micro:bit主板连接到计算机。

    注意： 若micro:bit主板初次运行Jacdac程序，请先预装一个空白Jacdac程序至主板，否则跳过此步骤。

    连接micro:bit

  2. 连接传感器，MakeCode自动识别并仿真呈现，在仿真区内传感器实时反馈传感器状态。

    传感器仿真

  3. 点击 "ADD BLOCKS" 传感器扩展模块。

    注意： 连接新的传感器，重复执行一次"点击'ADD BLOCKS'传感器扩展模块"操作流程。

    ADD BLOCKS

如图所示编写程序​

程序截图

参考程序链接​

📎https://makecode.microbit.org/_2aFbbrEteHf1

你也可以通过以下网页直接下载程序，下载完成后即可开始运行程序。

结果​

用手电筒或手机闪光灯照射micro:bit主板的LED矩阵时，风扇叶片高速旋转（最高100%转速）——阳光越强、风力越大；用手遮挡LED矩阵（模拟阴天），风扇转速自动降低至约20%最低速运转；移开遮挡物后，风扇转速立即回升。光照强度实时决定风扇转速，无需任何手动操作。

思考​

  1. 如果想让风扇在光照低于某个阈值时自动关闭（保护电机不被反复低速启动），可以怎样改进程序？
  2. 真实的太阳能产品（如太阳能路灯、太阳能充电宝）为什么通常都配有蓄电池？

程序逻辑说明​

触发条件动作来源
光照强度变化（持续检测）将光照值（0~255）映射为舵机转速（20~100），光照越强转速越快，光照越弱转速越慢micro:bit LED矩阵光敏检测
完全黑暗（光照值≈0）舵机以最低转速20%运转（模拟待机状态）micro:bit LED矩阵光敏检测
强光照射（光照值≈255）舵机以最高转速100%全速运转micro:bit LED矩阵光敏检测

知识拓展：太阳能——地球上最"大方"的免费能源​

一、太阳能到底有多"大方"​

地球每1.5小时从太阳接收到的能量，就相当于全人类整整一年的能源消耗总量。太阳每秒钟通过核聚变释放的能量约为3.8×10²⁶瓦，其中到达地球大气层顶部的约1.7×10¹⁷瓦——是地球所有化石燃料储量总和的十万倍。

关键数据数值
2025年全球太阳能装机容量约 2,900 GW
2025年全球新增太阳能647 GW，占全球新增可再生能源的79%
2024年全球太阳能发电量2,132 TWh，占全球电力6.9%
太阳能组件价格（2024年）约0.10美元/瓦，一年内下跌约45%
光伏组件过去十年降价幅度约 90%

二、太阳能产品的日常应用​

太阳能不仅仅用于大型发电站，它已经深入我们的日常生活：

产品原理典型功率
太阳能计算器微小光伏板驱动LCD显示屏< 0.01 W
太阳能风扇帽光伏板 → 小电机 → 风扇0.5~2 W
太阳能路灯白天光伏板充电 → 蓄电池 → 夜间LED照明20~100 W
太阳能充电宝折叠光伏板 → 充电电路 → USB输出5~28 W
家用屋顶光伏光伏组件阵列 → 逆变器 → 家庭用电+并网3~10 kW

三、自动控制的智慧​

本案例展示了纯自动控制的理念——micro:bit的LED矩阵光敏传感器实时检测光照强度，程序自动将光照值映射为风扇转速，无需任何人工操作。光照越强，风扇转得越快；光照越弱，风扇转得越慢；完全黑暗时风扇以最低速运转（模拟待机状态）。

自动控制的核心优势在于"无需人为干预"——系统通过传感器感知环境变化，由程序自主做出决策并驱动执行器动作。这种"感知→决策→执行"的闭环逻辑，正是从恒温器到自动驾驶汽车等一切智能系统的基础。真实的太阳能产品（如太阳能路灯、太阳能排风扇）正是依靠这样的自动控制逻辑，实现了全天候无人值守运行。