micro:bit 相关产品Jacdac SeriesJacdac能源实践套件案例十五：高空风力发电机本页总览案例十五：高空风力发电机简介利用micro:bit主板内置光敏传感器判断昼夜——只有在白天光线充足（光敏值>30）时风力发电机才启动。启动后，360°积木舵机的转速由micro:bit主板麦克风检测到的声音响度实时控制——声音越大转速越快（0~100），模拟风力发电机在光线充足时依靠气流发电的场景。光线暗（光敏值≤30）时舵机自动停止。案例目的理解双条件判断——同时满足「光线充足」和「有风（声音）」两个条件才发电。认识光敏传感器与声音传感器的组合使用——模拟真实高空风力发电机的风速+光照感知。了解高空风能——在300 ~ 500米高空，风速是地面的2 ~ 3倍，是最有潜力的可再生能源之一。学习条件嵌套——先判断光照、再根据声音控制速度。所需材料项目图片数量micro:bit V21Jacdac扩展板1Jacdac 10cm连接线2Jacdac 25cm连接线1Jacdac 光敏传感器1Jacdac舵机模块1360°积木舵机1USB数据线1传感器原理说明micro:bit V2 内置光敏传感器与麦克风本案例使用了micro:bit V2主板内置的两种传感器，无需外接传感器模块：传感器检测内容本案例阈值说明micro:bit V2 光敏传感器环境光照强度>30（启动发电）光线充足→启动舵机，模拟风力发电机运行micro:bit V2 麦克风声音响度0~255（映射为0~100转速）声音越大→舵机转速越快，模拟风速大小注意： 本案例使用光敏传感器模拟"白天"判断，仅作为教学简化。真实的高空风力发电机可全天候运行。搭建步骤模型原理说明高空风力发电机——捕捉更强劲的风传统风力发电机建在地面或海上，塔架高度通常不超过160米。但在300~500米的高空，风速是地面的2~3倍且更加稳定。高空风能（High-Altitude Wind Energy）是近年来可再生能源领域最热门的研究方向之一。高度典型风速风能密度地面（10米）约4~6 m/s基准塔架顶部（100~160米）约7~10 m/s约3~5倍高空（300~500米）约10~15 m/s约8~27倍风能功率与风速的三次方成正比——风速翻倍，功率增至8倍。这就是为什么工程师们想方设法把风力发电机送上高空。360°积木舵机驱动叶片旋转，模拟高空风力发电机在强劲气流中持续发电的场景。连接示意图如下图所示，将micro:bit主板插入Jacdac扩展板，用连接线将360°积木舵机模块、光敏传感器连接在Jacdac扩展板金手指接口上。编程软件微软 MakeCodeMakeCode 编程步骤1：如何添加 Jacdac 扩展进入微软 MakeCode，点击 "新建项目"。在弹出窗口输入项目名称并点击 "创建"。点击代码抽屉中的 "扩展"。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。步骤2：连接硬件用数据线将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。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。如图所示编写程序参考程序链接📎https://makecode.microbit.org/_8jiRxMVJ93v1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。结果在光线充足时（光敏值>30），对着micro:bit主板大声说话或拍手，360°积木舵机开始旋转——声音越大转速越快（0~100），模拟白天风力发电机随风运转；安静下来舵机停止。用手遮挡LED矩阵模拟天黑或阴天（光敏值≤30）后，无论声音多大，舵机保持静止——"光线不足不发电"。思考本案例用声音模拟风速，如果要真实测量风速，需要什么传感器？（提示：风速计/风杯）为什么高空风力发电机选择在300~500米高度？为什么不飞得更高？（提示：航空安全、系留缆绳重量）程序逻辑说明触发条件动作来源光敏值 ＞ 30（天亮）且检测到声音360°积木舵机转速=声音值(0~255)→映射(0~100)，声音越大转得越快micro:bit V2 光敏 + 麦克风光敏值 ＞ 30（天亮）且完全安静舵机停止（映射值为0）micro:bit V2 光敏 + 麦克风光敏值 ≤30（天黑）舵机停止转动micro:bit V2 光敏知识拓展：高空风能——下一代清洁能源一、为什么要把风力发电机送上高空地面风受地形、建筑、植被的摩擦影响，速度慢、不稳定。随着高度增加，地表摩擦力减小，风速显著增大。这一现象叫风切变（Wind Shear）：高度风速倍数（相对于10米）功率倍数10米（地面）×1.0×1100米（塔架顶部）×1.5~2.0×3~8300米×2.0~2.5×8~16500米×2.5~3.0×16~27二、高空风能技术路线目前全球有多家公司和技术路线在竞逐高空风能：技术路线原理代表公司系留风筝式大型风筝在空中做"8字形"飞行，通过系留缆绳拉动地面发电机Kitekraft系留无人机式多旋翼无人机携带小型风力发电机升空，通过电缆传输电力Altaeros（浮空气球+涡轮）高空浮空器式氦气飞艇将风力涡轮带到300~600米高度Altaeros BAT据估计，高空风能的理论蕴藏量远大于地面风能。然而，技术仍处于早期阶段——如何让一个数百米长的系留系统在雷暴、结冰和极端大风中安全运行，是最大的工程难题。值得注意的是，真实的高空风力发电机可全天候运行（白天和夜间均可发电），本案例使用光敏传感器判断"光线充足→发电"仅为教学简化设计。
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