项目简介

在十字路口，四面都悬挂着红、黄、绿三色交通信号灯，它是不出声的交通警察，对整个城市的交通秩序管理扮演着非常重要的作用。在物理电路的学习中，通过电子元件能控制灯泡的亮和灭来控制车辆行或停。现在通过编程语言就能对电路起着控制的作用，实现灯泡亮与灭的功能。运用Inventor软件知识，设计制作信号灯的物理结构，再用Crumble程序来点亮Sparkle灯，用Crumble程序使Sparkle彩灯交替闪烁，可以用一盏灯代替原来三盏灯的功能。

在设计与制作的过程中，提升同学们的设计表达水平和交通安全意识。

项目目标

1.任务目标

（1）根据用户分析方法，设计调查问卷，完成产品用户分析。

（2）实地调研交通信号灯的情况，分析设计存在的缺陷及不足，根据人机工程学的要求，提出改进方案。

（3）选择合适的加工方式，完成交通信号灯的改进设计与模型制作。

2.内容目标

（1）学习用户分析的方法，了解目标用户的特点与需求。

（2）掌握人机工程学基本原理及设计要素。

（3）掌握Inventor建模知识，设计信号灯的物理载体。

（4）掌握Crumble程序知识，控制信号灯的闪烁。

项目流程

【工程情境】

红绿灯是国际统一的交通信号灯。红灯是停止信号，红灯亮，禁止直行或左转弯，在不妨碍行人和车辆情况下，允许车辆右转弯；绿灯是通行信号，绿灯亮，允许车辆直行或转弯；黄灯亮，超过路口停止线或人行横道线以外，可以继续通行，黄灯闪烁时，警告车辆注意安全。

在实际生活中，三种颜色的信号灯代表三种不同的信号，交替传递着不同的交通命令。思考如何只通过一个灯实现红绿黄三种颜色交替闪烁的功能。

请设计和制造一款模拟交通信号灯，利用Crumble编程语言，让交通信号灯实现红绿黄三种颜色交替闪烁的功能。

【问题结构】

本项目中，通过编程，向Crumble控制器发出指令，控制器识别指令后，发出信号，以控制LED、Sparkle彩灯或RGB-LED发出不同颜色的光，并能按一定频率交替闪烁。

在真实的工程情境下，每位学生都会考虑：如果我是一位设计师，我将如何开展工作，完成这一设计任务呢？

针对这一共性问题，老师带着学生一起分析任务要求，将这个完整的设计任务进行分解，分解成若干个连续的小问题，贯穿起“交通信号灯”这一完整的项目学习与实践：

●如何了解我所设计产品的目标用户的特点与需求？

●还可以从哪些角度改进“交通信号灯”的设计？

●常用的产品改进的方法有哪些？我应该使用何种方法进行设计？

●怎样使“交通信号灯”的功能与外形更人性化，给用户更舒适、便捷的使用体验？

【工程实践】

现代产品设计是有计划、有步骤、有目标、有方向的创造活动。产品设计的一般流程包括以下步骤：客户需求分析、设计草图绘制、设计方案选定、样机（样品）生产调试、工业产品定型。针对“交通信号灯”这一项目的学习，老师指导学生遵循产品设计流程，有计划、按步骤地体验完整的产品设计过程，完成所有工程实践任务，并在此过程中穿插部分学科外的理论或方法的学习，解决学生在实践过程中遇到的系列问题。

★大家学

之《调查问卷设计》

用户分析是指在系统设计产品之前和设计开发过程中对用户需要所做的调查分析，是产品系统设计、系统完善和系统维护的依据。一份完整的问卷的一般结构有标题、说明、调查内容（问题）、致谢语等4项。其中调查内容是问卷的核心部分，是每份问卷必不可少的，其他部分则可以根据具体需要灵活取舍。

学生认真学习了《调查问卷设计》的方法，针对自己产品的目标用户设计了相应的调查问卷，并利用课余时间完成问卷的发放、回收及数据分析。通过问卷分析，学生了解了目标用户对于“交通信号灯”的改进有哪些方面。

★大家学

之《思维导图基础》

思维导图是20世纪60年代英国人东尼·博赞创造的一种笔记方法。它通过线条和图形快速呈现一个思维过程，是将抽象思维进行形象表达的有力工具。

学生学习了思维导图绘制方法后，将自己对“交通信号灯”的改进设计的一些想法进行快速整理，用图形表达出来，在绘制过程中不断调整、补充自己的想法，形成初步的设计方案。

★大家学

之《Crumble代码编写》

1)将“program start”指令块拖到编程区，并接上一个“do forever”循环指令块。

2)把一个“motor”指令块拖到循环框的内部。

3)点击“停止（STOP）”，使它变成“正转（FORWARD）。

4)在“motor”指令块下面添加一个“wait”指令块，注意不要添加到循环框外面了。

5)再添加一个“motor”指令块与“wait”指令块，就能完成程序的编写了。

6)将Crumble通过micro USB电缆连接到电脑上。

7)点击绿色的三角形就能把程序传送到Crumble上，并且开始运行了。

8)电路板上的LED发光管会显示电机的输出状态。电机输出口1（红色按钮）会每2秒启动1秒，同时会使板载LED闪烁起来（亮1秒，暗1秒）。

★大家学

之《如何使用Cr umb l e程序使Sparkle彩灯交替闪烁红光和绿光？》

1)需要连接上一个4.5V至5.5V的外部电源用于为连接上的所有设备供电。 

2)Sparkle与Crumble进行连接。

3)Sparkle需要连接到Crumble的D端口上。

4)点击白框部分，输入Sparkle的序号，指令块只能改变对应序号的Sparkle的颜色。设备链上的第一块Sparkle的序号是0号，接下来的是1号。点击红框可以改变Crumble的所有Sparkle的颜色。  

5)选色器窗口会因为电脑系统的不同而有所差异。  

6)范例程序，这段程序会使第一块Sparkle交替闪烁红光与绿光。 

★大家做

之“交通信号灯”的物理模型设计与制作

运用Inventor软件设计制作“交通信号灯”物理模型步骤

步骤一：绘制边长为20mm的正方形，完成草图，拉伸3mm。

步骤二：在表面上绘制边长为16mm的正方形，拉伸求差，形成显示孔。

步骤三：绘制支撑立柱（圆柱状，中空）

在设计方案完成后，同学以小组为单位，选择合适的材料和加工制作方式（3D打印或激光切割）完成产品的模型制作。