制作打地鼠機教程目錄1打地鼠機簡介了解打地鼠游戲的起源、玩法及核心原理2設計原理與構(gòu)造機械結(jié)構(gòu)設計思路與關(guān)鍵部件解析3材料與工具準備詳細的材料清單、工具選擇與采購建議4機械部分制作機箱制作與地鼠彈出機構(gòu)組裝步驟5電子電路設計控制電路原理圖與接線方法詳解6編程控制實現(xiàn)Arduino編程邏輯與代碼示例7調(diào)試與優(yōu)化故障排查、功能擴展與創(chuàng)意改進8總結(jié)與互動第一章打地鼠機簡介打地鼠游戲起源起源于20世紀70年代的街機游戲，因其簡單有趣的玩法迅速風靡全球，成為經(jīng)典的反應速度與協(xié)調(diào)性測試游戲。教學目標通過動手制作一個簡易打地鼠機，培養(yǎng)學生的綜合實踐能力，包括機械設計、電路搭建與編程技能。學習重點打地鼠機的核心原理隨機出現(xiàn)機制利用隨機數(shù)算法控制伺服電機，使地鼠在不同位置隨機彈出，增加游戲的不可預測性與趣味性。擊打反饋系統(tǒng)通過機械開關(guān)或光電傳感器檢測玩家的擊打動作，觸發(fā)聲光反饋，并將信號傳遞給控制器記錄得分。機電協(xié)同工作打地鼠機組成結(jié)構(gòu)一個完整的打地鼠機由以下幾個關(guān)鍵部分組成：游戲主機箱體-通常由木板或亞克力制成，提供整體結(jié)構(gòu)支撐地鼠孔位-一般設計5-9個圓形開口，是地鼠彈出的位置地鼠模型-可愛的卡通地鼠造型，連接伺服電機實現(xiàn)彈出動作擊打按鈕/錘子-玩家用于擊打地鼠的工具，內(nèi)置感應裝置計分顯示屏-通常使用LED數(shù)碼管或液晶顯示屏，實時顯示游戲分數(shù)控制電路-以Arduino為核心的控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)各部分工作第二章設計原理與構(gòu)造設計思路采用模塊化設計理念，將機械部分、電子部分與控制程序分離開發(fā)，便于調(diào)試與優(yōu)化。彈出機構(gòu)可選用彈簧復位或伺服電機驅(qū)動兩種方案。伺服電機方案控制精度高，但成本較高；彈簧方案結(jié)構(gòu)簡單，成本低?？刂齐娐芬訟rduino單片機為核心，集成伺服電機驅(qū)動、按鈕檢測、計分顯示和聲音反饋等功能模塊。機械結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點穩(wěn)定性考慮材料選擇擊打感應彈出高度地鼠孔設計第三章：材料與工具準備機械材料中密度纖維板或亞克力板（厚度8-10mm）9號壓縮彈簧（如使用彈簧方案）SG90伺服電機9個（如使用電機方案）M3螺絲與螺母若干塑料地鼠模型9個橡膠錘頭或軟海綿錘電子元件ArduinoUNOR3控制板杜邦線若干微動開關(guān)9個四位數(shù)碼管顯示模塊蜂鳴器模塊9V電源適配器電源開關(guān)工具電鉆與鉆頭套裝電烙鐵與焊錫尖嘴鉗與剪線鉗十字螺絲刀與一字螺絲刀熱熔膠槍卷尺與直尺材料采購建議推薦品牌與型號控制板：正品ArduinoUNOR3或兼容版伺服電機：TowerProSG90（經(jīng)濟型）或MG995（高扭矩型）顯示屏：0.56英寸四位數(shù)碼管模塊電源：9V2A直流穩(wěn)壓電源適配器預算控制方案標準版總預算約250-350元，經(jīng)濟版可降至150-200元。使用木板替代亞克力板（節(jié)省30-50元）選用彈簧機構(gòu)替代伺服電機（節(jié)省100-150元）使用Arduino兼容板替代原裝（節(jié)省30-50元）安全注意事項選擇正規(guī)渠道購買電子元件，避免劣質(zhì)產(chǎn)品檢查電源適配器質(zhì)量，確保有短路保護功能木板邊緣進行打磨處理，避免劃傷第四章機械部分制作1準備材料根據(jù)設計圖紙準備好所需的木板、亞克力板、伺服電機等材料，并確認尺寸正確。2切割板材按照圖紙尺寸切割主體框架板材，包括頂板、底板、側(cè)板和前面板，并打磨邊緣至光滑。3鉆孔在頂板上鉆出9個直徑4cm的圓孔作為地鼠出口，孔間距離保持5-6cm，排列為3×3網(wǎng)格。4安裝支架在底板上安裝伺服電機支架，確保每個電機正對一個地鼠孔，固定牢固。5組裝地鼠將地鼠模型連接到伺服電機搖臂上，調(diào)整高度確保地鼠能平穩(wěn)地從孔中彈出并縮回。框架組裝將頂板、底板、側(cè)板用螺絲連接成箱體，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，無松動。機械組裝要點詳解組裝過程中最常見的問題是地鼠孔位與伺服電機不對齊，導致地鼠彈出卡頓。請確保精確測量每個孔位的中心點，并將伺服電機固定在正確的位置。地鼠彈出機構(gòu)調(diào)整伺服電機搖臂角度應設置為0°時地鼠完全隱藏，90°時地鼠完全露出連接桿長度調(diào)整應確保地鼠露出高度約為3-4厘米檢查地鼠模型邊緣是否與孔壁摩擦，如有需要適當縮小地鼠直徑擊打感應安裝微動開關(guān)應安裝在地鼠頂部或側(cè)面，確保受到輕微壓力即可觸發(fā)開關(guān)引線需預留足夠長度，方便后期接線與維修開關(guān)固定需牢固，避免頻繁擊打后松動第五章電子電路設計控制電路原理打地鼠機的控制電路以Arduino為核心，負責協(xié)調(diào)各個部件的工作。主要功能包括：控制9個伺服電機的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)地鼠的彈出與隱藏讀取微動開關(guān)的狀態(tài)，檢測玩家擊打動作驅(qū)動數(shù)碼管顯示分數(shù)控制蜂鳴器發(fā)出游戲音效Arduino通過PWM信號控制伺服電機角度，通過數(shù)字輸入端口讀取微動開關(guān)狀態(tài)，通過專用模塊驅(qū)動數(shù)碼管顯示分數(shù)。電子元件接線示意圖連接蜂鳴器發(fā)出提示聲音連接按鈕檢測按鈕按下狀態(tài)連接伺服電機控制舵機轉(zhuǎn)動角度選擇Arduino板選擇合適的型號電源管理與安全保護外部電源：使用9V2A直流穩(wěn)壓電源為Arduino和伺服電機供電電源分配：Arduino通過Vin引腳供電，伺服電機使用獨立的5V穩(wěn)壓模塊供電短路保護：在電源正極添加保險絲，防止短路損壞電路濾波電容：在電源輸入端添加100μF電解電容和0.1μF陶瓷電容，濾除電源噪聲電源指示：添加電源LED指示燈，方便判斷電路是否通電注意：多個伺服電機同時工作會產(chǎn)生較大電流，請確保電源適配器能提供足夠電流（建議≥2A），避免因電流不足導致Arduino重啟或伺服電機工作異常。第六章編程控制實現(xiàn)Arduino基礎(chǔ)介紹Arduino是一種開源電子原型平臺，基于靈活、易用的硬件和軟件編程語言基于C/C++，但進行了簡化和優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)包括setup()初始化和loop()循環(huán)執(zhí)行兩部分支持豐富的庫函數(shù)，簡化復雜功能的實現(xiàn)打地鼠程序邏輯初始化：設置引腳模式，初始化伺服電機和顯示屏隨機生成：使用random()函數(shù)選擇地鼠出現(xiàn)的位置控制彈出：驅(qū)動選中的伺服電機，使地鼠彈出檢測擊打：通過中斷或輪詢方式檢測微動開關(guān)狀態(tài)計分更新：擊中地鼠增加分數(shù)，更新顯示聲音反饋：播放擊中或失誤的音效#include#include//定義引腳#defineCLK2//顯示屏時鐘引腳#defineDIO3//顯示屏數(shù)據(jù)引腳#defineBUZZER4//蜂鳴器引腳//創(chuàng)建對象Servomoles[9];//9個伺服電機控制9個地鼠TM1637Displaydisplay(CLK,DIO);//四位數(shù)碼管顯示器intscore=0;//游戲得分代碼核心片段解析隨機數(shù)生成控制地鼠出現(xiàn)voidpopRandomMole(){//隨機選擇一個地鼠intmoleIndex=random(9);//控制地鼠彈出moles[moleIndex].write(90);//記錄當前活動地鼠activeMole=moleIndex;//設置地鼠顯示時間moleTimeout=millis()+1000;}該函數(shù)使用random()函數(shù)隨機選擇一個地鼠編號，然后控制對應的伺服電機轉(zhuǎn)動90度，使地鼠彈出。同時記錄當前活動地鼠的編號和彈出時間，用于后續(xù)判斷。按鈕中斷檢測擊打事件//中斷服務函數(shù)voidhitDetected(){//判斷是否擊中活動地鼠if(digitalRead(buttonPins[activeMole])==LOW){//增加分數(shù)score+=10;//更新顯示display.showNumberDec(score,false);//播放擊中音效tone(BUZZER,800,200);//收回地鼠moles[activeMole].write(0);//重置活動地鼠activeMole=-1;}}此函數(shù)在檢測到按鈕被按下時觸發(fā)，判斷是否擊中當前活動的地鼠。如擊中，則增加分數(shù)、更新顯示、播放音效并收回地鼠。計分累加與顯示刷新//更新分數(shù)顯示voidupdateScore(intpoints){score+=points;display.showNumberDec(score,false);//播放得分音效if(points>0){tone(BUZZER,1000,100);}else{tone(BUZZER,300,300);}}Arduino編程環(huán)境與工具ArduinoIDE是一個跨平臺的集成開發(fā)環(huán)境，為Arduino單片機編程提供了便捷的工具。以下是使用ArduinoIDE開發(fā)打地鼠游戲的關(guān)鍵步驟：安裝ArduinoIDE：從官方網(wǎng)站下載并安裝最新版本的ArduinoIDE安裝必要庫文件：通過庫管理器安裝Servo庫和TM1637Display庫連接Arduino板：使用USB線連接Arduino板，并在IDE中選擇正確的板型和端口編寫代碼：根據(jù)前面介紹的程序邏輯，編寫完整的打地鼠游戲代碼編譯驗證：使用IDE的驗證功能檢查代碼是否有語法錯誤上傳程序：將編譯好的程序上傳到Arduino板調(diào)試測試：通過串口監(jiān)視器查看程序運行狀態(tài)，進行調(diào)試掌握ArduinoIDE的基本操作對于順利完成打地鼠機的編程至關(guān)重要。在編程過程中，建議經(jīng)常保存代碼，并做好版本管理。第七章調(diào)試與優(yōu)化機械故障排查地鼠彈出不順暢：檢查孔徑是否合適，伺服臂是否松動地鼠卡住不返回：檢查彈簧是否變形，伺服電機是否有足夠扭矩擊打按鈕不靈敏：調(diào)整微動開關(guān)位置或更換靈敏度更高的開關(guān)電路故障排查Arduino無法啟動：檢查電源連接，查看指示燈狀態(tài)伺服電機無反應：檢查接線是否正確，電源是否足夠顯示屏不工作：檢查CLK和DIO引腳連接，驗證庫函數(shù)是否正確調(diào)用按鈕觸發(fā)錯誤：檢查接線是否松動，添加軟件防抖處理程序邏輯優(yōu)化使用中斷方式檢測按鈕，提高響應速度添加防抖算法，避免按鈕誤觸發(fā)優(yōu)化隨機算法，防止地鼠連續(xù)在同一位置出現(xiàn)增加游戲難度漸進功能，隨分數(shù)提高增加游戲難度調(diào)試過程中要有耐心，系統(tǒng)地排除各種可能的故障原因。建議采用分模塊測試的方法，先確保每個部分單獨工作正常，再進行整體聯(lián)調(diào)。調(diào)試案例分享案例一：地鼠彈出不穩(wěn)定現(xiàn)象：部分地鼠彈出高度不一致，有時無法完全彈出或收回原因分析：1.伺服電機角度設置不當；2.連接桿長度不一致；3.孔徑與地鼠尺寸不匹配解決方案：1.在代碼中精確調(diào)整每個伺服電機的角度范圍；2.統(tǒng)一連接桿長度并加固連接點；3.適當擴大孔徑或縮小地鼠直徑案例二：按鈕誤觸發(fā)現(xiàn)象：未擊打地鼠時也偶爾記分，或一次擊打記錄多次得分原因分析：1.按鈕機械抖動；2.程序中缺少防抖處理；3.接線接觸不良解決方案：1.更換質(zhì)量更好的微動開關(guān)；2.添加軟件防抖代碼，設置合適的消抖時間（通常20-50ms）；3.檢查并加固接線案例三：計分顯示異常現(xiàn)象：顯示屏不顯示或顯示錯亂，無法正確顯示分數(shù)原因分析：1.TM1637顯示模塊接線錯誤；2.庫函數(shù)調(diào)用不正確；3.數(shù)據(jù)類型溢出解決方案：1.核對CLK和DIO引腳連接；2.檢查庫函數(shù)版本與調(diào)用方式；3.確保分數(shù)變量使用合適的數(shù)據(jù)類型，避免溢出通過這些案例可以看出，大多數(shù)問題都是由機械調(diào)整不當、電路連接不穩(wěn)或程序邏輯缺陷導致的。解決這些問題需要綜合應用機械、電子和編程知識。第八章：擴展功能與創(chuàng)意改進1聲光效果增強為每個地鼠添加RGBLED燈，根據(jù)游戲狀態(tài)改變顏色。擊中時閃爍綠色，未擊中閃爍紅色。添加MP3播放模塊，實現(xiàn)多種游戲音效，增強游戲氛圍。2多人游戲模式設計分區(qū)對戰(zhàn)功能，將9個地鼠分為左右兩區(qū)，支持兩名玩家同時競技。添加獨立計分系統(tǒng)和勝負判定邏輯，增加游戲的社交性和競爭性。3無線控制功能集成ESP8266或ESP32模塊，實現(xiàn)WiFi連接功能。開發(fā)手機應用或網(wǎng)頁界面，遠程控制游戲參數(shù)，查看游戲數(shù)據(jù)，甚至實現(xiàn)在線對戰(zhàn)。實例演示：升級版打地鼠機觸摸屏界面集成3.5英寸彩色觸摸屏，取代傳統(tǒng)數(shù)碼管，提供圖形化界面和游戲設置功能，支持多種游戲模式選擇。動作感應系統(tǒng)使用紅外傳感器或加速度傳感器代替機械按鈕，檢測擊打動作，無需物理接觸，提高靈敏度和使用壽命。藍牙連接添加藍牙模塊，實現(xiàn)與手機APP連接，記錄游戲數(shù)據(jù)，分享成績，甚至支持通過手機控制游戲參數(shù)。智能難度調(diào)整基于玩家表現(xiàn)自動調(diào)整游戲難度，初學者面對較慢節(jié)奏，專家級玩家則挑戰(zhàn)更快速的地鼠出現(xiàn)頻率。這些升級功能使打地鼠機從簡單的機械游戲轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑⒒ヂ?lián)網(wǎng)化的現(xiàn)代游戲裝置，極大提升了游戲體驗和互動性。安全操作與維護機械部件安全確保所有邊緣圓滑處理，避免劃傷定期檢查螺絲緊固情況，防止松動伺服電機過熱保護，連續(xù)使用30分鐘后休息錘子綁上安全繩，防止甩出傷人機箱底部添加防滑墊，確保穩(wěn)定電子元件防護所有裸露電線需絕緣處理電路板遠離水源和金屬物品使用過流保護器，防止短路長時間不用時斷開電源避免在潮濕環(huán)境中使用日常維護定期清潔灰塵，尤其是運動部件檢查并潤滑活動連接處測試所有按鈕和開關(guān)的靈敏度備份程序代碼，防止丟失每半年更換一次伺服電機連接線安全永遠是第一位的！在設計和使用打地鼠機時，必須充分考慮到可能的安全隱患，尤其是當兒童使用時。確保所有部件牢固安裝，電路安全可靠，沒有尖銳邊緣和松動部件。教學活動設計建議1分組合作模式將學生分為4-5人小組，每組負責一臺打地鼠機的制作。分配不同角色：機械設計師、電路工程師、程序員和測試員，培養(yǎng)團隊協(xié)作能力。機械設計師：負責設計和制作機械結(jié)構(gòu)電路工程師：負責電子元件連接與焊接程序員：負責編寫與調(diào)試Arduino代碼測試員：負責測試各個模塊功能與整體協(xié)調(diào)2競賽與展示環(huán)節(jié)完成制作后，組織班級或?qū)W校范圍的競賽活動，增強學習動力和成就感。技術(shù)評比：評選最佳設計、最佳創(chuàng)意、最佳工藝等獎項游戲挑戰(zhàn)：舉辦打地鼠比賽，測試作品的實際游戲體驗作品展示：邀請家長或其他班級參觀，學生講解自己的作品3評估標準與反饋建立多維度的評估體系，不僅關(guān)注最終成品，也重視過程與合作。功能完整性：基本功能實現(xiàn)程度（30%）創(chuàng)新性：獨特設計或功能的創(chuàng)新程度（20%）工藝質(zhì)量：制作精細程度與穩(wěn)定性（20%）團隊協(xié)作：分工合作與溝通效率（15%）文檔記錄：設計文檔、過程記錄完整性（15%）學生常見問題匯總伺服電機不轉(zhuǎn)動怎么辦？首先檢查電源是否足夠，多個伺服同時工作需要較大電流。然后檢查接線是否正確，特別是信號線是否連接到PWM引腳。最后驗證代碼中Servo.attach()函數(shù)引腳號是否與實際接線一致。如何防止地鼠卡在孔中？地鼠直徑應比孔徑小3-5mm，確保足夠間隙。同時，地鼠表面應光滑，避免毛刺。在連接結(jié)構(gòu)上，使用球形或萬向節(jié)連接，允許小角度調(diào)整，提高容錯性。Arduino程序上傳失敗怎么解決？常見原因：1)選擇了錯誤的板型或端口；2)Arduino板損壞或接觸不良；3)USB線質(zhì)量問題。解決方法：重新選擇正確的板型和端口，按住Arduino上的復位按鈕再松開后立即上傳，或嘗試更換USB線。如何提高擊打檢測的準確性？可以使用光電傳感器代替機械開關(guān)，靈敏度更高。在代碼中添加消抖處理，忽略短時間內(nèi)的多次觸發(fā)。考慮使用中斷方式檢測，響應更及時。地鼠彈出后設置30-50ms的無敏感期，防止誤判。資源推薦開源項目資源GitHub:arduino-whack-a-mole-完整的Arduino打地鼠項目源碼Thingiverse:3D打印地鼠模型和機箱設計文件Instructables:DIY打地鼠機詳細教程與改進方案Arduino學習資料Arduino官方中文教程網(wǎng)站：arduino.cc/cn《Arduino從入門到精通》電子工業(yè)出版社B站Arduino視頻教程：UP主"硬件創(chuàng)客空間"電子與機械設計《電子設計從零開始》北京航空航天大學出版社《創(chuàng)客實戰(zhàn)：15個酷應用玩轉(zhuǎn)Arduino》人民郵電出版社中國大學MOOC：《機械設計基礎(chǔ)》清華大學這些資源覆蓋了打地鼠機制作所需的各方面知識，從初學者到高級玩家都能找到適合自己的內(nèi)容。特別推薦初學者先通過視頻教程建立基本概念，再通過實踐項目鞏固知識。打地鼠機成品展示動手實踐，樂趣無窮完成的打地鼠機不僅是一個有趣的游戲裝置，更是創(chuàng)造力和學習成果的體現(xiàn)。每個作品都凝聚了設計者的智慧和汗水，展現(xiàn)了科技與藝術(shù)的完美結(jié)合。通過制作打地鼠機，學生們不僅學到了機械設計、電子電路和編程知識，更培養(yǎng)了解決問題的能力和團隊協(xié)作精神。這種跨學科的實踐活動，正是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效途徑。我們鼓勵學生在完成基礎(chǔ)功能后，根據(jù)自己的興趣和創(chuàng)意進行個性化改進，如添加特效燈光、設計主題裝飾、開發(fā)新的游戲模式等，讓每個作品都獨具特色。教學總結(jié)1理論基礎(chǔ)機械、電子、編程基本知識2實踐技能動手制作能力和問題解決能力3創(chuàng)新思維鼓勵創(chuàng)意設計和功能改進4綜合素養(yǎng)團隊協(xié)作與項目管理能力打地鼠機制作是一個綜合性的STEAM教學項目，它將科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學有機結(jié)合，培養(yǎng)學生的跨學科思維和實踐能力。通過這個項目，學生們經(jīng)歷了從設計、制作到調(diào)試的完整工程流程，體驗了創(chuàng)造的樂趣和成功的喜悅。這種基于項目的學習方式，不僅幫助學生理解抽象的理論知識，還培養(yǎng)了他們的動手能力、邏輯思維和創(chuàng)新精神。更重要的是，這種實踐活動讓學生明白，科技創(chuàng)新不是遙不可及的，只要有想法、肯努力，人人都可以成為創(chuàng)造者。希望這次的打地鼠機制作經(jīng)歷，能成為他們未來探索科技