棉织未来

一朵棉花
织就未来

把一座棉纺老厂设计成绿色未来园区,用真实布带、光感百叶和导航灯,讲清传承与智能制造;客流、质检与碳数据以机制动画展示。

HERITAGE传承

博物馆和老照片墙记住杭二棉的过去,红砖锯齿屋顶留在新园区里。

SMART MAKING智造

传感器看光、主控板判断、舵机调百叶;学生送梭,织机开口与打纬,织出真布带。

GREEN绿色

测光伏、讲水回用和布卷追溯,未来工厂融进花园;碳足迹须有实测数据才能计算。

0个功能板块 + 大门与环路
0×100cm沙盘底板尺寸
0套导航 · 百叶 · 织造控制
0周从定稿到彩排交付
01 · 整体布局与空间氛围

从大门走进来,五个板块一眼看全

大门朝南。进门右手是智慧导航台,左手是杭二棉博物馆;正中央是棉花形科创中心;后排左边是智能纺织机,右边是未来绿色工厂。外圈一条方形外围马路把园区围起来。

完整白天园区沙盘:一米正方形底板和四边道路全部可见,五瓣棉花科创中心居中,西北玻璃织机亭、西南红砖博物馆、东北光伏工厂、东南横屏导航台,南侧为简洁棉桃门架
点击放大

总览图完整展示一米正方形底板、四边道路和各功能板块;局部构造及制作尺寸以各板块高清图、结构图和尺寸图为准。

②科学原理 · 拖动滑块,当一回“太阳”

往右拖是阳光变强,往左拖是天色变暗。看看百叶和室内灯怎么自己做决定。

光照强度(光敏传感器读数 0~255)120
百叶角度(舵机)40°
室内灯关
大脑的判断光线正好,百叶半开

与沙盘图相同,百叶沿竖轴旋转:舵机 0° 时叶片侧转、留出光缝;80° 时正面挡光。Nano 的 A0 读光照、D9 接舵机、D6 接灯的 MOS 驱动;这里是网页模拟。

A0
光敏传感器光敏读数:120 / 255
芯
Arduino Nano 判断60 ≤ 120 ≤ 180:保持半开
D9 / D6
舵机 · 室内灯D9 → 40°;D6 → 关灯
讲给同学听:传感器是眼睛,主控板是大脑,舵机是手。光敏电阻把光的变化变成电信号,Nano 每 0.2 秒读一次 A0:读数大于 180 就转到遮阳角,小于 60 就开百叶并亮灯,中间保持半开。不同光敏模块的读数方向可能相反,先拿手电和遮光板校准,再决定是否把读数反过来。
查看百叶控制示例代码

        

✦展馆时间轴(史实由我们查证后填写)

展墙按“过去 → 现在 → 未来”排开,每一段配 1 张老照片和 1 句话。以下 【待补充】 处请查阅杭二棉相关史料、地方志或请教老员工后填写,不要凭印象写。

②科学原理 · 扫一下,为什么手机就能“开口讲解”?

机制示意 · 方格不可扫码 · 不联网、不播放真实音频

① 录音:声音变成文件

波形表示声音的起伏;这里使用通用讲解示意,不包含任何历史录音或未核实史实。

① 录音我们写好讲解词,用手机录成 1~2 分钟的音频
② 上传得网址传到免费二维码平台,音频就有了一个“门牌号”(网址)
③ 网址变黑白格网址编码后,加上定位和纠错信息,排成黑白小方块
④ 摄像头解码手机先找三个“回”字角定位,再把方块读回网址
⑤ 打开播放手机打开网址,从网上把音频取回来播放
讲给同学听:二维码本身不装声音,它只装了一个“网址”。就像图书馆的索书号,看到号码才能找到书。二维码三个角上的“回”字,是告诉手机“我在这儿,方向是这样”;中间的小方块,黑代表 1、白代表 0,手机读完这些 0 和 1,就还原出网址,再去网上把我们的讲解录音取回来。二维码还会多存一些“备份信息”,所以就算被划花一小块,也常常能扫出来。

②科学原理 · 织布只有四个动作,一直重复

左右滑动,查看梭子、连杆和右侧经纬交错放大图。
准备织布先抬降综框形成梭口,再让梭子带着纬线穿过。
浅色纵线:经线蓝绿横线:纬线金色钢筘:把纬线推紧梭子引纬为机制示意,基础版仍由人手送梭。
① 开口综框抬起一半经线、压下另一半,中间空出一条“隧道”
② 引纬梭子带着纬线从隧道里穿过去
③ 打纬钢筘往前一推,把新纬线压紧到布边
④ 换口综框换方向,上下经线交换,夹住纬线
对应模型实物

实际智能化工作流程

准备:这套模型只有开口和打纬由舵机执行,引纬与卷布仍需人工完成,因此属于半自动智能织机。
讲给同学听:竖着的线叫经线,横着的线叫纬线。经线一根上一根下排好队,纬线从中间穿过;下一次上下交换,纬线就被“锁住”了。这样一上一下、一来一回,线就变成了布——这叫“平纹”。我们的智能织机让两个舵机负责“开口”和“打纬”,Arduino 像节拍器一样控制它们的顺序和快慢;屏幕上还会数出已经织了多少根纬线。
比一比
我们的沙盘小织机
真实的智能织机
开口
舵机抬降一整个综框(平纹)
电子多臂/提花装置单独控制每根经线,可织复杂花纹
引纬
人手送梭子,或步进电机推杆(进阶)
喷气、剑杆:每分钟引纬数百次以上
打纬
第二个舵机推钢筘
高速凸轮/伺服打纬,力度精确一致
“大脑”
Arduino 按程序节拍控制
工业控制器 + 联网,断纱自动停车、远程看状态
质检
我们用眼睛看、数纬线
摄像头在线验布,AI 自动找出瑕疵
查看织机控制示例代码

②科学原理 · 一朵棉花变成一卷布,工厂里发生了什么

主流程:棉包 → 清梳 → 并条 → 粗纱 → 细纱 → 络筒 → 织布 → 验布 → 出库。切换下面四个按钮,看工厂的四种“新本领”。

设备、搬运、缺陷和全部统计均为网页模拟,未连接真实生产线;材料由蓬松棉包,逐步变成棉条、纱线、筒纱和布卷。

下方工序图可左右滑动;当前动作会显示在图下。

模拟物流AGV 沿地面引导线将材料送往下一道工序。
02 · 总材料清单与预算

全部材料一张表,花多少钱一目了然

以能运行的基础版为采购范围,按国内常见零售价格估算,实际需比价确认。绿色标签表示家里已有便可免买;自动引纬、高配装饰不计入基础版。

无旧物时参考采购额0
旧物替代可省0
旧物方案 · 需购材料0
旧物方案 · 含预备金0

钱花在哪里

总材料清单

采购顺序:先核对家里的手机、工具与废物材料,再买织机、电机和电源试运行,最后补装饰。基础版用 ESP32、Nano、Uno 各一块;借到 micro:bit 可替代 Nano,不用两块都买。公共板材、灯带、电源只在总表计算一次。

03 · 1m×1m 平面布局与尺寸

先在底板上画好线,再一块块搭上去

规划比例约 1:300(沙盘上 1 厘米 ≈ 真实 3 米),实际制作按下面的厘米尺寸。3D 图用于检查体量与摆放,不是统一写实全景;图中高度直接按模型厘米表示。悬停或点选板块,可查看尺寸与做法。

规划 1:300 · 制作单位 cm
方形外围马路 宽 8 步道 宽 2~3 绿化草坪 水景 建筑板块 路灯(模型外供电)
园区大门与方形外围马路
大门与方形外围马路

简洁“棉桃门架” + 自动闸机

大门宽 20cm、高 12cm,只保留两根白色立柱和一条单层棉桃轮廓顶梁,用层叠白卡纸或冷弯软条制作,内侧嵌一条细青蓝灯带,不做多股交叉拱。闸杆预留一个 SG90 与红外模块:Nano 空闲 D10 接舵机信号、D2 接检测信号,避开百叶 D9 和补光 D6。目标是检测到人抬杆、确认无人再落杆;本页百叶示例尚未包含门控,需单项调试后合并,不直接照抄就称自动闸机。

外围马路宽 8cm,四边直线、直角连接;黑卡纸铺路、白胶带画车道与四处斑马线,配 6 辆车和 10 盏路灯。尺寸以底板厘米坐标为准,模型车与人物只作视觉示意,不承诺与 1:300 严格同尺度。

卡点替代:闸机识别或布线不稳定时,保留拱门灯带,改手动抬杆;不得宣称这时仍能自动通行。

04 · 技术实现、实施计划与分工

看见变化,做出判断,再让模型行动

所有“智能”都是同一个套路:传感器把世界变成数字,主控板按程序判断,执行器或屏幕做出反应。

传感器 · 眼睛耳朵

光敏传感器科创中心:判断阳光强弱
DHT11 温湿度导航台:显示真实温度
按钮 / 触摸屏织机开始键、导航点选
红外循迹探头AGV 小车认黑线

主控板 · 大脑

ESP32(带 Wi-Fi)轻量导航网页 + 建筑灯段
Arduino Nano百叶与补光;门闸需另调后合并,借板可替代
Arduino Uno智能纺织机节拍控制
循迹小车自带主板AGV 物流小车

执行器 / 屏幕 · 手脚

WS2812 彩色灯带点选目的地亮灯;热力颜色显示在屏幕
舵机 SG90 / MG996R百叶、闸机、综框、钢筘
TT 电机 · 水泵 · 风扇传送带、中水循环、光伏演示
旧平板 + OLED 小屏导航大屏、织机计数
图形化 · 借板替代

MakeCode

学校借到 micro:bit 和接线附件时,用 MakeCode 替代 Nano 百叶方案;可拖积木,也可查看 JavaScript。不为此额外买一块板。

图形化 · 进阶

Mixly 米思齐

支持 Arduino 和 ESP32,积木旁边能看到生成的代码,适合从积木过渡到代码。先核对所用板型与扩展库。

代码

Arduino IDE

上传 ESP32、Nano、Uno 示例;按代码安装板支持与 NeoPixel、DHT、Servo、SSD1306、GFX 库。硬件示例需接线、校准和实测,网页动画不代表已通电成功。

接线与分时通电

三周冲刺实施计划

四个项目小组,按优先级交付

每组都按第1、2、3周列出先做与后做。P0 保证沙盘能看、能讲、能演示;P1 只在静态主体完成后接入;第3周不再新增功能。

学生主创与讲解

    家长协助与安全

      安全提醒(开工前一起读一遍)

      用电主电路用合规 5V 低压电源,光伏与小车按套件额定电压;家长处理市电适配器,学生不碰市电接线。改线先拔电,开发板不带电机;两路电源正极不并接,信号相关电路共地。湿区独立,漏水、卡住或接头发热立即断电。
      刀具学生用剪刀剪薄卡纸、拼装预裁件;美工刀、厚板和亚克力裁切、板材窗孔及电钻由家长操作。切割垫与钢尺固定工件,刀具远离身体,用完收回;换刀片也由家长处理。
      热熔胶枪低温胶枪的枪嘴和热胶仍会严重烫伤,由家长操作或贴身监护,禁止用手抹胶;放在稳固支架上并垫板。焊接电烙铁只由家长操作,保持通风,不加热 PVC。