基于3D打印的民族特色建筑文化产品的设计

都朋超，游正容，冯 冲，施 展，高 畅，李佳宁，李树金

（大连民族大学信息与通信工程学院，辽宁大连116600）

0 引 言

民族文化是一个民族保持发展与进步的动力与源泉。目前，由于经济的飞速发展，人员外出务工导致在少数民族地区的一些民族传统正在慢慢消失；同时，随着年轻人接触越来越多外来文化，导致许多喜闻乐见的民族歌舞、民族文艺在年轻人中传承减少，民族文化保护问题已经受到广泛关注［1-2］。国家为了保护民族文化，不断完善、健全民族文化权利保障法律机制，建立现代传播渠道，并在高等学校建立特色民族学科［3-5］。在这些保护措施中，以音视频的方式传播和保护民族文化受到青睐。本论文设计了一种以音频形式展示少数民族风俗习惯、语言、文字、建筑的艺术品，旨在为弘扬与传播民族文化发挥积极的推动作用。本文对此拟展开研究论述如下。

1 总体设计方案

本次研究提出的播放器系统如图1所示。该设计主要以宝塔为外形，在每一层塔上均添加有独具民族特色的标识，标识作为音频播放器的开关，用户触碰开关即可播放对应民族的概况简介。

图1 系统设计方案Fig.1 System design scheme

根据以上功能，本设计的核心部分是STC12控制器。其中，微处理器用于判断键盘的键值，键值通过蓝牙无线传输给微处理器，微处理器将数据接收后通过MP3语音模块来播放对应的音频资料。

2 系统硬件设计

2.1 蓝牙无线传输模块

蓝牙无线传输系统的设计连接如图2所示。蓝牙无线传输模块直接与单片机的串口相连，配对成功后可以作为全双工串口使用，无需了解任何蓝牙协议。在未建立蓝牙连接时，可通过AT指令设置波特率、名称和配对密码。

图2 蓝牙模块连接图Fig.2 Bluetooth module connection diagram

2.2 音频播放模块

音乐播放的系统连接如图3所示。MP3-TF-16P是一个提供串口的语音模块，完美地集成了MP3、WAV、WMA的硬解码。同时软件支持 TF卡驱动，支持FAT16、FAT32文件系统。通过简单的串口指令即可完成播放指定的音乐，以及如何播放音乐等功能。

图3 音频播放器模块Fig.3 Audio player module

2.3 键盘模块

键盘模块的系统连接如图4所示。此设计的控制器选用了单片机系统，接口较少，为了减少I／O口的占用，所以本次设计将采用矩阵键盘设计。并且在应用过程中，指定每一个矩阵键盘对应一个少数民族。

3 系统软件设计和3D打印设计

3.1 主程序

单片机将扫描按键是否被按下，按键的键值通过蓝牙无线传输，传输后单片机会判断所接收的对应按键值，再通过串口把TF内存卡中的音频资料进行播放。主程序的流程设计即如图4所示。

3.2 蓝牙模块

蓝牙无线传输模块在配对成功后，将键值对应的数据发送到STC12控制器，控制器根据发送的数据控制播放器播放对应的音频资料，从而达到无线传输数据的目的。蓝牙无线传输模块的设计流程如图5所示。

图4 主程序流程图Fig.4 Main program flow chart

图5 蓝牙模块程序流程图Fig.5 Bluetooth module program flow chart

3.3 音频播放模块

音频播放器上电后，模块会自动进入设备播放等待状态，检测到串口数据即可播放。该模块的程序设计流程如图6所示。

图6 播放器程序流程图Fig.6 Player program flow chart

3.4 3D打印艺术品模型

应用Z-suit软件对模型进行切片处理，并用M200打印机对模型进行加工制造，选用的材料为PLA可降解型材料，对人体无害，符合环保要求。后期经过上色组装成实物模型。研究得到的3D打印设计和模型实物效果如图7所示。

图7 3D打印设计图和模型实物图Fig.7 3D printed design drawings and model physical maps

4 结束语

本文设计并实现了一套具有音频播放功能的3D打印的塔形工艺品。该系统通过碰触塔身的装饰人物触发对人物所代表民族的音频介绍，推介范围涵盖民族的历史、语言、经典故事、歌曲等多种内容，并且该工艺品平台的音频内容可根据不同的民族地区进行随意定制。该工艺品可以作为民族地区旅游纪念品进行销售，在获得经济效益的同时，也达到了宣传民族文化的目的。