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數位教與學 給我的啟發 <Arduino開發板C語言協助學生微型機電整合研發>

作者: 
林逸馨
日期: 2020-05-01

設計動機

    為什麼我們會選擇Arduino開發板,因為這是現在最多人使用,且藉由社群力量,最多人為它寫程式的開發板,這一片上面是打UNO,是義大利文1的意思,是最基本、最大、最好接的開發板,運算速度為8位元,現在window最慢也有32位元。

【Step 1】下載Arduino軟體,先運用google搜尋關鍵字「Arduino」,找到Arduino Home ,接著在Software 功能列下的 Downloads尋覓Download  the  Arduino  IDE,裡面有安裝及壓縮檔,今天我們先選擇安裝檔,按下just  DownLoad存於桌面。

【Step 2】Arduino功能說明,提供給大家的是改良的副廠的Arduino,因為原廠的是像TypeA列表機的接頭,而副廠是USB接頭(接近HDMI介面),所以等一下還要在裝置管理員,安裝USB轉換訊號晶片CH340軟體(USB-SERIAL CH340 COM3),這樣微晶片單元才能判讀程式。

【Step 3】Arduino擴充模組功能說明

         模組1基本LED電路實作偵測三色LED燈是否有電,可在插頭上插LED燈泡,觀察燈泡明滅及閃爍狀況,判斷是否有電及時間長短。

         模組2可外接感測器,如溫溼度感應器(電腦機房溫濕度監控)、紅外線、超音波(運用發送、接收時間測量距離)、或今天要使用的空氣細微懸浮微粒感測器。

         模組3外接感測器及其他元件模組,如超音波可依據發射傳送回來的時間推算測距離,那麼可在另接蜂鳴器(演奏歌曲),若越靠近聲音越大或另接燈泡依距離遠近轉換不同顏色,空氣細微懸浮微粒感測器可接燈泡,如行政院環保署要求的依懸浮微粒的空氣濃度,燈泡由綠色、黃色、橙色、紅色、紫色轉換警示。

         模組4結合簡易APP程式與Arduino晶片程式微伺服馬達,並用以遙控車車體或機器人動作控制,以特務電影為發想,運用APP控制車,製作手機藍芽遙控車(因台灣尚未進入5G,故只能人機介面操作數公尺);或利用機器人上的超音波模組及5顆微伺服馬達,設計專屬於自己的機器人動作。

         模組5運用IOT物聯網技術形成 AI模組,如空氣細微懸浮微粒感測器可裝上WIFI晶片,運用IOT物聯網技術,在網路上一筆一筆留下紀錄,形成雲端大數據,或運用APP連結LINE就能形成一台自製空氣盒子。

製作過程:模組3空氣細微懸浮微粒感測器研發實作教學

現在要為大家示範的是模組3空氣細微懸浮微粒感測器研發實作

【Step 1】空氣細微懸浮微粒感測器杜邦線連接,先拆4條杜邦線,原則上廠商會附上連接板,因為只有一個角度能裝上去,所以不必擔心接錯,連接板依次序為TX、RX、VCC正電、、GND負電,Arduino開發板上有3個GND負電,要用哪一個皆可,因為感測器需要5V伏特的電,所以依序連接TX→7、RX→8(這兩隻腳是訊號在使用,因為7和8之間有溝槽,不容易接錯,所以程式編寫者大多會寫7和8。)、GND負電→GND負電、VCC正電→5V伏特。

TIP 杜邦線不需拆成一條一條,如相連部位需4條就一次拆4條,才不容易接錯。 

【Step 2】螢幕杜邦線連接,全部需8條杜邦線,先拆6條杜邦線,由螢幕CS、RST、RS、SDI、CLK一路依序連結至LED,再藉由杜邦線連接Arduino開發板A5、A4、A3、A2、A1、A0,中間有3隻腳沒有連接,再拆2條杜邦線由螢幕的GND負電連接Arduino開發板GND負電,VCC正電連接3.3V伏特(如果沒有空氣細微懸浮微粒感測器,則螢幕可直接連接Arduino開發板,不需杜邦線,但因今日需要將5V伏特電留給空氣細微懸浮微粒感測器,所以就用杜邦線連接,營幕本身只需3.3V伏特電)。

【Step 3】燒錄完整程式,Arduino軟體→草稿碼→匯入程式庫→加入ZIP程式庫(螢幕壓縮檔UTFT) ,此時程式內保留字會亮起來,表示找到且知道功能,然後到工具→序列埠COM3 以連接Arduino軟體,再將程式碼內建橘色開頭字(功能)中的(4,8),改為(7,8) →上傳(燒錄) 即可   (如果不想改程式,也可改接頭,如杜邦線改為接(4,8)),我們的微型機電整合研發就完成了,因為Arduino開發板本身就是微電腦,燒錄後不需再接電腦,而成為獨立的機器。

TIP有時我們可藉由程式庫管理員管理程式庫作者說明,上網尋覓一些接近研發需求已經編寫好的程式,我常使用的作者是Ada  fruit阿達水果(這是一間紐約創客公司),如:溫溼度感測器的程式,而液晶liquid螢幕相關程式,我習慣的作者是Frank。

使用時機

    由於火力發電對空氣影響甚鉅,許多人在火力發電廠附近,仍無注意到空氣不佳進行防護措施,此一主題頗具前瞻性,未來可再針對此研發進行PBL探討,甚至製作淨化空氣的相關研發維護大眾健康。

    藉由此一作品實作,帶領學生進入Arduino開發板C語言研發世界,並運用簡易程式碼教學,讓學生學習自行編程訓練。具備研發能力後,鼓勵學生參加國內外的發明展,學生看到來自世界各地,不同年齡層的人們為了自己的理想打拼,激發出他們正視學習與自我突破的重要性,透過新的視野探索世界,與世界文化接軌。

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