壹˙前言

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衩牢卢
5 years ago
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1 投稿類別 : 工程技術類篇名 : 扇待環境作者 : 朱庭瑋臺北市立松山高級工農職業學校資三智詹祐安臺北市立松山高級工農職業學校資三仁指導老師 : 林敬堯老師

2 壹前言何謂扇 ( 善 ) 待環境? 其實就是所謂的自動感應是否有人的自動省電電風扇, 當有人在電風扇前時, 電風扇就會自動開啟, 沒有人的時候自動關閉, 進而達到省電效果, 藉由省電讓環境的碳減少, 使環境更美好如果搭配手機藍芽控制轉向的話, 就能用手機控制電風扇風的強度, 使自動電風扇更為方便使用一研究動機及目的目前市面上的電風扇需要自行調節風速及風量, 而且有時候冷的時候無法還需要自己手動去調整, 實在是很麻煩因此, 我們希望利用手機改良手動改變風量的問題如果只有單人的時候希望能夠單獨享用這個電風扇, 若有兩個人以上的時候希望可以平均大家都吹的到電風扇市面上大多數電風扇幾乎都使用交流電供電, 實在是不夠省電我們使用直流馬達替代交流馬達, 以達到省電的效果二本專題自動感測節能扇之研究目標 : ( 一 ) 製作出具有自動感測是否有人之智慧型電風扇, 並能用手機調整風量 ( 二 ) 如何才能設計出使用效率最高之電風扇貳正文一系統架構使用手機開啟風扇, 首先使用手機透過藍芽建立連線後傳送訊息 Arduino, Arduino 收到開啟風扇訊號後啟動風扇, 風扇運作時可以隨時運用相同的通訊方式來調整風扇風速圖一, 當風扇前方沒有人時 Arduino 會自動偵測並關閉風扇, 以達到省電的效果圖二圖一透過手機使用藍芽進行風扇控制 ( 資料來源 : 註六 ) 1

圖二 Arduino 會自動偵測並開關風扇二軟體部分 ( 一 ) 軟體需求 : 下列為本專題製作所需的軟體 1 Arduino IDE: Arduino 的開發環境, 是一個自由軟體, 使用的開發語言為 C++, 我們使用它是因為它與 Arduino 硬體的控制高度整合, 搭配一條 USB Cable 與預先燒入好的 Bootloader 即可輕鬆的將 Arduino 韌體上傳至

3 圖二 Arduino 會自動偵測並開關風扇二軟體部分 ( 一 ) 軟體需求 : 下列為本專題製作所需的軟體 1 Arduino IDE: Arduino 的開發環境, 是一個自由軟體, 使用的開發語言為 C++, 我們使用它是因為它與 Arduino 硬體的控制高度整合, 搭配一條 USB Cable 與預先燒入好的 Bootloader 即可輕鬆的將 Arduino 韌體上傳至 Arduino 單晶片中他也支援跨平台執行, 故組員中的作業系統為 Mac OS X 的人也可以一同協助完成專題工作項目, 是個很理想的選擇 2 Fritzing: 繪製電路圖的免費軟體, 同時也支援 PCB Layout 等功能, 是一款很容易上手又功能豐富的電子電路設計軟體, 使用它是因為它功能齊全且可以完全免費使用, 故能讓我們的專題電路圖變得更完整看起來更專業 3 Eclipse + ADT plugin: Eclipse 主要是用來開發 Java 的, 也有許多人透過安裝外掛模組來撰寫其他語言的程式, 它與 Arduino IDE 一樣都是屬於自由軟體 ( 資料來源 : 註一 ) 我們透過安裝 ADT(Android Development Tools,Android 開發工具 ) 外掛來建立一個專門來開發 Android App 的開發環境, 這樣我們就能夠使用手機來控制電風扇了 2

4 4 Google 文件 : 為了能夠達到多人可以在雲端中隨時編輯專題文件, 我們選擇了 Google 文件來幫忙我們解決這個問題, 雖然在文件編輯上會有排版錯亂上的問題, 不過也是能透過事後用 Word 來重新排版, 算是很方便的解決方案 5. 3ds Max 3ds Max 建模軟體為遊戲電影或者圖形美術人員提供建模動畫模擬和彩現的解決方案 ( 資料來源 : 註二 ) 此軟體可以用來建模, 用於建立模組給 3D 印表機列印, 我們選擇了它是因為它功能強大, 可以建立出各式各樣的模型出來 6. Meshmixer 為了讓 3D 列印時成品能得到支撐, 避免有部分列印的地方會塌掉, 故我們使用了 Meshmixer 來建立出支架, 用以支撐 3D 列印的成品, 這樣列印出來的東西才不會歪歪扭扭的 ( 二 ) 程式碼 : 圖三程式碼 3

5 三程式流程圖 : 執行程式進入等候藍芽訊號迴圈藍芽是否連線否是接收風向轉向訊號調整風扇轉向藍芽中斷連線否是結束程式四研究流程圖四程式流程圖蒐集資料研究理論分配工作軟體硬體 Arduino 程式撰寫 Android App 撰寫扇葉模型電路製作藍芽風扇硬體控制藍芽無線控制 3D 列印接出電路軟體硬體整合撰寫報告圖五研究流程圖 4

五硬體部分 ( 一 )Arduino 單晶片 : Arduino 是一個軟硬體開放原始碼的單晶片微電腦如圖一, 使用了 Atmel AVR 單晶片, 程式撰寫上程式語法類似 Java C 語言, 可以與 Adobe Flash VB C# Unity 等軟體結合來達到軟硬體互動, 而 Arduino 程式碼撰寫上比一般單晶片來得更快速, 固採用 Arduino

6 五硬體部分 ( 一 )Arduino 單晶片 : Arduino 是一個軟硬體開放原始碼的單晶片微電腦如圖一, 使用了 Atmel AVR 單晶片, 程式撰寫上程式語法類似 Java C 語言, 可以與 Adobe Flash VB C# Unity 等軟體結合來達到軟硬體互動, 而 Arduino 程式碼撰寫上比一般單晶片來得更快速, 固採用 Arduino 來開發專題以解決開發專題的開發時間不足的問題 Arduino 除了在開發的時間上能更有效率外, 消耗的電功率也很小, 具備節能的效果, 且它的程式碼簡單容易上手, 許多不是專業的單晶片工程師, 例如藝術家設計師或者對軟硬體互動有興趣的人都可以快速上手, 使人人都能夠享受單晶片控制的樂趣 Arduino 有分很多種硬體版本如下 ( 資料來源 : 註三 ): Arduino Duemilanove Arduino Diecimila Arduino Nano Arduino Mega Arduino 各版本皆有其特色, 可依照需求來採用, 像是 Arduino Mega 有非常多的 Digital I/O, 若電路有很多 I/O 的需求, 此系列則會是首選, 而此次的專題我們有此需求, 固選擇了 Arduino Mega 來使用, 並且選擇 256KB Flash Memory 的大容量記憶體版本以解決後續程式碼撰寫過多可能導致單晶片記憶體容量不足的問題圖六 Arduino Mega, 屬 Arduino 其中的一個版本 ( 資料來源 : 註七 ) 5

紅外線動作感測器的原理, 就是利用了人體所發射出來的紅外線, 來感應人的移動紅外線動作感測器有分兩種類型, 分別是主動式以及被動式兩種主動式感應器會發射紅外線, 當紅外線被物體擋住後, 紅外線會反射廁所的自動沖水的小便斗即是屬於主動式紅外線感應器的應用被動式紅外線感測器 (PIR

7 ( 二 ) 伺服馬達 : 常應用於遙控模型飛機, 所以常稱為 RC 伺服機 (RC Servo) 伺服馬達含有直流馬達齒輪箱軸柄以及控制電路, 透過訊號控制軸柄的停止角度, 通常是 0 到 180 度, 不同廠牌型號也有可能有不同的範圍, 經由齒輪箱降速變成適當可用的轉速, 並且提供更高的扭轉力伺服馬達有三條線, 分別為電源接地以及訊號線我們利用伺服馬達驅動風扇的轉向圖七伺服馬達 ( 三 ) 紅外線動作感測器 : 紅外線動作感測器, 是一種可以偵測物體移動的裝置在日常生活中有許多東西都會發射出紅外線, 像是電視的遙控器燈泡人體也會發射出紅外縣紅外線動作感測器的原理, 就是利用了人體所發射出來的紅外線, 來感應人的移動紅外線動作感測器有分兩種類型, 分別是主動式以及被動式兩種主動式感應器會發射紅外線, 當紅外線被物體擋住後, 紅外線會反射廁所的自動沖水的小便斗即是屬於主動式紅外線感應器的應用被動式紅外線感測器 (PIR Motion Sensor), 感應器不會發射紅外線通常應用於紅外線警報器或自動照明裝置 ( 資料來源 : 註四註五 ) 我們利用三顆紅外線動作感測器 (PIR Motion Sensor) 來感測是否有人使用多顆紅外線感測器可以使有效的判斷範圍變大且較為準確圖八紅外線動作感測器 ( 資料來源 : 註七 ) 6

8 ( 四 ) 直流馬達 : 我們利用直流馬達驅動扇葉相較於交流馬達, 直流馬達更加的省電直流馬達的在控制方面比較簡單, 只需控制電壓的大小就可以控制扇葉的轉速圖九直流馬達 ( 五 ) 風扇葉片 : 我們使用 3D 印表機列印風扇葉片目前 3D 印表機的技術逐漸成熟, 我們首先利用 3DS MAX 畫出風扇扇葉, 再經由 3D 印表機列印出風扇圖十 3ds MAX 畫出風扇葉片圖十一 3D 列印的風扇葉片 7

9 ( 七 )Bluetooth 藍芽模組 : Bluetooth 藍芽模組可以外掛在 Arduino 上使 Arduino 變成有藍芽傳輸功能, 我們因為需要使用手機藍芽的訊號來控制風扇, 故使用了 Bluetooth 藍芽模組來當作我們 Arduino 與手機通訊的橋樑圖十二 Bluetooth 藍芽模組 ( 八 ) 電路圖 : 使用 Fritzing 繪製的電路圖圖十三電路圖 8

10 六成果展示 ( 一 )Android App 圖十四 Android App 藍芽操控畫面 ( 二 ) 專題成品圖十五實體完成圖參結論一研究發現與心得感想這次的專題我們遇到了一些問題像是穩壓的部分原本要很大的電容來解決, 但是最後發現了 IC7812 可以來進行穩壓, 因此我們將整個裝置小型化相較於 8051,Arduino 提供的 IO 更多這使我們的專題不需要太多 IC 即可完成 9

11 二問題討論 ( 一 )3D 印表機的使用上有一定的門檻, 不是說印個一兩次就能夠成功, 列印技術必須要夠成熟才能印出好看的東西 ( 二 ) 節能減碳是全球的趨勢, 如果將專題耗電量變得更少, 相信會更完美 ( 三 ) 紅外線感應會有不良的問題, 要如何解決還是一個不錯的問題三未來研究方向如果可行的話, 希望能夠再增強其功能並與更多手持裝置汽車等做應用因為現在我們只是個學生, 有些資源並不是那麼容易取得, 我們雖然已經盡力做到目前的樣子, 但是我們相信還是有很多欠缺不足的地方必須要再做修正, 我們將會不斷的盡力想出更好改進方案, 盡力想出更省電更環保的作品來與大家分享肆引註資料註一鄧文淵文淵閣工作室 (2014) 手機應用程式設計超簡單-App Inventor 2 初學特訓班台北市 : 碁峰資訊股份有限公司註二黃義淳 (2012) 3ds Max D 視覺設計與絕佳動畫表現 ( 附進階範例教學影片範例素材 ) 台北市: 碁峰資訊股份有限公司註三張治安李志文陳世昌 (2008) 電子電路實習新北市: 台科大圖書股份有限公司註四黃新賢劉建源林宜賢黃志峰 (2014) 微電腦原理與應用-Arduino 新北市 : 全華圖書股份有限公司註五孫駿榮 (2013) Arduino 互動設計入門與應用 - 零基礎快速上手指南台北市 : 碁峰資訊股份有限公司註六 Bluetooth 照片, 取自於 : 註七 Arduino 照片, 取自於 : 註八 RIP sensor 照片, 取自於 : 10

Autodesk Product Design Suite Standard 系統統需求典型使用用者和工作流程 Autodesk Product Design Suite Standard 版本為為負責建立非凡凡產品的設計師師和工程師, 提供基本概念設計計和製圖工具, 以取得令人驚驚嘆

Autodesk Product Design Suite Standard 20122 系統統需求典型使用用者和工作流程 Autodesk Product Design Suite Standard 版本為為負責建立非凡凡產品的設計師師和工程師, 提供基本概念設計計和製圖工具, 以取得令人驚驚嘆的產品設計計 Autodesk Product Design Suite Standard 版本中中包括以下軟體體產品