用十分鐘瞭解 《單晶片、機器人與電子元件》 (Arduino + Raspberry Pi) 陳鍾誠 2016 年 1 月 19 日 程式人程式人 本文圖片來自維基百科
話說 ● 我大學的時候,念的是交通大學資訊 科學系 ● 那時候我們沒有《單晶片》這門課 ● 我甚至不知道有這種課程,雖然我有 聽過一種叫做 8051 的東東。
由於是資訊《科學》系 ● 所以系上的課程也都很《科學》 ● 真正動手的課不多
勉強動了手 ● 也通常都沒做出甚麼 ● 課程就結束了!
所以後來 ● 我都走軟體路線
換句話說 ● 就是 –寫程式 –寫程式 –寫程式
還好、寫程式這個技能 ● 總是讓我能找到還算 OK 的工作
不過 ● 有一個問題
就是 ● 我做過的私人公司
後來都倒閉了
還記得我碩一打工的那家 ● 1992 年就在做 PDA 的江川科技 ● 應該我走後沒多久就倒了
然後是 1999 年 ● 我同學開的加旭科技,在我進去惡 搞一通之後結不了案 ● 2000 年三月網路泡沫化我離開,之 後沒多久也倒了!
接著在 2001 年 ● 我博士快畢業前加入了位於台北仁 愛路的松下 PTL 。 ● 後來 PTL 在 2008 年也被松下關掉了
還好 ● 我做過的私人公司雖然都倒光了 ● 但是公家機關都還在,像是 –中研院、台大、交大 我應該沒那個能力把這些單位也搞掛吧!
不過 ● 為了避免造成更大的災難!
我來到了金門大學
想不到來了之後
學校竟然蒸蒸日上
當然 ● 這件好事絕對不是我造成的!
對了、這篇到底要講甚麼?
喔! ● 好像是單晶片和電子元件 ● 還有樹莓派和 Arduino
那怎麼會扯到這裡來?
我也忘了!
好吧!
那就談談 Arduino 好了
自從接觸到《開放原始碼》之後 ● 我常常上網搜尋 ● 而且常常寫網誌 – http://ccckmit.wikidot.com
後來我在 2012 年底 ● 開始想辦一個雜誌 ● 於是就辦了《程式人雜誌》
辦了之後 ● 認識了更多《程式人》
他們常常分享一些訊息給我
我也會分享 ● 到程式人雜誌社團給他們 – https://www.facebook.com/groups/programmerMagazine/
於是在 Arduino 出現之後 ● 我就常常在 雜誌裡分享 網友 Cooper Maa 的文章 http://coopermaa2nd.blogspot.tw/
當然 ● 自己也要先買 Arduino 來玩玩看!
我發現 ● 這個 Arduino 很好學 ● 不像 8051 聽說很難學
對我這個以程式為主的人來說 ● 好學很重要 ● 否則學不會,又有甚麼用呢?
但是為甚麼 ● Arduino 這麼好學呢?
這得看看 Arduino 的發展史 ● Massimo Banzi 之前是義大利 Ivrea 一家高科技設計學校的老師。他 的學生們經常抱怨找不到便宜好用的微控制器。 ● 2005 年冬天, Massimo Banzi 跟 David Cuartielles 討論了這個問 題。 David Cuartielles 是一個西班牙籍晶片工程師,當時在這所學 校做訪問學者。 ● 兩人決定設計自己的電路板,並引入了 Banzi 的學生 David Mellis 為電路板設計編程語言。兩天以後, David Mellis 就寫出了程式 碼。又過了三天,電路板就完工了。這塊電路板被命名為 Arduino 。
正是因為 Arduino 是設計來教學用的 所以才那麼好學 ● 幾乎任何人,即使不懂電腦編程,也能用 Arduino 做 出很酷的東西,比如對感測器作出回應,閃爍燈光,還 能控制馬達。 ● 隨後 Banzi 、 Cuartielles 和 Mellis 把設計圖放到了 網上。保持設計的開放源碼理念,因為版權法可以監管 開源軟體,卻很難用在硬體上,他們決定採用創用 CC 許可。
還有 Ardunio 是開放硬體 ● 創用 CC 是為保護開放版權行為而出現的類似 GPL 的一 種許可( license )。在創用 CC 許可下,任何人都被 允許生產印刷電路板的複製品,還能重新設計,甚至銷 售原設計的複製品。 ● 你不需要付版稅,甚至不用取得 Arduino 團隊的許 可。然而,如果你重新發布了引用設計,你必須說明原 始 Arduino 團隊的貢獻。
以下是 Arduino 的一些特色
還有 Arduino 的程式範例
您只要花個幾百塊就能買一片 ● 然後從網路上下 載簡易好用的開 發工具 ● 就可以開始使用 了!
用來幹嘛呢?
用來控制協調電子元件 基本的電子元件有:電阻、電容、電感、電晶體、以及各種開關或感應元件
像是控制燈光的閃動方式
判斷《各種開關》是否按下
控制馬達的轉動
偵測《感應元件》的感應值 光敏電阻 超音波感應器 影像感知元件 CMOS
然後用《麵包板》將這些東西組合起來
就可以做出這些
還有機器人和飛行器
但是你要小心一些事情 ● 像是電容不能接反,否則可能會爆炸 ● 電壓電流不能太高,否則可能會燒毀 ● 如果擔心電流脈衝過大,可以用電容來緩 衝 ● 用電阻分配平衡各個元件的電壓
所以您還是要認識下列這些元件
當然最重要的還是要有電 ● 您可以使用電池、電源供應器、或者 ● 最簡單的把 arduino 用 USB 線插在電腦上就行了
如果需要連接比較大的電器設備 ● 就可能需要變壓器 ● 交流轉直流需要整流器
還有用《繼電器》隔離以避免燒毀
除了上述那些 ● 電子控制、機器人、飛行器 等專案之外
其實也可以用 Arduino 來作一些 ● 電子教學設備與教材
像是 ● 兩台 arduino 對傳訊息,打電報 或電話等等。 ● 甚至也可以用來進行無線電波的 傳輸實驗。
不過 ● 如果要進行無線電波的傳輸實驗, Arduino 的處理器可能會不夠快。 ● 這時候就需要《樹莓派》 (Raspberry Pi) 登場了。因為 《樹莓派》的處理器比 Arduino 快 很多。
我其實很想 ● 以《樹莓派》這些微處理器的角度,進行 一系列有系統性的實驗 ● 重複當初《安培、法拉第、愛迪生、特斯 拉、赫茲、馬可尼》等人的那些實驗。
但是當然 ● 必須要改用《現代設 備》與《微控制器》 輔助 ● 否則每個都這麼大也 不是一般人能做的。 圖、赫茲的《火花間隙》實驗
然後把這些實驗的過程與方法 ● 寫成書並拍成影片,做成一系列的教材, 讓小學生到大學生都能透過這種方式實際 體會電子電路與電的理論。
以下是一些範例 ● 開關控制 LED 燈閃爍明滅 影片網址: https://www.youtube.com/watch?v=q8un-26C2lc
單極電動機 影片網址: https://www.facebook.com/ccckmit/videos/vb.814251892/10153140124986893/
電場感應器 影片網址: https://www.facebook.com/ccckmit/videos/vb.814251892/10153106380331893/
世上構造最簡單的電車 影片網址: https://www.youtube.com/watch?v=J9b0J29OzAU影片網址: https://www.youtube.com/watch?v=J9b0J29OzAU
自製收音機 https://www.youtube.com/watch?v=0-PParSmwtE https://www.youtube.com/watch?v=VqdcU9ULAlA
FM Transmitter https://www.youtube.com/watch?v=joFourugXvs
用 FPGA 自己設計處理器 影片網址: https://www.youtube.com/watch?v=zAI9GNG9IcQ
中央大學演示物理實驗室 的一系列實驗 http://demo.phy.tw/experimentfinal/electromagnetics/
台大朱士維的電磁學課程 https://www.coursera.org/course/genphysem
當然 ● 還有很多我們沒有提到的資源
然後加上樹莓派 ● 去整合《電線、電阻、電容、電感、 電晶體與感應器》等等。 ● 做出《收錄音機、電話、電視、電磁 爐、無線電、手機》等等裝置。 ● 這讓我們可以真正體會《電的原理》
透過這種方法 ● 科學將不在是抽象的公式 ● 而是可以實際體會,很有系統的 把理論和實務結合的一門學問。
希望有一天 ● 我們能做到這件事!
因為 我有一個夢!

用十分鐘瞭解 《單晶片、機器人與電子元件》 (Arduino + Raspberry Pi)