五福國中STEAM科技教育 : 9月 2023

2023年9月30日星期六

[生活科技]七彩數位型電子時鐘

👷[生活科技]七彩數位型電子時鐘-組裝步驟

112.10.01

圖1.電路板半成品及精密電阻(五個色碼)10K 歐姆，(棕黑黑紅=100*10^2=10K) (零件面)

圖2.將4顆電阻彎成直角，放入相對應銅箔孔洞中，並完成直角90度彎角

圖3.銲接面，首先把4個10k精密電阻完成銲接零件順序口訣：由低而高，由內而外

圖4. DIP 8pin & 16pin　IC座

圖5.銲接時要注意缺口擺放位置

圖6.半固定模式，對角線IC腳位折成90度

圖7.一樣注意缺口擺放位置

圖8.找到陶瓷電容(編號104)*2 , 判讀值>104=10*10^4*10^-12=0.1uf

圖9.固定陶瓷電容(0.1uf*2)，折腳90度

圖10.銲接陶瓷電容完成(編號可視角度及擺設方式，由左而右，由上而下)

圖11. 銲接陶瓷電容(0.1uf*2/20pf*2)

圖12. 銲接陶瓷電容完成(0.1uf*2/20pf*2)

圖13.銲接熱敏電阻(銲接面)

圖14.銲接光敏電阻(銲接面)及振盪晶體

圖15.安裝Q1電晶體編號8550要注意切面對切面，不可接反(EBC腳位接反會導致零件燒毀)

圖16.安裝(左上)UP及(左下)SET按鈕，(右)鈕扣電池座及DCV5V直流電源插座

圖17.注意蜂鳴器(BUZZER)有正負之分，勿接反，接反會產生聲音模糊不清楚

圖18.安裝IC前，要安裝IC座目的，代表此二顆易接錯或是易損壞，如果直接裝在電路板

上也是可以，但當損壞時，在更換時間上就要花更多時間。安裝二顆積體電路(IC)

注意缺角位置，是否正確

圖19.七段顯示器之排針要小心，不要銲接彎曲

圖20.安裝4顆螺絲，組裝完成

圖21.完成品

圖22.可以顯示時間及溫度以及整點報時

[生活科技]張力結構介紹

👷[生活科技]張力結構介紹

112.10.01

張力結構(也稱張拉整體、張拉結構)，是一種工程結構設計和建造技術，通常用於建築和橋樑等大型結構物中。這種技術的主要特點是使用張拉設備將高強度的鋼索或纖維增強材料（如碳纖維或玻璃纖維）拉伸到預定的張力，然後將其固定在結構中的支點上，以實現結構的穩定性和承載能力。

以下是張力結構的一些特點和應用：

1.強度和輕量化：張拉整體技術可以增加結構的強度，同時減少結構的自重，使結構更輕，但仍具有出色的承載能力。這使得它特別適用於大跨度的建築和橋樑。

2.形狀自由度：由於使用了高強度材料，張力結構允許工程師實現各種形狀和設計，而無需太多的支撐結構。

3.快速建造：相對於傳統建築方法，張拉整體可以更快速地建造大型結構，節省時間和成本。

4.耐久性：張力結構結構通常具有較長的使用壽命，因為高強度材料可以抵抗變形和環境變化。

5.應用範圍：這種技術常見於橋樑、高樓大廈、體育館、綜合體育館、天幕、場館和其他需要大跨度和輕量結構的工程項目。

總之，張力結構是一種現代工程技術，它通過使用高強度材料和張拉設備來實現大型結構的建造，提供了多種優點，包括強度、輕量化、形狀自由度和耐久性。

6.參考影片

https://www.youtube.com/watch?v=PwU3NkPMQV4

[ARDUINO程式]-範例(6)-MAX7219 8X8LED矩陣

💾[ARDUINO程式]-範例(6)-MAX7219 8X8LED矩陣

112.10.01

MAX7219是一款數位積體電路（IC），通常用於控制七段數碼管或LED矩陣顯示器。這個晶片由Maxim Integrated（現在是Analog Devices的一部分）製造，並廣泛用於各種數字顯示應用中，包括計時器、計數器、時鐘、溫度顯示器、計分板等等。

一、MAX7219的主要功能包括：

(一).控制多個七段數碼管或LED矩陣：MAX7219能夠控制多達8個七段數碼管

或LED矩陣，使它們能夠顯示數位、字母、符號等。

(二).串聯連接：多個MAX7219晶片可以串聯連接，以擴展顯示器的數量，而只

需使用一個微控制器或Arduino等進行控制。

(三).亮度控制：MAX7219允許調整LED的亮度，以適應不同環境條件。

(四).節能模式：它具有低功耗模式，可以通過減小LED的亮度來降低功耗。

(五).SPI介面：MAX7219使用SPI（Serial Peripheral Interface）介面進行

通信，這使得它與微控制器等設備的連接變得相對簡單。

總的來說，MAX7219是一個非常有用的數字顯示驅動晶片，可用於各種需要數字顯示的應用中，特別是在有限的引腳和資源情況下，它可以高效地控制多個七段數碼管或LED矩陣。它被廣泛用於嵌入式系統和電子專案中。

二、範例程式

#include <LedControl.h>

// 定義MAX7219模組的引腳

int DIN_PIN = 12; // 數據引腳

int CS_PIN = 11; // 片選引腳

int CLK_PIN = 10; // 時鐘引腳

LedControl lc = LedControl(DIN_PIN, CLK_PIN, CS_PIN, 1);

// 定義笑臉模式

byte smiley[8] = {

B00111100,

B01000010,

B10100101,

B10000001,

B10100101,

B10011001,

B01000010,

B00111100

};

void setup() {

// 初始化MAX7219模組

lc.shutdown(0, false);

lc.setIntensity(0, 8);

lc.clearDisplay(0);

// 顯示笑臉

displaySmiley();

}

void loop() {

// 這裡可以添加其他操作，如果需要的話

}

void displaySmiley() {

for (int row = 0; row < 8; row++) {

lc.setRow(0, row, smiley[row]);

}

delay(10000); // 顯示笑臉10秒鐘

lc.clearDisplay(0); // 清除顯示

}

[ARDUINO程式]-範例(5)-L1602液晶螢幕顯示文字符號

💾[ARDUINO程式]-範例(5)-L1602液晶螢幕顯示文字符號

112.10.01

一、說明：要使用Arduino和LCD1602顯示器編寫一個基本的打招呼程式，您可以按照以下步進

行操作：

　STEP1：準備硬體

確保您已經連接好Arduino和LCD1602顯示器。一般來說，您需要將LCD的VCC連接到

Arduino的+5V引腳，GND連接到GND引腳，以及SDA=A4和SCL=A5連接到Arduino的相應

引腳（通常是A4和A5）。

STEP2：編寫Arduino代碼可以使用Arduino IDE編寫以下代碼來實現基本的打招呼程式。這個

程式將在LCD上顯示"Hello, World!"消息。

　STEP3：可能有二種ADDRESS，LiquidCrystal_I2C庫中的0x27是一個常見的I2C位址，但

LCD1602顯示器的I2C位址可能因製造商而異。要找到正確的I2C位址，您可以執行以下步

驟：如果沒有顯示，嘗試其他常見的I2C位址，如0x20、0x3F、0x38等，直到找到正確的

地址。

二、範例程式

#include <LiquidCrystal_PCF8574.h>

LiquidCrystal_PCF8574 lcd(0x27); // 設定i2c位址，一般情況就是0x27和0x3F兩種

void setup()

{

lcd.begin(16, 2); // 初始化LCD

//lcd.begin(20, 4); // 如果是20x4的LCD就是用這行

lcd.setBacklight(255);

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0); //設定游標位置 (字,行)

lcd.print("*~ first line.");

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("~* second line.");

} // setup()

void loop()

{

} // loop()

[小專題] 設計一個無人車

112.09.30

設計一台無人車需要一些硬體設備，以下是使用 Pixy2 視覺感知模組搭配 Arduino Uno R3來完成。

圖1.無人車一代

一、基本架構：

(1).Arduino Uno R3：為主控制單元，它負責接收 Pixy2 傳回的資料並控制車輛的行動。

(2).Pixy2 鏡頭：Pixy2 是一個小型視覺感知模組，它可以識別不同顏色的物體並提供相關的資

料。你可以使用 Pixy2 來偵測障礙物或者其他對車輛行動有影響的物體。

(3).馬達驅動器：你需要馬達驅動器來控制車輛的運動，包括前進、後退、左轉和右轉。

(4).馬達：提供車輛移動的動力。

(5).電源供應：確保提供足夠的電源以驅動 Arduino、Pixy2、馬達驅動器和馬達。

(6).車載電池：一個可重複充電的電池，用於為整個車輛系統提供電源。

(7).感測器：根據需求，可以添加額外的感測器來幫助車輛避免障礙物，例如超音波感測器、紅

外線感測器等。

(8).車身和車輪：可以使用 3D 列印或其他材料來製作車身，並添加車輪以實現移動。

(9).連接線和接頭：用於連接所有元件，確保它們可以正常通信和運作。

(10).電路板、連接器等元件：這些元件用於製作電路，確保電源和信號正確流動。

(11).電源管理器（選擇性）：如果需要不同電壓來驅動不同元件，你可能需要一個電源管理

器。

(12).外殼/外部保護：適用於保護電路元件和模組的外殼。

二、以下是完成展示影片圖

影片1.第一代

影片2.DONKEY CAR

影片3.第二代-1

影片4.第二代-2

影片5.第三代

影片6.第四代

💾[ARDUINO程式]-範例(4)-D2-D9腳位輪流閃爍方式展示

112.09.30

const int ledPins[] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

const int numLeds = sizeof(ledPins) / sizeof(ledPins[0]);

void setup() {

// 將 LED 接腳設為輸出模式

for(int i = 0; i < numLeds; i++) {

pinMode(ledPins[i], OUTPUT);

}

void loop() {

// 逐一閃爍 LED

for(int i = 0; i < numLeds; i++) {

digitalWrite(ledPins[i], HIGH); // 開啟 LED

delay(100); // 延遲 0.1 秒

digitalWrite(ledPins[i], LOW); // 關閉 LED

}

💾[ARDUINO程式]-範例(3)-D2/D3/D4腳位輪流閃爍方式展示

112.09.30

// 定義LED接腳

const int ledPin1 = 2;

const int ledPin2 = 3;

const int ledPin3 = 4;

void setup() {

// 將LED接腳設為輸出模式

pinMode(ledPin1, OUTPUT);

pinMode(ledPin2, OUTPUT);

pinMode(ledPin3, OUTPUT);

}

void loop() {

// 開啟第一個LED，關閉其他LED

digitalWrite(ledPin1, HIGH);

digitalWrite(ledPin2, LOW);

digitalWrite(ledPin3, LOW);

delay(1000); // 延遲1秒

// 開啟第二個LED，關閉其他LED

digitalWrite(ledPin1, LOW);

digitalWrite(ledPin2, HIGH);

digitalWrite(ledPin3, LOW);

delay(1000); // 延遲1秒

// 開啟第三個LED，關閉其他LED

digitalWrite(ledPin1, LOW);

digitalWrite(ledPin2, LOW);

digitalWrite(ledPin3, HIGH);

delay(1000); // 延遲1秒

}

💾[ARDUINO程式]-範例(2)-D13腳位上LED以呼吸燈方式展示

112.09.30

const int ledPin = 13; // 將LED連接到D13腳位

void setup()

{

pinMode(ledPin, OUTPUT); // 設定D13腳位為輸出模式

}

void loop()

{

// 呼吸燈效果

for (int i = 0; i <= 255; i++)

{ // 遞增亮度

analogWrite(ledPin, i); // 設定亮度

delay(10); // 等待一段時間，調整呼吸速度

}

for (int i = 255; i >= 0; i--)

{ // 遞減亮度

analogWrite(ledPin, i); // 設定亮度

delay(10); // 等待一段時間，調整呼吸速度

}

💾[ARDUINO程式]-範例(1)-D13腳位上LED閃爍 0.5秒

112.09.30

const int ledPin = 13; // 定義LED連接到D13引腳

void setup()

{

pinMode(ledPin, OUTPUT); // 將D13引腳設為輸出

}

void loop()

{

digitalWrite(ledPin, HIGH); // 將D13引腳輸出高電平，點亮LED

delay(500); // 延時500毫秒（半秒）

digitalWrite(ledPin, LOW); // 將D13引腳輸出低電平，熄滅LED

delay(500); // 延時500毫秒（半秒）

}

[小專題] 設計一個九宮格的圈圈叉叉遊戲-(1)想法建構-硬體篇

112.09.30

要設計一個九宮格的圈圈叉叉遊戲，您可以使用 Arduino 平台，但需要一些特定的硬體組件來實現這個專題。以下是初階需要的硬體架構：

(一).Arduino 板：選擇一個合適的 Arduino 板，如 Arduino Uno 或類似的型號，以控制遊戲

的邏輯和連接其他硬體組件。

(二).九宮格顯示器：需要一個九宮格的顯示器，這可以是一個 LED 矩陣、OLED顯示屏或 LCD

顯示屏，用於顯示遊戲棋盤和遊戲狀態。

(三).按鈕或開關：用於玩家進行選擇的按鈕或開關。需要九個按鈕，每個按鈕對應一個棋盤

位置。當玩家按下按鈕時，表示在該位置放置圈或叉。

(四).連線和電阻：需要連接按鈕到 Arduino 的輸入引腳，通常需要使用適當的電阻（如上拉

電阻或下拉電阻）來確保信號穩定。

(五).聲音或蜂鳴器（選用）：如果想要在遊戲中添加聲音效果，可以使用蜂鳴器或簡單的音

箱。

(六).電源供應：提供電源給 Arduino 和其他硬體組件。Arduino Uno 可以通過 USB 供電，

或者可以使用外部電源供應。

(七).連接線和麵包板：用於連接所有硬體組件，以及在麵包板上建立電路。

(八).外殼和裝置：如果希望專題看起來更專業，可以製作一個外殼或裝置，以容納 Arduino

和硬體組件。

(九).軟體：需要開發遊戲的軟體，包括遊戲邏輯、按鈕的輸入處理、顯示遊戲棋盤等。可以使

用Arduino IDE 來編寫和上傳程式碼到 Arduino 板。

(十).電路圖和設計計畫：在開始建造之前，最好制定一份電路圖和設計計畫，確保所有元件

都可以正確連接和運作。

這些是設計九宮格圈圈叉叉遊戲所需的一些基本硬體組件。根據設計和需求，還可以添加其他功能，如計分、遊戲結束檢測、遊戲規則等。請確保瞭解如何使用 Arduino 和相關元件，並嘗試建立一個原型，然後根據需求進一步優化和擴展自己的專題。

[科技入門] 四、HC-SR04超音波模組

112.09.30

是一種用於測量距離的感測器模組，它通過發送超聲波脈衝並測量回波的時間來計算目標物體與感測器之間的距離。

一、功能說明：

(一).測量原理：HC-SR04模組使用超聲波感測器來進行距離測量。它通過發送一系列超聲波

脈衝，並記錄從物體反射回來的超聲波的時間。根據聲波在空氣中的傳播速度，可以

計算出物體與感測器之間的距離。

(二).工作範圍：HC-SR04模組通常能夠在2釐米到400釐米之間測量距離，但實際工作範圍可

能會受到環境條件和具體配置的影響。

(三).精度：通常情況下，HC-SR04模組的測量精度較高，可以在1釐米的範圍內提供相對準

確的測量。

(四).角度：HC-SR04感測器的探測角度是比較窄的，通常約為15度，因此需要注意測量時感

測器的朝向。

二、測量公式：

HC-SR04模組的工作原理基於聲波的傳播速度，聲速在空氣中的傳播速度約為343米/秒。

測量過程中，感測器發送超聲波信號，然後等待接收回波的信號，記錄下傳播時間，然後

使用以下公式計算距離：

Distance=(Time×34300)/2

其中：

(一).Distance：目標物體與感測器之間的距離（單位：釐米）。

(二).Time：聲波往返的時間（單位：微秒）。

(三).34300：聲速（單位：釐米/秒）。

由於聲波是往返傳播的，所以除以2以獲取單程的距離。請注意，在實際應用中，可能需要進行一些校準，以確保測量結果的準確性。同時，由於環境因素可能會影響聲波的傳播速度，可能需要考慮這些因素進行相應的修正。

三、HC-SR04超音波模組通常有四個引腳，它們分別是：

VCC：電源正極引腳。通常連接到Arduino的5V引腳以提供電源。

(一).Trig（Trigger）：觸發引腳。當該引腳接收到高電平脈衝信號時，模組開始發送超聲波

脈衝。

(二).Echo：回波引腳。當發送的超聲波被物體反射後，它會在這裡生成一個回波信號，該引

腳接收並處理該信號。

(三).GND：地（負極）引腳。連接到Arduino的GND引腳，用於提供電源的接地。

在連接HC-SR04模組到Arduino時，請確保正確地連接每個引腳。一般來說，你可以按照以

下步驟進行連接：

將VCC引腳連接到Arduino的5V引腳。

將Trig引腳連接到Arduino的數位引腳（例如9號引腳）。

將Echo引腳連接到Arduino的數位引腳（例如10號引腳）。

將GND引腳連接到Arduino的GND引腳。

這樣，你就可以通過Arduino控制HC-SR04模組進行距離測量了。

[科技入門] 三、TT直流馬達

112.09.30

"TT直流馬達" 是一種直流電動馬達，通常在小型機械裝置中使用，具有減速功能。減速比為 1:48，這表示馬達的轉速經過減速後，會降低 48 倍，同時增加扭矩。以下是有關這些概念的解釋：

(1).直流馬達（DC Motor）：直流馬達是一種能夠將電能轉換成機械運動的設備。它基本上

由一個旋轉部分（稱為「轉子」）和一個固定部分（稱為「定子」）組成。通過在定子中

通過電流，可以在轉子上產生磁場，進而引起轉子旋轉。

(2).減速比（Gear Ratio）：減速比是描述輸入轉速和輸出轉速之間關係的數量。例如，

1:48的減速比表示輸入轉速經過減速後，輸出轉速將減少到原來的 1/48。這種減速比適用

於需要降低速度但增加扭矩的應用。常見的應用包括機器人、模型車輛、精密儀器等。

(3).作用：使用減速比的主要目的是調整馬達的輸出特性，使其適應特定應用需求。在您提到

的1:48 減速比中，即使輸入電壓提供的轉速較高，通過減速機構，輸出的旋轉速度會減

慢，但同時扭矩增加，從而提供更大的動力輸出。

總之，TT直流馬達以及其1:48的減速比主要用於需要在較低速下提供更大扭矩的應用中。

這些特性使其在模型、機器人、玩具以及其他類似的領域中非常有用。

(4).參考網址1.

http://ee543.blogspot.com/2019/12/tt.html

(5).參考網址2.

https://www.orientalmotor.com.tw/om/support_tool_tw/torque/

[科技入門]二、ARDUINO UNO硬體及接腳介紹

112.09.30

Arduino Uno 是一個非常受歡迎的 Arduino 板之一，以下是其主要硬體功能和腳位：

(1).微控制器： Arduino Uno 使用一個 ATmega328P 微控制器。這是Arduino平台上最常見的

微控制器之一。

(2).數位輸入/輸出（Digital I/O）引腳： Arduino Uno 具有 14 個數位輸入/輸出引腳（通

常以 D0 至 D13 標示），您可以使用它們來控制數位設備，例如 LED或開關。

(3).類比輸入引腳：有 6 個類比輸入引腳（通常以 A0 至 A5 標示），您可以使用它們來讀

取類比訊號，例如來自溫度感測器的數值。

(4).數位/類比引腳：有一些引腳具有雙重功能，可以配置為數位輸入/輸出或類比輸入。

(5).內置 LED： Arduino Uno 板上有一個內置的 LED（通常稱為 L LED），它連接到 D13 引

腳，可用於簡單的示範和測試。

(6).電源引腳： Arduino Uno 提供多個電源引腳，包括 5V、3.3V 和 GND（接地）引腳，用於

供應電源或連接其他電子元件。

(7).USB 連接埠：用於將 Arduino 連接到計算機以進行編程和通信的 USB 連接埠。

(8).重置按鈕： Arduino Uno 上有一個重置按鈕，可用於重新啟動板子。

(9).振盪晶體： Arduino Uno 使用一個 16MHz 的晶體來提供時鐘信號。

(10).ICSP 引腳：用於進行低級編程和燒錄微控制器的引腳。

這些是 Arduino Uno 的一些主要功能和腳位。其他 Arduino 板也具有類似的功能，但可能會有不同的硬體配置和引腳分配，具體取決於型號。熟悉您所使用的具體 Arduino 板的官方文檔和規格表將有助於您更好地了解其功能和用法。

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2023年9月30日 星期六

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