[Micro:bit] 使用DFROBOT BOSON套件設計智慧小屋

在本篇文章中,我們將介紹如何用micro:bit和DFROBOT BOSON套件打造智慧小屋,套件上安裝孔位與樂高相容,組裝上更方便了。

我們將實做三個特別的功能,第一個是能夠根據環境光源自動調整亮度的LED燈,第二是設計一個可以按鈕控制吊扇,第三則是做出一個地震警報器。

作者/攝影  袁佑緣
時間  3小時
成本 放課後的製作時間便是我的成本
難度  * * *
材料表
  • Micro:bit
  • 樂高積木
  • Micro:bit Boson 擴充板

準備工作

Microbit and Boson Kit

 

在這篇文章中,我們將使用BBC推出的Micro:bit開發板來當作是我們智慧屋的控制器。

為了要能夠控制智慧屋中的電子元件,也就是上面的感測器與制動器,除了原本的Micro:bit之外,我們還要額外裝上一塊DFRobot推出的Boson擴充板來控制Boson Kit中的電子模組。

如果讀者想獲得關於 Boson Kit更進一步的資訊的話,不妨去以下的網站觀看詳細的介紹喔。 (https://www.dfrobot.com/boson).

以下是我們在本篇文章中,我們將會用到的Boson電子積木有LED、按鈕、傾斜、風扇、聲音、光感應。

1.Light Sensor Module
2.LED Module
3.Button Module
4.Fan Module
5.Tilt Sensor Module
6.Buzzer Module

Mu editor

接下來,為了要撰寫micro:bit的micro python 程式碼,我們需要去下載以下的編輯器:Mu Editor(https://github.com/mu-editor/mu/releases).

此外,我們也建議讀者可以去官方的文件查看Micro Python API for Micro:bit (https://microbit-micropython.readthedocs.io/en/0.9/)的詳細使用說明,裡面還有許多的範例教學可以參考喔!

硬體

以下的圖片是本文所使用的雙層樂高屋以及樂高屋內部的構造。

注意到除了一般水平放置的Boson元件可以接在樂高的平板上,一些懸掛的Boson元件可以用其他的方式固定在樂高小屋上面,例如下圖中使用BOSON的中間積木,我們使用金屬螺絲與螺絲帽固定,底座固定之後,Boson電子元件就可以用磁力吸附在上面。

範例教學

 

接下來我們就來在 Mu Editor中撰寫 Micro Python吧!

 

1. 小夜燈

在第一個範例中,我們將原本的LED燈擴充成可以自動調整亮度的LED燈,更進一步它能根據環境光的亮度適當地調整LED燈亮度。

於是我們要在LED燈上再加上一個光源感測器,如下圖。

首先,我們必須先用以下的程式碼來去偵測光源感測器的最大最小值,而為了要讓數值更精確一點,我們讓程式在一段時間內的對光感值進行取樣,將光感值加總後再依取樣的次數做平均,經過計算就能得我們想要的平均值。

 

night-light-measure.py

from microbit import *

light_sensor = pin1.read_analog()
counter = 0
timer = running_time()

while (running_time() - timer) <= 3 * 1000:
    light_sensor += pin1.read_analog()
    counter += 1

light_sensor /= counter
print("mean light sensor value: ", light_sensor)

打開Mu Editor的REPL視窗,並在有環境光跟沒有環境光的情況下執行程式,你將會得到如下圖的光源平均值,當環境光很亮時的平均亮值是900多,環境光很暗時的平均暗值10多。

接下來,我們將前面求出的平均亮值跟平均暗值,帶入到變數ligjt跟dark中,將這兩個數值作為最大值與最小值,是按照比例換算成Micro:bit的類比角為數值,控制LED燈的亮度。

 

算式:

((light – light_sensor)/(light – dark)*1023)

比如:light=966、dark=14,數值範圍為952。現在讀到一個光感數值為500,帶入算式((966-500)/(952))*1023 = 500,最後micro:bit的類比輸出值為500。

 

night-light.py

from microbit import *

light_sensor = pin1.read_analog()
counter = 0
timer = running_time()

light = 966.4033
dark = 14.81614

while True:
    light_sensor = pin1.read_analog()
    LED = int((light - light_sensor)/(light - dark)*1023)

    if LED > 1023:
        LED = 1023
    elif LED < 0:
        LED = 0

    print("LED lightness: ", LED)

    pin2.set_analog_period(1)
    pin2.write_analog(LED)
    sleep(0.5)

 

範例影片:

 

2. 吊扇設計

在第二個範例中,我們用以下簡單的程式碼來打造一個可以用按鈕控制的電風扇。

在程式中,我們用一個switch的布林變數紀錄開關的狀態,我們希望使用開關時,每次按下開關再放開,switch的狀態就會切換成相反的狀態。

注意到我們在以下的程式碼中會多加一些延遲,例如sleep(0.5),這是為了要確保可以正確的判斷到一次的開關按壓。

ceiling-fan.py

 

from microbit import *

switch = False

while True:
    if pin12.read_digital() is 1:
        while pin12.read_digital() is 1:
            sleep(0.5)
        switch = not switch
        if switch:
            pin16.write_digital(1)
            print("Turn ON")
        else:
            pin16.write_digital(0)
            print("Turn OFF")

 

3.地震警報器

 

在第三個範例中我們將實做一個安裝在小屋的地震警報器。

為了要偵測到小屋的晃動,我們使用一個傾斜感測器,並在每一次的迴圈中,觀察一小斷時間中的傾斜變化。

如果說屋子靜止不動的話,隨著時間的傾斜變化量應該是完全是零,所以我們只要去計算一段時間的變化是否為零的話,就能推出此時是否有地震的發生。

 

而如果偵測到有地震發生的話,程式會播放一段音樂作為地震的警報,播放音樂的方式直接使用Micro Python內建的music函式庫,music函式庫預設輸出聲音為0號腳位,驅動蜂鳴器發出聲音。

 

如果想自己設計音樂的話,不妨去以下網址查看micro python的範例(https://microbit-micropython.readthedocs.io/en/0.9/music.html),裡面有介紹如何用指定的音符做特定的旋律。

alarm.py

from microbit import *
import music

status = pin8.read_digital()

def detect_shake():
    old_tilt_status = pin8.read_digital()
    sleep(0.1)
    new_tilt_status = pin8.read_digital()
    return abs(new_tilt_status - old_tilt_status)

while True:
    counter = 0
    timer = running_time()
    shake = detect_shake()
    while (running_time() - timer) <= 500:
        shake += detect_shake()
        counter += 1

    status = shake/counter
    print(status)

    if status is not 0.0:
        print("Alarm!!!")
        music.play(music.DADADADUM)

 

範例影片:

 

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