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[教學文] 快說!怎樣不用Arduino也能做出電子鐘!!(顯示器篇)

站在火車站大廳,抬頭仰望就可看見有一個大大的時鐘,醒目地提醒旅客們現在的時刻;在電梯門前,望著旁邊的指示器,看看電梯現在位在哪個樓層。這種分成七節,外觀很像方形的8的東西,就是我們的七段顯示器。

本文就是要帶大家一窺七段顯示器的奧秘!

作者/攝影

CAVEDU實習生 陳俊霖

文章分類教學技術文
時間

1hr

成本

約60元

難度**(1-10)
材料表
  • 指撥開關(4位元) *1

  • 三用電表 *1

  • 杜邦線or單心線

  • 555 *1

  • 7490 *1

  • 7447 *1

  • 220Ω *11

  • LED *4

  • 七段顯示器 *1

  • 1kΩ *4

  • 51kΩ *1

  • 47kΩ *1

  • 10u電解電容 *1

  • 0.1u陶瓷電容 *1

(若想購買相關材料,請洽機器人王國商城)

上一篇文章  [教學文] 不用Arduino做出電子鐘?!(計數器篇) 中,我們介紹怎麼使用7490,接下來,就讓我們把計算的數字「視覺化」吧!

 

我們使用最常見的七段顯示器(7-segment display)作為數字顯示器。

圖1 七段顯示器外觀

 

下圖是七段顯示器,以及7447接腳圖和連接範例:

圖2 七段顯示器接腳圖

 

圖3 七段顯示器連接範例

 

原廠datasheet 網址(RS Components ): 7-segment-display 圖中的顯示器是共陽極。

 

Step1:在選擇驅動IC時,要先確認自己使用的七段顯示器是共陰極或共陽極。

先拿出我們的三用電表,若是數位型的三用電表,先將檔位調整至歐姆檔的X1。接下來,將紅棒放在七段顯示器的正中央接腳(COM)上。黑棒則隨意置於其它不是COM的腳位,以測試這個顯示器是否有字節故障。數位電表中,紅棒是正極,黑棒是負極。

圖4 數位電表七段顯示器測試

 

若使用指針型三用電表的讀者們,一樣將檔位調整至歐姆檔的X1,但這次我們將黑色棒放置於七段顯示器的中央接腳(COM)上,紅色隨意置於其他不是COM的腳位,測試這個顯示器是否有字節故障。指針電表中,黑棒是正極,紅棒是負極

圖5 指針電表七段顯示器測試

 

數位型電表與指針型電表接腳相反的原因,是因內部結構不同,剛好兩種電表在歐姆檔時,兩隻探棒內部連接至電池的極性相反。比較好記的方法是,記得數位型電表紅色就是正(比較直觀),指針型則與數位型相反。這部分在許多場合需要判讀零件的正負接腳時非常重要,若因不小心買錯零件而需重新設計整個電路將會得不償失。

 

確認好自己的七段顯示器規格後,就來選擇驅動IC吧!

 

Step2:常見的驅動七段顯示器專用IC有7447與7448。7447是驅動共陽極的七段顯示器;而7448則是驅動共陰極。我們這次使用共陽極的七段顯示器,因此使用7447進行解說。下圖是7447的腳位圖:

圖6 74LS47腳位圖

 

74LS47 datasheet 原廠網址(TI):  74LS47 BCD to seven segment decoder
將IC放置於麵包版上後,如圖7連接電路。

圖7 指撥開關和七段顯示器

 

電路說明:

LT、BI、RBI 三隻腳位是用來控制7447的,功能如同上次的7490的RST接腳,因此全部接至電源正極即可。若想更了解這幾隻腳位的用途,可參考上方的datasheet連結。

 

A、B、C、D 是我們的資料輸入腳位,輸入二進制資料(BCD碼)至7447後,會轉換成對應的顯示器輸出。

 

a~g則是七段顯示器的LED腳位。

 

最左邊的圖示是指撥開關,每一個開關接一個下拉電阻到地,以確保開關未動作時不會浮接。

圖8 麵包板接線參考圖

 

圖9 實體圖

 

若接線皆正確,那麼讀者的七段顯示器應該可以工作了!若有不亮或顯示亂碼的狀況,可以檢查一下指撥開關的地方是否接觸不良,或是LT、BI、RBI 三隻腳是否接至正極,又或是七段顯示器的規格用錯了。

 

Step3:我們將四個指撥開關撥出我們想要的數字,0往下撥,1往上撥。我們若輸入十進制的5,轉換成二進制就是「0101」,那麼七段顯示器就會對應輸出5了!

 

Step4:我們把上一次接好的555與7490計數電路(Q0~Q3)接至7447解碼電路上。7490的數字輸出對應接入7447資料輸入,如下面電路圖所示:

圖10 自動計數電路

 

接好後,接上電源,專屬的0~9計數時鐘就完成了!實體電路圖如圖11,看起來稍微有點複雜,但還是可以完成的。

圖11 自動計數實體電路圖

 

 

看著它自己從0數到9,還有一旁LED相對應的跳動,是不是很有趣呢!只要把兩個7490串在一起,甚至可做出從0數至99的計數器呢!有這個應用,就可組合出專屬的時鐘了。

 

不僅如此,若讀者也可以自己做開發板的相關應用。除可利用它來顯示溫度、電壓、電流之外,還可將開發板連上網路,顯示網頁的瀏覽次數、貼文的按讚次數,甚至是Youtube的訂閱者數目喔!

 

小小的七段顯示器配合Maker的創意,可以產生出眾多應用,從小小的零件變成如此重要的工具呢!

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[教學文] 快說!怎樣不用Arduino也能做出電子鐘!!(計數器篇)

在前一篇文章  [教學文] 快說! [教學文] 快說!怎樣不用Arduino也能做出電子鐘!!(555 IC篇)中,我們介紹了555IC的故事及應用, 本文要帶讀者們進入下一個部分:

 

計算時脈的計數器

 

生活中最常見的計數器應該是去遊樂園玩的時候,總會有人站在門口,手裡拿著一顆黑黑的東西一直按,那便是常見的機械式計數器,每按一下計數器上的數字就會加一。而另一個常見的計數器,就在汽機車的儀表板上。若仔細觀察,儀表板下方會有一排數字,車子每前進一公里,白色部分就會一直累加,直至全部變為9999或按下歸零按鈕為止。電子電路也有相同功能的IC,那就是7490系列。

作者/攝影

CAVEDU實習生 陳俊霖

文章分類教學技術文
時間

約1hr

成本

約50元

難度**(1-10)
材料表
  • 指撥開關(4位元) *1

  • IC:74LS90*1、555*1

  • 電阻:1kΩ*1、220Ω*5

  • LED*5

  • 杜邦線或單心線

  • 10uF電容*1

  • 0.1uF電容*1

(若想購買相關材料,請洽機器人王國商城)

7490是一顆10模計數器,與其相似的IC還有7492(12模計數器)、7493(16模計數器)、74390(雙十模計數器)⋯⋯等等,他們的功能就是每接收到一個時脈訊號(CLK)便把輸出加1,直至特定模數(Mod)為止。

 

舉例而言,一開始計數器的輸出是0000(二進制),在一個時脈訊號進來後,計數器會將輸出加一,此時輸出變成0001(二進制),再加入一個時脈訊號後輸出變成0010,以此類推一直至輸出變成1001(十進制的9)時,7490會自動將計數器歸零。

 

所以,整個計數器的輸出就是:0000>0001>0010>0011>0100>0101>0110>0111>1000>1001>0000⋯⋯如此循環。

 

讀者可能納悶:明明是10模為甚麼只數到9?別忘了,還有一開始的0也要算進去呀!

圖1 74LS90外觀

 

仔細瞧圖中IC上的文字,為甚麼是「74”LS”90」,而非標題的7490?他們是一樣的嗎?

 

廣義來說,是的,他們都是7490系列的IC,功能相同,接腳也相同。

 

但若就消耗功率及速度來看,他們是不一樣的,這部分就跟積體電路的製造技術和結構有關,在此不多贅述,有興趣的讀者可以上網找TTL邏輯,以獲得更多相關知識。

 

接下來讓我們看看7490的腳位:

圖2 7490腳位圖

 

74LS90 Datasheet (TI) : Decade, Divide-by-Twelve And Binary Counters (Rev. A)

 

其中:

第14腳(CKA)和第1腳(CKB)是時脈訊號輸入,輸入時脈訊號。第4腳和第13腳(NC)是指「No Connected 」的空腳位,是允許浮接的。Vcc 與GND分別接至電源的正和負。

 

第12腳、第9腳、第8腳及第11腳(QA~QD)是資料輸出,其中QDMSB(Most Significant Bit,最高有    效位元),是權序最大的。R0(1)、R0(2)與R9(1)、R9(2)皆為控制接腳,可以運用邏輯運算控制此接腳,讓計數器運用更廣泛。

圖3 7490構造圖

 

由圖3可看到,R0(1)、R0(2)和R9(1)、R9(2)皆各別接至一個「NAND」的符號,而NAND後又接至正反器(Flip-Flop)下面的小圓點,那個小圓點相當於機械式計數器的歸零鈕,只要這個腳位處於低電位,計數器便會歸零。

 

所以我們的R0(1)、R0(2)和R9(1)、R9(2)若同時為1時,NAND輸出0,計數器就會歸零,並且重新計數。

 

這裡提供一些關於數位邏輯的參考資料給讀者,想更深入研究可以參考教育部的教育大市集 :  基礎數位邏輯。雖然數位邏輯並不是那麼容易學習,但我們CAVEDU教育團隊也提供易於學習的Boson Inventor Kit  ,讓所有有興趣的大小朋友可以了解數位邏輯的有趣之處!

 

言歸正傳,就讓我們動手做出10模計數器吧!

 

Step1:7490如圖接於麵包板上,按鈕開關上拉電阻使用1kΩ,LED 限流電阻使用220Ω。將開關和電阻的連接端連接至7490的CKA(第14腳),QA輸出端接至CKB(第1腳),R1和R9腳全接地。QA~QD串聯220Ω電阻後連接LED,方便判讀數值。

圖4 接線圖

 

圖5 電路圖

 

小提示:麵包板模擬圖上的電阻值與我們要使用的不同,圖4只是給位置參考而已,實際電路元件數值如圖5所示。

 

完成接線後,確認正負極無誤就可以通電測試嘍!

圖6 完成圖

 

每按下一次按鈕開關,LED燈就會顯示二進制的數字,從0到9之後又歸零。

 

那麼我們把上次的555電路與這次的計數IC做結合,接成如下電路:

圖7 555+7490接線圖

 

小提示:麵包板模擬圖上的電阻值與我們要使用的不同,圖7只是給位置參考而已,實際電路元件數值如圖8所示。

圖8 555+7490電路圖

 

把555的第三隻腳(OUT)接至7490的CKA,我們用555取代我們手按開關的動作,就可讓它自動計數了!

 

看著LED燈號一顆顆往前堆疊,是不是挺有趣的呢!若我們再發揮一點想像力便會發現,若迴圈執行一次相當於產生一個時脈訊號,計數器的功能好比於程式語言i=i++,每當迴圈執行一次,就將變數+1,每收到一個時脈,輸出就+1。

 

延伸挑戰:

讀者可發揮創意將555產生的時脈訊號用其他元件取代,例如改成傾斜開關,就變成計步器了 ; 若改用旋轉編碼器,就可計算轉動的次數呢;裝在存錢筒上還可以幫自己算錢呢!

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  現在是微處理器盛行的時代,許多東西皆簡化成以一顆MCU取代所有電路,但要編寫MCU需要的不僅僅是程式語言編寫能力,還要有很多基本程式觀念及門檻,以及要有一台電腦才能作業。想像一下70年代的矽谷,電腦一台要價4,700,000美金,這可不是人人負擔得起的,那麼那時的電子鐘要怎麼製作出來呢?

 

本系列專題就要帶大家不用Arduino做出電子鐘。電子鐘分成三個部分:

  1. 頻率為1Hz的時脈
  2. 計算時脈的計數器
  3. 顯示數字的七段顯示器

本篇重點在於介紹1Hz時脈的產生。

作者/攝影

CAVEDU實習生 陳俊霖

文章分類教學技術文
時間

30mins

成本

約20元

難度*
材料表
  • 麵包版X1

  • IC555  X1

  • 杜邦線或單心線

  • 剝線鉗x1

  • 電池組x1

  • 51k電阻 x1

  • 47k電阻x1

  • 10u電容x1

(若想購買相關材料,請洽機器人王國商城)

  對於沒有學過電子電路的讀者想必對555這組數字很陌生,有人說555的名字是來自於使用三顆5KΩ的電阻,所以就直接取名為555,也有人說555只是當時老闆喜好的一組數字而已。

 

  當時工程師Hans R. Camenzind花費好幾周的時間想出方法,運用簡單的電晶體與電阻,做出可任意調整周期與空占比的電路,使用時只需外加電阻與電容,便可完成相似於能夠程式化編寫的時脈產生器。雖然現今電腦普及,但我們仍可用不到10元的價格從網路取得555計時晶片,現在就讓我們看看怎麼使用這顆「經典IC」吧!

 

  555的功能主要分成三種:單穩態模式、雙穩態模式及無穩態模式。我們這次使用的是無穩態模式,這種模式用在產生方波,如同它的名稱,無穩態表示不會穩定下來,會一直震盪。至於其他的使用模式在先前文章有提過,不妨參考看看:[ 電路設計軟體Multisim Blue ] 自己來設計一個腳踏車方向燈吧!

圖1 555IC外觀

 

Step1:首先,我們拿出麵包板,並將555 IC、電阻、電容如圖連接。

圖2 麵包板電路

 

圖3 接線圖

 

小提醒:

  麵包板模擬圖上的電阻值與我們要使用的不同,圖2只是給位置參考而已,實際電路元件數值如圖3所示。

 

  在這裡跟大家補充介紹555的腳位及對應功能,以及IC腳位識別:

圖4 IC接腳辨認

 

  第一次看到IC時,請仔細觀察它的表面會有一個小圓點在IC的邊角(有的IC其中一邊有一個缺口)。那個圓點的位置,就是IC的第一隻腳(若是只有一邊有缺口的,就把缺口朝向自己的左手邊,左下的腳就是第一隻腳)。若腳位接錯會使電路無法作動,嚴重一點會使整顆IC燒壞。

圖5 555 接腳圖

第1腳(接地GND):接至電源負極

第2腳(觸發TRI):當此腳位電壓低於1/3Vcc時,會使第三隻腳(OUT)輸出高電位,且讓第7腳(DIS)對地開路。

第3腳(輸出OUT):555IC的輸出腳,受到2、4、6腳控制產生對應的輸出。

第4腳(重製RST):若此腳電壓低於0.4v時,會使第三腳(OUT)輸出為低態。

第5腳(控制 CTRL):控制晶片的閾值電壓,一般使用都接一顆0.1uF電容後接地。

第6腳(臨界 THR):當此腳位電高於2/3Vcc時,會使第三腳(OUT)輸出為低態,且讓第7腳(DIS)對地短路。

第7腳(放電 DIS):與第3腳(OUT)同步動作,第3腳輸出高態則第7腳對地開路;第3腳輸出低態第7腳對地短路。

第8腳(電源Vcc):接至電源正極

 

  以TI生產的 NC555為例,最高可接至18V電源,輸出腳可輸出200mA,使用時也要注意負載有沒有超出額定功率。而這次元件和工作模式都和上面提到的文章:[ 電路設計軟體Multisim Blue ] 自己來設計一個腳踏車方向燈吧!一樣。

 

  頻率公式 f = 

 

  我們將頻率設定成1Hz,並使用常見的電子元件得到元件數值:R1=51kΩ、R2=47kΩ、C=10μF。(由於電阻與電容的製造誤差,出來的時間無法太精準。)連接完成後接上電源,LED燈就會一秒一秒閃爍了!

圖5 成果

 

成果影片:

 

  為什麼我們在今日仍需要555 IC呢?因為,555的發明讓只想產生簡易時脈功能的Maker,不必仰賴MCU去編寫一個相似於Arduino裡的「Blink」程式,更能降低生產成本且電路也很簡單。而555的應用還不只這些,許多有關脈波的應用,例如伺服馬達(Servo motor)控制電路;以及頻率應用,例如音調產生器(Tone Generator)⋯⋯等等,讀者們還可以發揮創造力與想像力來運用555 IC。

 

延伸挑戰:

  1. 既然頻率可由公式計算出來,我們是否可把R1、R2以可變電阻取代呢?會產生甚麼變化呢?

  2. 若把可變電阻改成光敏電阻、熱敏電阻,又有什麼應用呢?

  3. 若把第3腳(OUT)連接至小型揚聲器上,會有甚麼事情發生呢?

 

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這次怡璇大大要介紹的作品,是一顆安裝在腳踏車後方的方向燈,它可以提供行徑方向,使後方來車可以清楚看見,增加行車安全!

方向燈的電路能自行改變LED排列形狀,也可以改變閃爍頻率。

這次的方向燈是透過LED閃爍以提供警示功能,正因為需要閃爍,所以我們使用555IC使讓它產生閃爍效果。

作者/攝影  陳怡璇
時間  2-3小時
成本 約200元
難度 * *
材料表說明:這是一份一邊的燈的材料,若左右兩邊都要材料就需要兩份。

  • LED*6(可以自己決定數量)
  • NE555*1
  • 電容100np*1
  • 電容10up*1
  • 1K歐姆電阻*2
  • 電路板*1
  • 電池扣(水銀電池)*2或是電池盒(1.5V*4)*1
  • 按鈕(有段)*1

 

 

首先,簡單介紹一下555 IC。

555是一顆計時器,它有三種工作模式:單穩態模式、雙穩態模式及無穩態模式。以下為三種電路的分別功能:

  1. 單穩態模式:需單次觸發,當作脈衝產生器。
  2. 雙穩態模式:具有除2、整形、記憶之正反器基本結構。
  3. 無穩態模式:不須觸發連續自動產生脈波。

 

上面的電路圖是我們這次所要接的電路,這裡簡單介紹一下電路功能:

腳2(TRI)為觸發腳,C1、R1跟R2連接至腳2形成一充電回路;腳7(DIS)放電腳,C1跟R2連接腳7放電;充電時間腳3(OUT)輸出高態(H),放電時間輸出低態(L);無穩態電路會自動重複以上動作,因此接上LED後,LED便會閃爍。

輸出高態時間公式:ln(2)*(R2+R1)*C1。

輸出低態時間公式:ln(2)*R1*C1。

由上面公式與上方的電路圖,若R1=R2,充電時間便會釋放電時間兩倍。

 

Step1:繪製電路圖

依據上方的電路圖畫好電路後,仔細確認電路是否正確,接著整理好需要的零件。

 

Step2:繪製電路板

  1. 首先打開Multisim Blue。
  2. 放置零件:

點選place,再選擇component。注意出現的database會因需要的零件不同而有所不同。

3.選擇零件:(555)

選擇master database,並在component搜尋555

因為555有很多種,每種的footprint皆不同,所以必須另外選擇footprint。選取零件,左鍵點選兩下,至ValveEdit footprint

進去後,選擇Select from Database

進入後,選擇Mouser Database,在Footprint欄位找到DIP-8,然後按下Select

接下來要調整IC腳位。

Edit Footprint介面,選擇Map pins。要注意Footprint那排的編號,選擇DIP-8的那一個,前面的數字編號可能因每次軟體重新開啟而有所不同,也要注意一下圖片的樣子。

進入以後,將Footprint那欄位的數字改為以下順序,然後按下OK。這樣555footprint便修改完畢。

3.選擇LED

選擇databasemouser database,在component搜尋C503B,然後選擇第一個。會選擇這個,是因裡面就找到這個是普通的LEDfootprint符合我們的需求,其他幾乎都是SMDLED

這次的電路需要6LED,若讀者想要多一點LED也可以自行增加,不過要注意輸出的電壓、電流是否足夠一次點亮這麼多LED

若要版面看起來乾淨一些,可以把不必要的文字關起來。

點取零件,左鍵按兩下,選擇display,將show values取消。

3.選擇電組

選擇databasemaster database,選擇resister,然後component選擇1K。這邊需要兩個電組。要注意它的footprint,不要選到no footprint

4.選擇電容(無極性)

選擇databasemouser database,在component搜尋0.01,然後選擇CAP_Film_TH_63V_Panasonic那一個,可能會有點大,但因為其它找到的都是SMD的,我們需要的是有接腳的。

這是陶瓷電容,無極性的通常都是使用這個,可參考網址:https://www.mouser.tw/productdetail/vishay-cera-mite/440ls20-r?qs=sGAEpiMZZMuMW9TJLBQkXhF%252bCvRzw5Mb7B8NEuAfSws%3D

 

5.選擇電容(有極性)

容量比較大的電容通常都會被做成電解電容,所以會有極性上的差別,焊接時要注意有沒有極性接反。選擇databasemouser database,在component搜尋10µF,250V,然後選擇第一個。與上面一樣,因為需要接腳,所以選擇這個圖,實際上並不需要這麼大的耐壓。

這個就是電解電容,可參考網址:https://www.mouser.tw/productdetail/panasonic/eeu-fs1c222lb?qs=sGAEpiMZZMvwFf0viD3Y3fHxNcSaiftwQrwpb7ohpUx3Ai0h0VqORQ%3D%3D

 

6.接地(這是方便辨識的地)

選擇databasemaster database,然後選擇POWER_SOURCES,然後選取GROUND

7電源

選擇databasemouser database,選擇Sources,選取第一個。

這邊需要兩個電源,電壓才足夠供給555供電,兩個電源皆需串聯。串聯後,正極的部分就是VCC,負極則是GND

若嫌它顯示太多不必要文字,一樣可以取消顯示。

這邊要把它的電壓改成3V,因為這裡是使用鈕扣電池,一顆3V。一樣選取零件,左鍵按兩下,然後選擇Label,把裡面文字改成3V

若沒有這樣的電池與電池扣,可以跟下面按鈕一樣,改採排針代替,然後改成使用電池盒。

 

8.按鈕

按鈕由於要另外接線出去,因此以排針代替。選擇databasemouser database,尋找到HEADER_PIN_Single_Row_TE_Connect,然後Component搜尋102972-1。這裡需要兩個排針

至此為止,所需零件就都找完、調校好了,接下來便按照電路圖接好它。

若想要左右兩邊製做在同一塊電路板上,可以把上面的電路直接再複製一個貼上,這樣在PCB拉線時就可以兩個一起擺了。

接下來就是轉成PCB。點選Transfer,然後Transfer to Ultiboard,按下Transfer to Component Evaluator。這樣就能產生PCB的檔案。

Step3:繪製PCB圖

剛開始進來的畫面會長成這樣。

1.更改版面位置。

選擇除了電池以外的零件,電池就是最大的那兩個,選擇好之後,按下右上角的Swap layer,將零件改為背面。

2.放好零件。

將所有零件擺放好。因為是方向燈,因此我把LED擺成箭頭形狀。

3.改變PAD

零件排好後,我們要先改變PAD面積,要把它的面積改大,這樣才好焊接。

注意上面單位,要先改成mm,然後點選PAD,點取RectangleLength改為2,最後按下OK

這裡一樣除了電池之外,每個都要改。

4.自動佈線

按下Ctrl+Shift+8,它就會幫你把線佈好。優點是方便快速,缺點是它會有上層和下層的線。

5把線整理好

通常自動佈線完畢後,都會進行手動整理,自動佈線會產生很多不必要的轉彎,若無法把線都改成同一面,也可以修掉不必要的轉彎即可。

6.改線寬

選取線,然後左鍵按兩下,便會跑出以下畫面。選擇General,然後Width改成0.7,最後按下OK。若是怕洗電路時線斷掉,也可以加粗一點,但線也不是愈粗愈好,而是要看電路的電流以決定。

7.最後結果

當線寬都改好後,這就是最後的完成圖,就能拿去洗電路並把成品做出來了。不過與前一步驟整理線的圖不太一樣的是,因為線寬修改過後,有可能線就會短路,若是短路就需要微調一下。

再來就是把圖片列印出來。

曝光。

曝光完成後要先顯像。

顯像完成後進行蝕刻

蝕刻完成後,電路板就大功告成了!

電路板完成後要再切割、鑽孔,然後把零件焊接上去,通通做完後便可綁在腳踏車上面,按下按鈕,LED便會開始閃爍。BlingBling!亮晶晶!

按鈕就固定在把手上。

 

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[ 課程紀錄文 ] 2017.10-12 [勵友中心創作課程]熱血講師的教育實踐 小朋友變身無懼失敗的未來Maker

【各!位!觀!眾!】

CAVEDU教育團隊愛心不落人後,兩位熱血講師前進勵友中心開設「無懼失敗工作坊」!

啊不,是為期12週的手動創作教育課程。

讓小朋友們體驗自己當Maker,探索興趣與職涯目標,最後更設計電路,自造腳踏車環台用的方向燈背心!

裡面還有幾個有小洋蔥的故事。一起來欣賞吧,歡迎給我們團隊一些鼓勵。

 

But! But!

你知道勵友中心的小朋友用什麼好用軟體設計電路嗎?

手刀快快看:[不錯用的電路設計軟體Multisim Blue]手把手安裝教學

作者/攝影趙偉伶
課程時間2017年10至12月
課程講師郭皇甫、趙偉伶
課程場地勵友中心好Young館

 

「開始做教育的那刻起,我開始認真思考教育的意義究竟為何?」

這是一門為期12週、每次1.5小時在勵友中心教導小朋友的課程。勵友中心一直以來致力於輔導邊緣、弱勢青少年,透過陪伴、輔導活動或課程,增加他們生命的豐富度,並幫助他們尋覓到生命的方向。勵友中心更近一步成立「好Young少年創意基地」,提供各種課程,使青少年能夠發掘出興趣之所在,進而發展成個人未來的職涯目標。

在開始設計教程的那一刻,我正思考在這科技日新月異的世界,對現今的學生而言,最重要的會是甚麼?我想引領他們學得解決問題、吸收新事物、創造新事物的能力,這是我賦予這門課程的意義。

因為我們傳統習慣的教育模式,甚少有自由發揮、Maker的課程,所以在設計課程時,要小朋友剛開始、一夏子進入自由創作的課程是有一定難度的。為此,我們將課程細分為四大部分,讓孩子們慢慢習慣於創作的氛圍。

 

一、網路蒐集通;

二、動手做一做;

三、動腦想一想;

四、專題實作;

 

以水果作畫 網路蒐集通一通

剛開始,我們先做了「水果衣服」這個題目。日常生活中,我們常會不經意把水果的果肉、醬油⋯⋯等東西不小心翻倒於白色衣服上。於是,我們透過將水果倒用在白色布上的方式,讓他們創作屬於自己的水果畫,之後請他們利用Google搜尋該如何將衣服上的水果清乾淨。最後小朋友們運用了許多方式,終於將白色舊衣洗乾淨了!

學生們開心地在白色舊衣上用水果做畫,也認識水果用在衣服上可能發生的效果為何。

在教授這門課時,發生了一個讓我十分意外的小插曲。班上有一個小男孩,母親好像是來自柬埔寨,所以他其實不太會使用注音,在使用Google時發生了一些狀況,中文字也未認識太多,於是我親自帶他一起念這些字。課程結束時,我們都非常高興他認識了所有水果的字與注音!

 

不要怕失敗 實際動手做一做

接下來我們讓小朋友們利用珍珠板做自己的彈珠台,讓大家習慣動手做。尚未製作前,小朋友們都會想很多,卻有點不敢動手嘗試,因為怕做錯。但是,「動手做許多時候如同人生,當你不敢去跌倒時,就無法體會更多不同事物,人生失敗很常見,多次失敗才能累積經驗,達到下一次的成功」我們如此告訴小朋友。

 

動腦想一想 實現蝙蝠俠披風

萬聖節剛好在十月最後一周,於是CAVEDU教育團隊讓大家開始發揮各自創意,發想萬聖節服裝。這次他們要從發想、列出材料、實際實作、修改。剛開始的情況相當兩極,有人非常願意創作;也有小朋友害怕失敗,覺得沒有很多材料怎麼可能做到!我一開始給他們的發想有兩個:機器人與亮燈天使。

之後,慢慢開始有小朋友,想做蝙蝠俠、Minecraft 的冰人、東京喰種的金木研、蛋蛋人⋯⋯等等。他們畫出各式各樣設計圖,第一堂課除了畫設計圖之外,還要跟我提出需要那些材料; 第二堂課大家就開始實際做出作品了。在創作過程中,或許因我設計的機器人是用紙箱創作的,所以小朋友們都很喜歡用紙箱進行創作。

有位小朋友讓我覺得十分感動。他想做蝙蝠俠披風,然而,其他想做披風的小朋友最後皆覺得披風很好像太難了,便直接以黑色塑膠袋取代。但我跟他說用布可以做出來,於是,他用了一條類似西裝的長褲,我們一起把褲管、褲襠剪開,將兩片褲管互相縫起來,就變成他想像中套頭的披風了!

孩子們一起開心地treat or trick

 

專題有實作 自造方向燈背心

最後發現,有的老師意願帶這群孩子騎腳踏車環繞台灣某些地區,所以我們開始發想,如何透過電子電路的方式,讓他們做出自己的方向燈背心。

讓第一次接觸電子電路的學生喜歡上這個領域其實不太容易,當我們還在學校當學生時,電子電路有許多艱澀的理論必須去理解。為讓他們覺得好玩,我們首先設計了兩個小專題:讓他們認識電壓、電流,串聯、並聯,焊接技巧⋯⋯等基礎的電子創作能力。

我們做了手持式電風扇與馬達手機充電,讓他們嘗試若要讓電風扇轉更快,有哪幾種方式;以及穩定的電壓對手機的重要性。

 

接著是挑戰度大增的設計電路,關於設計電路的軟體,我們使用的是Mouser與NI合作共同推出的軟體Multisim Blue。因為小朋友們多半是小三至國一的年齡,我剛開始還十分擔心他們接電路接不好,然而,每個人皆專注力十足地留心下一步是什麼。

畫好電路圖後,接著洗電路。

 

調配顯影劑

右邊用酒精將電路的感光層擦掉;左邊搖液體使液體均勻混和。

最後大家一同焊接,完成最後成品。

令我印象很深刻的是,班上有一位小男生十分有個性,但他從剛開始的有點小小叛逆,到後來最認真、做最好的卻也是他,甚至是班上焊接焊得很好的小朋友之一!最後電路繪製過程,其他小孩都是兩個兩個一組,只有他獨立完成全部任務。

 

結語

歷經這12周課程,我們由衷感謝這群小朋友,因為我們不只是帶著他們成長,同時也跟著他們成長。看著他們由剛開始不太願意或搞不清楚狀況,到會自己動手做、動手焊接,積極想完成成品的認真樣貌,真是心中滿滿地感動!衷心盼望他們能明白,只要願意動手做,也能做出很棒的東西;只要肯努力,即便出身較為貧困,也將會有成功的一天!

 

 

相關文章:

[ 課程紀錄文 ] 2017. 7.22 Maker Faire Singapore Boson Workshop @新加坡科學中心

這趟Maker Faire Singapore旅程中,Cavedu教育團隊除了逛展之外,還有一個首要任務,感謝DFrobot的邀約,讓我們能夠在Maker Faire Singapore舉辦Boson Workshop,也在短短的45分鐘讓學員們更加暸解Boson電子積木的學習。

作者/攝影 吳怡婷
課程時間2017/07/22
課程講師邱楨詒
課程場地新加坡科學中心

 

Boson是由Dfrobot最新開發出來的電子積木套件,透過一個個電子積木能夠讓孩子以及初步想要學習電子電路原理的初學者們,能夠以更加簡潔明確的方式進行學習。

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上課流程為老師先介紹了Boson的積木元件、操作應用影片以及積木元件分類,接下來就會是大家動手自己操作Boson。

Boson的積木元件分類為:黃色為input、紅色output、藍色Function、綠色Power

在分類的教學中,老師也在各分類上讓學員們自行操作使用。

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介紹完Boson的積木元件後,老師安排了從淺入深的小題目讓現場的學員們實際動手操作看看,現場的不論是大人小孩都非常認真的操作呢!

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我們最後分享了一棟樂高小屋結合Boson的小專題,分享給現場學員操作,藉由這個專題分享也希望讓大家可以對Boson激出更多創作的可能性,果然樂高一出馬小朋友們立刻蜂擁來體驗呢,果然樂高的魅力無國界啊~

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最後如果您對Boson想要更加的認識的話,歡迎參考看看另一篇文章-

[ 起步學習電子實作新選擇 ] 模組化電子積木BOSON開箱

 

相關文章:

 

[電路設計軟體Multisim Blue]電路繪製-基本LED電路篇

作者/攝影  偉和
時間  20min
成本NT.15
難度  * * *
材料表
  • 單面電路板
  • 220歐姆*1
  • 3mmLED*1

安裝完畢後,執行Multisim Blue。開啟後就會看到下面的畫面,中間空白的區域就是我們放元件的位置喔!

在剛開始學習繪製電路前,我們會有個目標電路圖,無論是自行設計的或者是別人提供的,我們要將這些電路圖轉繪製到Multisim Blue上。

下圖為這次的目標,上面一長一短的圖示為電池(電源),左下角箭頭圖案的為LED(發光二極體),最後右下角的是電阻。

 

 

知道要畫什麼圖後我們就要開始新增元件將電路圖畫出來。

 

1. 新增元件:點擊上方的Place→Component(或者Ctrl+W)

 

 

2. 點擊後,就會出現

3. 點選Group選擇Diodes:我們要先拉出LED元件

4. 點選LED→選擇LED_blue(可選擇自行想要的顏色)→點選OK

5. 在元件放置區找空白處點擊左鍵放下元件,按下Close關閉新增元件視窗

6. Ctrl+R旋轉LED元件直到如下圖

7.新增元件(參考步驟1、2)點選Basic

8. 選擇Resistor→在上方輸入200→點選200→Package選擇「IPC-2221A/2222/RES1300-700X250」:Package是選擇哪種詳細元件,電阻的外觀、特性、尺寸百百總,透過這個就能明確指出要哪個電阻

9.左鍵點擊led最右邊

 

 

10. 拉到電阻左端再左鍵點擊一次就會相接起來了

 

 

11.接著新增Vcc(正極電源),Source→POWER_SOURCES→VCC,點擊OK,放置「元件放置區」的空白處

 

12.再來新增GND(電源負極/接地),Source→POWER_SOURCES→Ground,點選OK,放置「元件放置區」的空白處

13. 如下圖將VCC、GND與LED、電阻相接

到這邊還不算完整,VCC以及GND是屬於虛擬元件,相較於LED、電阻有選擇Package,VCC、GND這二元件卻沒得選擇,我們接下來要選擇電源接頭讓VCC、GND實體化。

 

14. 新增元件→Connectors

15.HEADERS_TEST→HDR1X2,按下OK

16.將HDR接腳分別將上VCC與GND(參考11、12)

17.設計完畢後,接下來要將電路圖轉成PCB:

Transfer→Transfer to Ultiboard→Transfer to Ultiboard 14.0

18.存檔

19.按下OK

你就會看到Ultiboard介面了

20. 框選元件

21.挪到原點(左下角、白色十字)附近、黃色框線內

22.將元件旋轉(Ctrl+R旋轉)並排列整齊

23.在右上方快捷欄內按下閃電符號快速佈線

24.佈線完畢後,由於線位於板子的上方,習慣上會將焊接面置於背面,所以我們選擇線

25.按下翻轉紐

26.這樣佈線就完成了!

27. 接著我們要將外板線縮小置我們要的大小,點擊左側PCB→Board Outline 2下

28. 點選外板線,並縮放至符合元件的範圍

29.完成

30.點選3D瀏覽可以觀看3D圖喔~

3D圖

31. 若要匯出給CNC、電路雕刻機等機械使用,File→Export

32.依照設備的需求設定並匯出Grbl檔就可以將電路板做出來了喔!

 

相關文章:

[不錯用的電路設計軟體Multisim Blue]手把手安裝教學

技術行銷部門副總裁 Kevin Hess 表示:「Mouser 非常榮幸能與NI合作,為工程師帶來這款全新的先進設計工具……透過 MultiSIM BLUE,兩大業者 Mouser 與 NI 攜手,創造簡單易用的的 PCB 至 BOM 整合式電路模擬平台,並為此打下基礎。」

知道Multisim Blue的優勢後,我們緊接著來安裝它吧!

作者/攝影  偉和
時間  2小時(視網路速度而定)
成本 軟體安裝免費
難度 * *
材料表
  • 電腦(Windows系統)


1.前往官網(http://www.mouser.tw/multisimblue/)往下找到「Download Lastest Version」點擊

2.填寫National Instruments(以下簡稱NI)表單,在前一篇有提到Multisim BlueMouserNI合作共同推出的軟體,然後Multisim Blue存放在NI的空間中,所以我們需要填寫表單才能進入下載區

3.點擊「Download MultiSIM BLUE 14.0 (615MB)」鈕開始下載「下載軟體」

4.下載完畢後執行軟體,這才開始下載Multisim Blue,此步驟約花20分左右(視網路速度而定)

5.下載完畢後點擊「Open

6.點擊「確定」,這對話框表示說會解壓縮檔案並且會存放在硬碟中,你可以在安裝完畢後將此資料夾刪除

7.點選「Unzip」解壓縮

8.解壓縮完畢後,點選「Install NI Multisim Component Evaluator 14.0」

9.點選「Next」,這是選擇安裝路徑,建議使用預設路徑就好

10.點選「Next」

11.等待安裝

12.安裝完畢,點選「Next」

13.點選後會自動開啟Multisim Blue Launcher

14.點選左下角的「Download Parts」

15.等待下載完畢

16.下載完後點選右上方的「Launch Multisim」即可看到Multisim Blue的環境了~

 

[新譯書] 電路板設計快速上手:從EAGLE™開始學設計原理到電路板實作

實用電路板設計教學書(翻譯)在月底要出版囉,除了DesignSpark PCB之外,EAGLE這套老牌的電路板設計軟體(本書使用免費版) 也是非常實用的。從發光小玩意到 Arduino 擴充板都不是問題喔!

  • 書名:電路板設計快速上手:從EAGLE™開始學設計原理到電路板實作 (Make Your Own PCBs with EAGLE™ : From Schematic Designs to Finished Boards)
  • 作者: 西蒙‧孟克 Simon Monk
  • 譯者:CAVEDU教育團隊
  • 出版社:馥林文化
  • 出版日期:2016/11/22

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Grove感測器轉接EV3/NXT模組:燈光閃爍

一個機器人或自動化系統的豐富性就在於可運用的週邊數量與種類。樂高EV3系列除了樂高原廠所推出的數種感測器之外,還可以轉接其他公司所生產的感測器,例如HiTechnic 與 MindSensors。另一方面,Seeed Stduio 原本用於 Arduino 平台的Grove感測器系列中,有許多EV3沒有的感測器,搭配Mindsensor 公司所推出的Grove感測器轉接EV3/NXT模組,就能讓EV3控制LED燈、紫外線感測器、光敏感測器等眾多感應器,大大增加了EV3專題的變化性,並且降低了Grove感應器的使用門檻。當然,您需要將 Mindsensor 的 Grove adapter block 匯入EV3軟體中,請參考本文說明即可。

目前EV3可透過轉接模組使用的 Grove 模組如下(我們都有賣,歡迎洽詢喔):

  • 數位式光感測器
  • 光感測器
  • 氣壓感測器
  • 氣體感測器
  • 溫度感測器
  • 紅外線接收器/發射器
  • 繼電器
  • 按鈕
  • 開關
  • XY搖桿
  • 水位感測器 
  • 酒精感測器
  • 電力感測器
  • 聲音感測器
  • 濕度感測器
  • PH 酸鹼值感測器
  • UV 紫外線感測器

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註:Grove是 Seeed Studio公司所生產週邊之專用 4 pin 接頭

延伸閱讀:

如何匯入其它指令模組到EV3環境

機器人王國商城購買Grove Adapter for NXT/EV3連結

[youtube=”https://www.youtube.com/watch?v=g33aGs73BfE”]

感測器接法相當直覺,轉接模組一頭接上EV3訊號線,一頭接Grove感應器訊號線即可使用。

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網站向下滑,點選EV3 Block下載,如果需官方提供的範例檔可以點選旁邊的EV3 Sample

3

下載之後打開EV3,選擇 Tool > Block import > Browse > 選擇剛剛下載的EV3 Block > import,完成後重新開啟EV3軟體即可。

2

重新開啟後即可以在黃色感應器類別中的最右邊發現GroveSensorAdapter的指令方塊

4

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[開箱文]Lattepanda 拿鐵熊貓 – 可跑完整版 Windows 10 與 Ubuntu 的單板電腦

前幾天發了這篇 [DFrobot Lattepanda – 可執行完整 Windows 8 /10 與 Ubuntu 的單板電腦 ],很多人都和我一樣好奇:它真的能用 Windows 10開機嗎?別急別急,先來看看一包拿鐵熊貓裡面究竟有什麼吧

感謝 DFRobot 以非常快的速度就寄給我們一套完整的 lattepanda 與感測器包 (還有 Genuino 101 的 starter kir,後續再專文介紹)

lattepanda盒裝,黑色底黃色線條,我喜歡的配色

拿鐵胖達_5639

打開來,裡面相關的線材都給了還有專用的7″ IPS螢幕 (觸碰要另外加$$)。好豪華啊

拿鐵胖達_3892

以下是 sensor 包裡面的列表:

拿鐵胖達_221

Gravity: Starter Sensor Set for LattePanda

拿鐵胖達_3599 拿鐵胖達_279

 

[穿戴式裝置製作] 導電縫線

哈囉!各位好~這次要與大家介紹的有趣物件是導電縫線!
說到電路,不知道諸位對於電路有著什麼樣的想像? 由於C小編曾經在服裝設計系待過兩年,所以對於能夠穿戴的電子裝置特別感興趣~
究竟這塊擁有鮮豔紫色的開發版到底有什麼特別的呢,且讓我們來認識一下 😀

Lilypad Arduino可穿戴的電子紡織科技是由曾是MIT Media Lab Leah Buechley 教授與SparkFun團隊所開發設計的。
◊註:Leah Buechley是一個設計師、工程師也是個教育家,致力研究於介於電子織品與紙上電路。

Lilypad Arduino的特點在於:

  • 可水洗
  • 有多種輸出、輸入、電源
  • 板子上設計有很大的連接點可以縫在衣服上(讓針線可以穿過去更加易於用在穿戴式的專案噢)

材料如下圖:
工具介紹

  • 鱷魚夾->在縫線之前,用來測試電路
  • lilypad 水銀電池供應盒->無開關裝置
  • 水銀電池->國際通用規格CR2032
  • lilypad LED->這次用的是紅色與白色,還有很多顏色呦
  • 導電縫線->規格為兩股
  • 手縫針->建議針孔要選大一點
  • 導電縫線:這次使用的是兩股,市面上還有三股等不同規格,有興趣的朋友可以上sparkfun來查詢詳細資料

https://www.sparkfun.com/products/retired/10118

導電縫線

  • Lilypad水銀電池盒,有兩種不同歸格,另外一種電池盒有附開關。至於水銀電池是國際通用規格,在各大雜貨鋪都可以買得到囉 https://www.sparkfun.com/products/10730

材料-電池盒

  • ~lilypad LED本次選用的是單色led,如果想要調控RGB色彩的話,也有 lilypad pixel 可以選用喔

本次用的led

本篇重點在於導電縫線的介紹,於是選擇了最簡單的測試方法。連接方式很簡單,就是將電池盒的正負極與LED的正負極相連,再放入鋰電池,就能通電! 

先用鱷魚夾測試說明

IMG_3513

由於導電縫線明顯比一般手縫線粗上很多,線頭很亂,所以建議手縫針可以選擇大一點的穿孔,
才會比較方便操作呦。

先穿線 有很多岔口不好穿

開始縫製啦!

導電縫線穿好線

先從led的負極開始縫製電路,就這樣一路縫成一條

開始

再接上電池盒的負極,創造一條完整的電路。縫完一邊之後,為了必免錯誤,可以不時用鱷魚夾測試看看噢~

導電縫線雖然是軟電路,適合用於穿戴,但相對的穩定性不如硬式電路來得高,所以在製作的時候,不要怕麻煩,耐心的用鱷魚夾與電錶量一量每條縫好的電路是否都暢通!不然浪費了不便宜的導電縫線實在是件很可惜的事情啊 QwQ

記得操作期間要量電錶

確認沒有問題之後,接這就是將另外一邊的電路也跟著縫上,形成一個完整的通電路線!

當C編在縫製的時候,覺得線很容易跟布料摩擦,Q起來,或是有扭曲的現象,

所以我會建議在選底布的時候,可以選結構比較強韌的材質進行操錯,比較不容易變形~
如果非得用比較軟或是滑溜綢緞的布料,可能就得在加燙個底襯來增加布的穩定度了!

接著換另外一邊

    如圖,左邊電路是單線,右邊是雙線。我個人覺得雙線真的比較保險,雖然使用單線的網路專題也不少,不過實際操作起來的時候單線不能乖乖服貼在布料表面之上,很容易勾到其他物件,甚至是毛掉、不小心拉扯到…

此外有個膚淺的理由就是雙線的曲度看起來真的比較美觀,能給專案加上很多分。沒錯,Lilypad系列就是個藝術品呀

單線與雙線縫差別

放入電池後,就可以點亮Led燈啦!

封面

由於一拿到縫線,我就手癢想要縫縫看,就隨手縫上自己的鉛筆袋了… 真希望在未來能夠好好的將縫線運用在ㄧ個完整的作品之上 🙄

另外另外~
C小編這裡po幾個相關網站,有興趣的朋友們都可點進去看看,更加的了解Lilypad!

  1. SparkFun Lilypad產品頁面:https://www.sparkfun.com/categories/135
    當然台灣很多拍賣網站也有零售各樣零件,就請各位自行挖寶了
  2. Lilypad官方教學網站:http://lilypadarduino.org/

裡面有些簡易專案,可以跟著操作看看

 

DesignSpark 新軟體 Electrical – 電子領域的 CAD 軟體

DesignSpark 推出新軟體了:Electrical,這是一套新款、免費,針對希望節省設計時間並降低錯誤的專業工程人員所量身訂做的電子 CAD 軟體解決方案。有了 DesignSpark Electrical,您也能免費取得企業級的 CAD 功能服務。

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dselectrical

主要功能

您可運用本軟體來搞定麻煩的 2D 軟體以及多重程式工作環境:

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  • 超完整的零件庫,光是來自施耐德電機 (Schneider Electric) 就高達八萬種。

Seeed Studio 募資中:開放原始碼手機 rephone,募資 12美金起

Seeed Studio 募資中:開放原始碼手機  Rephone 套件包,號稱是世界第一支開放原始碼與模組化的行動電話,還有 Lua、Javascript 與 Arduino 相關的開發套件已經準備好。KickStarter 上現在募資中,12美金可以拿到 GSM 與 BLE 模組,39美金以上才能拿到完整的 rephone kit Create開發套件 (39 美金  = 1200 NTD,不貴哩)。如果願意贊助 $5000 美金的話,就可以在您的國家舉辦 rephone 的黑客松,

rephone 這兩個月在台灣辦過兩場的見面會,報名可說是秒殺啊,之後請大家多多關注相關的消息囉

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RePhone 是由三個元件所組成:RePhone 核心模組 GSM + BLE(低功耗藍牙)RePhone 核心模組 3G 與 RePhone kit Create.

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先來看影片

 

另外也有擴充包,使用 Seeed Studio 新的 Xadow 系列,主板是一片名為 Xadow Duino 的開發板,看到 XX duino 應該可以安心一點,與 Arduino 周邊的相容性應該是 OK,與 Seeed 自家的 Xadow 接頭周邊那就更沒問題囉

有 1.54吋的觸碰螢幕,GSM模組(不然哪叫電話呢?)、GPS、NFC、音效模組(收發語音)相關感測器與 520 mAh 的電池

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模組間連線的概念大概是這樣,模組與主板之間是用 FPC 排線連接,模組上也可焊接也能接麵包板

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厚紙板 外殼已經準備好了,當然要做更堅固一點的就用雷切吧

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五顏六色的外殼,看了就挺開心

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可以做成寵物的項圈,好像更適合做穿戴式

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有開發套件的好處不用我說,就是可以做一些簡單的判斷,您不把 rephone 當成電話也可以,至少是一個可以發送簡訊的裝置。

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Seeed 表示 rephone 相容於 Arduino 與 pebble 智慧手錶

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150919 CAVEDU Day 現場有電路板體驗活動

下週六就是 CAVEDU Day囉,針對近來愈來愈多朋友詢問如何自行製作電路板,以便讓專案更小更貼近個人需求(Arduino UNO有時候還是大了點)。因此在 9/19 活動現場我們有舉辦了兩梯 PCB 電路板製作體驗活動,會有專業講師協助您理解原理並操作相關設備,最後可以帶一片小小電路板當作紀念品帶回家喔。

網路報名請點我,並在 “是否要報名現場的PCB電路製作體驗活動” 這個問題勾選”我要參加”就完成報名,期待您大駕光臨。

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請提前10分鐘報到,未到者視同棄權。活動開始前10分鐘開放現場報名

第一梯 13:30~14:30 /  第二梯 1500~1600

流程

原理介紹與安全措施 10 min

繪製底圖 10 min

曝光 10 min

顯影 10 min

蝕刻 10 min

相關教學

使用 DesignSpark PCB 自行設計電路板