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[ 電路設計軟體Multisim Blue ] 自己來設計一個腳踏車方向燈吧!

大家還記得之前在勵友中心的課程嗎?故事要從那裡說起……

原來,勵友中心的小朋友們為了要騎自行車環島,便自己製作出了方向燈背心,但CAVEDU教育團隊仔細想想,ㄟ ,這樣去環島可能還不夠安全,大概還需要在自行車上安裝一些方向燈,於是這篇教學文便熱騰騰出爐啦!!

有興趣厲友課程的朋友歡迎點選文章:【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

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!

 

 

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