迷你百葉窗調整器

九月 6, 2014
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有時陽光是我的好朋友,在冬天溫暖了房間;有時卻又與我為敵,在大熱天還變本加厲加把屋子的溫度升高。看來不管我怎麼調整我家的百葉窗,回到家裡不是悶熱無比就是寒氣逼人。

所以我製作了這個迷你百葉窗調整器,可以自動開關百葉窗。它是由Arduino微控制器來控制,設有溫度感測器,伺服機會依房間的溫度來運作:如果溫度太低就會把百葉窗的葉片打開,太熱時就會關起來。它還有一個可以透過按按鍵來設定的溫度調節器。

製作時,你需要焊接一片特製的Arduino擴充板──一片有針腳可以裝到Arduino上的電路板──然後用我編寫的兩個簡單的測試程式來校正伺服機,再將所有零件整齊地裝進一個RadioShack專題製作專用盒裡。焊接工程只有中等程度,製作起來相當簡單,只需費時一個週末。

將迷你百葉窗調整器的程式碼上傳到Arduino後,先計算一下你的百葉窗控制棒要轉幾次才能把百葉窗關起來,然後調整電路板上的微調電位器,讓下鍵可以連動伺服機轉出正確的轉數來關閉百葉窗。

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材料

工具

  • 焊鐵和焊材 RadioShack #64-2055和 #64-009
  • 烙鐵頭 #64-053
  • 剪線鉗/剝線鉗  RadioShack #64-083
  • 電鑽/各式鑽頭 RadioShack #64-158
  • 螺絲起子
  • 手磨機/U型鋸 RadioShack #64-152
  • 尖嘴鉗 RadioShack #64-063
  • 熱熔膠槍和熱熔膠
  • 紙膠帶
  • 奇異筆
  • 美工刀
  • 安裝好Arduino IDE的電腦,可在arduino.cc免費下載


第一步:準備專用盒

  • 注意:這些規格只適合我列的零件。如果你的零件不一樣,切割以前請先確認尺寸。
  • 在專用盒的小底面,切割一個長方形的洞口,待會要放伺服機。因為沒有多餘空間,請務必切割在正中央。螺絲釘可能要裁掉一些,伺服機才放得下去。
  • 鑽好四個1/16″ 螺絲釘導孔,可以用來固定伺服機(螺絲釘先別急著裝)
  • 在另一個小底面,分別為電源接頭和溫度感測器,各鑽一個5/16″和1/4″的導孔。
  • 最後在蓋子上,為「手動開關」鑽一個3/4″ 的導孔,為「上下按鈕」鑽兩個 5/16″的導孔,也為RGB LED鑽一個 7/32″的導孔。

第二步:為專用盒以外的零件裝上電線

  • 剪好六條長度6″的電線,尾端1/4″剝掉外皮。
  • 把電線焊到LED燈、手動開關、溫度感測器的引腳。
  • 把電線焊到電源接頭的中心銷和邊緣銷。
  • 在焊接處加上熱縮管

第三步:製作擴充板

  • 裁好20孔x 15孔的洞洞板,剛好可以放進專用盒,建議先確認大小,再來進行下一步。
  • 裁好排針,5針一組、4針一組,2針兩組,最後應該還剩下3針一組。
  • 用鉗子推動排針,直到和隔離柱齊平。這樣排針才會夠長,牢牢插入Arduino電路板。

第四步:製作擴充板(續前)

  • 把排針焊到洞洞板的底部
  • 5針一組的排針,連接到數位接頭3-7
  • 4針一組的排針,連接到Vin、GND、GND和5V
  • 2針一組的排針,連接到A0和A1
  • 其餘2針一組的排針,連接到數位接頭8和9。鉗子把導針弄得微彎,以迎合Arduino電路版那一面尷尬的行距。

第五步:焊接擴充板

  • Arduino擴充板的電路圖
  • 把下列零件焊接到擴充板,並連接到正確的排針

  1. 10K微調電位器。偶數腳連接到A1,其餘兩支連接到+5和GND
  2. 100Ω 電阻三個。分別連接到數位接頭3、5、6。
  3. 10K電阻三個。一端連到接地,另一端靠近(並非連接)數位接頭4、7、8。
  4. 3針一組的排針用在伺服機上,中間的排針連接到數位接頭9,其餘兩根導針連接到GND和5V。標示哪一根是接地,伺服機會比較方便安裝。

第六步:校正伺服機

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  • 把擴充板安裝在Arduino電路板上,連到伺服機。所有東西都要方向正確,否則會燒壞伺服機或Arduino電路板。
  • 以USB傳輸線連接Arduino電路板和電腦。
  • 這裡下載迷你百葉窗調整器程式的壓縮檔(mini_blind_minder.ino ),解壓縮以後,在Arduino IDE程式打開檔案(這裡指導大家如何設定Arduino IDE,以及連接你的Arduino電路板)。
  • 把 calibrate_servo.ino上傳到Arduino
  • 調整伺服機那一邊的螺絲,直到伺服機固定不動,動作儘量輕柔。
  • 為了測試伺服機,把 test_servo.ino 上傳到Arduino。伺服機應該可以順時針或逆時針擺動,改變方向的話,可能稍微停擺一秒鐘。如果沒有這樣,請再度確認你的接點,並校正伺服機。

第七步:安裝專用盒內的零件

  • mini_blind_minder.ino 安裝到Arduino
  • 切斷擴充板和Arduino的連結,切斷伺服機和擴充版的連結
  • 以4根自攻螺絲,連結伺服機和專用盒
  • 以螺釘固定手動開關和電源插頭
  • 以少量熱熔膠黏好LED發光體
  • 以熱熔膠黏好溫度感測器。記得超出專用盒底部一點,以便準確測量室內溫度(專用盒內有電子儀器,溫度往往比較高)。

第八步:把零件安裝到擴充板,並加以測試

  • 焊接手動開關的引腳。每個開關都要有一個引腳連接到5V,其餘引腳如下:
  1. 手動開關居中連接接頭4和10K Ω 電阻
  2. 上按鈕居中連接接頭7和10K Ω 電阻
  3. 下按鈕居中連接接頭8和10K Ω 電阻
  • 2. 焊接LED發光體引腳。從LED平坦的一側開始,依序焊接下列接頭:
  1. RED,連接到接頭三100K Ω 電阻的另一側
  2. Anode(最長的接頭)連接到5V
  3. Blue,連接到接頭六100K Ω 電阻的另一側
  4. Green,連接到接頭五100K Ω 電阻的另一側
  • 焊接電源接頭。中央接頭連接到Vin,外部接頭連接到GND
  • 焊接溫度感測器。從前面(你面前平坦的一側)開始,由左至右:

  1. +5V,連接到擴充板的5V
  2. Analog,連接到擴充板的A0
  3. Ground,連接到擴充板的GND

第九步:把零件安裝到擴充板,並加以測試(續)

  • 利用熱熔膠把Arduino電路板黏在專用盒底部
  • 重新連接伺服機,並黏好擴充板和Arduino。接著通電,一兩秒後燈泡就會亮起。3. 按照步驟十一,測試你的迷你百葉窗調整器,如果一切正常,就可以繼續安裝。

第十步:安裝和校準

  • 放下百葉窗廉,把葉片打開
  • 計算你的百葉窗控制棒要轉幾次才能把百葉窗關起來 
  • 接著通電,設為手動模式
  • 透過上下按鈕,來調整10K微調電位器,電位器居中時,伺服機不會轉動。隨著電位計不斷偏離,伺服機轉動得愈久。當伺服機順時針轉動,葉片就會順時針打開。當伺服機逆時針轉動,葉片就會逆時針打開。請持續調整電位器,直到你按下就會朝著正確方向旋轉,旋轉正確的圈數,最後闔上你的百葉窗。
  • 利用兩根木釘,把專用盒固定在窗框上,記得放在窗戶的邊緣。專用盒垂直擺放,這樣你的百葉窗調整棒,就會剛好落在伺服機旋轉臂的輻條之間,而不會撞到伺服機頂部。你也可以利用泡綿雙面膠帶固定,暫時完成簡易安裝。
  • 黏上專用盒的蓋子
  • 闔上百葉窗和葉片。按下關閉伺服機,LED閃爍就是成功關閉。
  • 橡皮筋套住1/4″ 旋轉環,並剪掉多餘的部分。
  • 製作簡易的滑動離合器,以橡皮筋纏繞百葉窗控制棒以及伺服機臂的兩根輻條,以免出了問題後,伺服機可能傷害到其他東西。

第十一步:可以使用囉!

  • 當手動開關打開了,LED發出白光,你可以按鈕開關百葉窗。按下關閉,按上開啟,LED燈閃爍代表著百葉窗已經開啟或關閉。
  • 當手動開關關閉了,迷你百葉窗調整器切換為自動模式,完全依照室內溫度,來開啓或關閉百葉窗。從LED的顏色可以看出,目前溫度和設定溫度之間的關係:綠燈表示室溫等於設定溫度,紅燈是高於設定溫度,藍燈則是低於設定溫度。按上調高設定溫度,按下就是調降。按一次調整一度,我們可以在攝氏10度至30度之間調整。
  • 調整設定溫度後,迷你百葉窗調整器可能要幾秒鐘時間,才會開啟或關閉百葉窗。
  • 電源關閉以後,迷你百葉窗調整器還會自動記住設定溫度,以及百葉窗的狀態。

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史帝夫荷弗(Steve Hoefer)
是《Make》赫赫有名的敲敲糖果販賣機、堅不可摧的LED提燈,以及許多其他專題的發明人,同時也是Make: Inventions系列影片的主持人。

[原文]



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