[公告] 內容變更預告

因應Arduino Software 0017已大幅修正Example內的範例程式

未來新版的教學內容，將開始修正，採用新版之範例檔案路徑

但原2009交大教學課程之範例路徑將維持不變（即範例程式標有File > Sketchbooks > Example > ... 之類的路徑），程將保持為更新前的範例路徑，未來會於原教學課程標明新版之對應檔案。

邁向互動達人的第五堂課. 大雜匯

Melody

學了那麼多，來讓Arduino發個聲



程式檔：make_sound.pde









#Make a Light Theremin

Theremin demonstration
by 103clips

利用光敏來做個Theremin的小雛形

程式檔：Theremin.pde







那怎麼讓它能夠發出節奏或音階勒？再來個小練習

程式檔：PlayMelody.pde

---

不小心答應要教的東西：LED Matrix

這個案例請有心理準備，接線有點繁複
我們使用5x7的LED矩陣，這顆LED矩陣是5pin負，7pin正

可以看到，這種市售的LED的pin腳都比較雜亂，不像我們之前用的LED單純就只分兩邊
所以開始我們的接線地獄：



接好後，我們用個小程式來測試測試，看看接的有沒有問題，這個程式會依序一個一個亮燈
程式檔：LEDmatrix_test.pde










那怎麼像我們之前一樣可以顯示圖形勒？

我們回過頭來講一下LED矩陣的概念，我們透過一個正pin接一個負pin可以精準地讓一個點亮燈，然而，若同時用一個正pin五個負pin，會發生什麼是勒？試試看



接下來，讓我們來實作小"紅"人！！
程式檔：LEDmatrix_5x7.pde

邁向互動達人的第四堂課. Motor

Motors

在我們生活的周遭，馬達的應用可說是無所不在：
震動：PS2手把. 手機. 按摩器.
轉動：鐵捲門. 歐拖拜. 電風扇
生電：發電機

#DC motor

DC馬達的接法其實很簡單，就是知道吃多少電，然後把電池接上去就會轉，而反接就反轉



然而，這樣的話我們就不用在這裡教了，當然要用Arduino去控制，還需要多做些什麼...
大家可以先試試看，直接用Arduino的Digital out去控制馬達，看看會發生什麼事？


程式檔：director_motor.pde


當然，我們使用小馬達時，這樣做是沒什麼問題（但有時馬達會把Arduino的電給吃了），但若我們開始要控制更大的馬達，例如9V或12V，甚至更大顆的，就不可能直接用arduino提供電力，因為Arduino最多也只能提供5V的電力，我們該怎麼做勒？










我們需要用電晶體來幫助我們做更多事情...

這裡使用NPN型TIP120這顆電晶體，電晶體的三隻腳分基極(base).集極(collector).射極(emitter)，電晶體最常被拿來做電路控制的開關使用，可以看到電路是由集極->射極，平常是斷路的，而經由基極給的訊號來決定開關，LOW就斷路，HIGH就開通，就是這麼簡單。











這樣就可以應用在電路上作為使用
左邊的是小電流電路（即Arduino自我供電用），而右邊的則是大電流電路使用（即需外部供電的馬達所使用的電路）



然而，之前也講過，馬達是可以被當來做發電使用，將轉動的能量透過磁力轉化成電力，越大的馬達在轉動時，越有可能產生電能，會有電流逆流的問題產生，使得我們的控制電路會有短路的可能，所以我們得加上個二極體，讓有可能產生的電力回去給馬達使用。

---

# 中場練習

利用可變電阻，用Arduino讀取變動值，來控制馬達轉動



更進一步，可以用Serial port來控制
程式檔：SerialMotorSpeed.pde




來看看用馬達做的小東西：

---

#Sevor motor

伺服馬達跟DC馬達比較不同，DC馬達是供電就不停地轉動，而伺服馬達是透過PWM訊號供給的時間長短來決定，而伺服馬達有分兩種：
(1) 360度不停轉的，會依照PWM時間長短，決定轉動快慢與轉動方向
(2) 定角度的，會依照PWM時間長短，在0~180度角間，精準地控制要擺到那個角度


這裡我們用定角度的，來簡單說明原理：

可以看見，根據你送的時間就可以決定你要轉到那個地方，而這就是伺服馬達誘人的地方，不需太多額外的機構，可以輕鬆處理你想做的效果。

[接線]
喔，這裡得提一下，坊間買得到的伺服馬達會有兩種顏色配對的接線：
(紅.黑.白)～ 對應 V+. GND . 訊號pin
(紅.棕.橘)～ 對應 V+. GND . 訊號pin

理解了，我們就可以來運用一下，把V+.GND先接上，訊號pin接到Arduino pin 9
程式檔：File > Sketchbooks > Example > Library-Servo > Sweep

這個範例的控制細節，Servo.h這個Library都幫你把麻煩的部份處理好了，只需作事先呼叫Servo類別的變數，例如myservo，再attach(pin)指定用那個pin（注意，這個lib只供給9跟10兩個PWM輸出pin的使用），然後作myservo.write(角度)，就可以控制啦。

然而，我們課堂使用的servo馬達，這顆GWServo S35/STD 的360度轉的，會有部分電流逆衝的問題，需要增加一顆二極體於pin9->訊號pin之間，讓電流只能由單向通過，來減少板子因逆衝而暫停的可能。

---

在學習完基本的馬達控制後，可以到flying-pig的網站裡（首頁右下角有個Mechanisms的連結，或直接點上面圖片link過去），裡面整理了各種機構設計的基本觀念，可以用在你的裝置實作上面。

邁向互動達人的第三堂課. Communication

之前的課程都是僅僅透過Arduino與電路做操作，今天我們要開始嘗試把Arduino跟電腦連起來，把電腦當做Arduino的擴充裝備，可以做更多的應用。

Arduino v.s. Computer

#ex1. Arduino ➝ Computer

程式檔：ardrino2computer.pde

我們可以先用Arduino Software提供的Serial Monitor來先測試Arduino板子端是否運作正確。

語法～ Serial.begin(speed) Serial.println(val)

#How about Processing?

那我們現在試著用Processing來串串看Arduino，先試著下面這個最簡單的processing範例～
程式檔： 「Processing」SimpleRead.pde

---

p.s. 在Arduino中的print指令送到其他介面時，需要注意一下~
print:
Prints data to the serial port.
單純的你寫什麼就送什麼...

println:
Prints a data to the serial port, followed by a carriage return character(ASCII 13, or '\r') and a newline character (ASCII 10, or '\n'). This command takes the same forms as Serial.print().
就是在你要送出的資料(字串或數字)後，自動再加上ASCII 13(return)與10(換行)。

所以隨之就有該注意的地方產生，若在接收端的處理是必須有個結束字元時，就得注意該用哪種方法。

---

#ex2. Computer ➝ Arduino
接下來，我們來嘗試由電腦端來控制Arduino做事情

程式檔：computer2arduino.pde

語法～ Serial.available() Serial.read()

先試試由Arduino Software的Serial Monitor中，直接輸入H/L，來控制看看

#How about Processing?

再試著用Processing來串串看Arduino，先試著下面這個最簡單的processing範例～
程式檔： 「Processing」Control_LED.pde

---

#中場練習
問題來啦！！ 試著用電腦來控制三個LED燈，可以做到 全亮.1號燈.2號燈.3號燈.全暗，讓自己學會掌握硬體端的電路跟接收程式，以及軟體端的控制程式

---
參考解答範例
程式檔：
「Arduino 端」Serial_3LED.pde ｜ 「Processing 端」Control_3LED.pde
提供的Processing範例是利用滑鼠由左到右，控制「無」.「1」.「2」.「3」.「全亮」

[小提醒] Serial 訊號最好要隔一段時間送，別讓他瘋狂傳送，不然有時會錯亂...

邁向互動達人的第二堂課. Sensing

上次我們講解了如何利用Arduino輸出，來控制LED的亮暗，做些資訊的顯示，但僅僅只能單向地做操作，怎麼去告訴Arduino什麼時候要做不一樣的動作？

各式各樣的sensor可以幫助我們取得環境周遭的資訊，轉換成訊號來送給Arduino知道

Digital In

#ex1. Button

然而，一定要記得使用開關時，在線路中一定要加上電阻，防止短路。


程式檔：Arduino Software的File > Sketchbooks > Example > Digital > Button

可以看見，按下按鈕LED會亮，而放開則不亮

語法～ pinMode(inputPin, INPUT)
digitalRead(pin)

---

#ex2. Debounce

程式檔：Arduino Software的File > Sketchbooks > Example > Digital > Debounce

語法～ millis()

在ex1中，會發現有時候按鈕按下時會不精準，那是因為在那短短的時間內，因為手按不穩或電路雜訊，會形同快速的ON/OFF.ON/OFF，會影響到我們對按下次數的判斷，故最好讓按鈕暫時的失效，在ex2中，我們除了排除這樣的問題，更進一步讓按鈕按一次亮燈，下次按熄燈。

millis()的使用在未來相當重要的，一定要搞懂。另外請記得，暫存time的變數型態，若太小，可能會有點問題。

Analog In

之前我們所練習的，都是單純的 有/沒有，給電/不給電，然而，真實世界不是那麼簡單的，生活周遭常常有許多只有些許差異的變化，例如：聲音的大小.光的亮度.水的高低.毛孔的細緻度，這些東西都不是僅僅用有跟無的二分法就可以辨別的，而這些具有連續性的差異能形成類似曲線的圖表，就是我們接下來要討論的類比


>Arduino中的類比其實是透過數位的方式，在單位時間內取值

當然可以當做類比輸入的sensor有很多，先介紹基本練習的例如：
[可變電阻]

[光敏電阻]


在接下來的範例，我們用光敏來做些簡單的練習
#ex3. Analog in/ Digital out


程式檔：analog_input.pde

語法～ analogRead(pin)

Arduino的Analog In，對應操作電壓的 0V～5V，為 0~1023

---

#PWM (Pulse Width Modulation)
電腦與微處理器是不可能實際輸出類比的電壓，但我們可以假造出類似的效果。
若快速在兩個電壓中做切換，我們可以得到一個平均值：

Output Voltage = High_time(%) * Max_Voltage




#ex4. Analog in/ Analog out


程式檔：analog_output.pde

語法～ analogWrite(pin)

Arduino的Analog out，對應操作電壓的 0V～5V，為 0~255

---

吃補的綜合練習~Color Mix (待補)

光的三原色是R(紅光).G(綠光).B(藍光)，世界上所有可以看見的顏色都是由這三種顏色所組合出的，Violet (red & blue), Turquoise (blue & green) and yellow (green & red)，三種光一樣強時，也可組合出白色（理論上）。

我們使用共陰三色LED來實作這個練習，所謂共陰，即可視為R.G.B三顆LED的負極都接在同一支腳上，所以我們只需要4隻pin腳就可以控制三顆LED所作出的效果



程式：RGB_3switch.pde
此程式運用我們上課中途提出的小練習：「利用單一按鈕切換三個LED燈的亮暗」，作為延伸，進一步去控制RGB三色的切換。

---

參考

[公告] 第一次作業小叮嚀

很快的，一個禮拜又快過完了，不知道大家上完第一次課感想如何？
應該不會太操啦，若有不清楚的可以私下問我
但因人通常不在新竹，故若有問題，我會盡可能透過線上或其他方式努力回答，也可以先寄信到我的信箱：rainage@mail.nctu.edu.tw，我會第一時間想辦法回答。

在此提醒大家，因應老師要求每次都要作業，但盡可能別太無聊，我們第一次physical computing作業為

「善用digital output的方式，設計個有趣的互動顯示」

可以利用上課的幾個範例做修改patten，或是自己想個更有趣的方式來玩，當然...因為現在只有教輸出，還沒有教大家如何"抓"環境資料，下週二，我們就會學到了，建議先好好練習思考如何做個有趣的輸出效果，之後的作業也能更進一步來運用！！

邁向互動達人的第一堂課. Digital Out

什麼是電路？

電路就像如同我們身體的循環一樣，是一個封閉的系統


一個電路可視為一個迴圈，若要停止，則只要將電路形成斷路即可。


任何的LED線路都是由此延伸的：電源、LED、電流限制元件(此為電阻)。
給更大的電阻，讓經過LED的電流變小，則亮度也會減小；反之，電阻較小，則亮度變大。
同樣的道理，給的電越大，LED也會越亮(前提是不燒掉)。

Digital Out

接下來，我們來讓Arduino「動起來」！
#ex1. Blink

程式檔：Arduino Software的File > Sketchbooks > Example > Digital > Blink

語法～
pinMode(pin, Mode)
digitalWrite(pin, value)
delay(ms)
永遠記得在使用digital pin時，要記得宣告pinMode，是編輯時常常犯錯的地方

#數位是啥？

>只有HIGH跟LOW （0/1, On/Off）
所以ex1.的程式，就是很單純的作pin腳給電/不給電的動作，來控制LED的亮暗。

---

#ex2. Loop
讓我們再多複製幾組ex1.的線路，加到6組吧！
製作「霹靂遊俠李麥克」的伙計燈

程式檔：Arduino Software的File > Sketchbooks > Example > Digital > Loop

---

#ex3. Light Talk
讓我們玩點比較好玩的吧，延伸控制每個pin腳的概念

Light Talk是一個透過手搖動單排的LED，透過了「視覺暫留」（Resistance of Vision）的原理，來顯示圖案或文字。所謂的「視覺暫留」是一種生理現象，乃是指在眼前景物快速消失的瞬間，視覺卻仍保留該物體的形像。一般來說，視覺暫留的最大應用就是電影與電視節目，而 Lightalk 亦如是。

跟ex2.一樣的線路，所以不用再另外接，但請把線路接牢一點！

程式檔：Light_Talk.pde

int timer = 100; // The higher the number, the slower the timing.

int pins[] = { 2, 3, 4, 5, 6, 7 }; // an array of pin numbers

int pattens = 10; // how many pattens

int lights = 6; // how many LED light

byte graphy[10][6] = { {0,1,1,1,0,0},

{1,1,1,1,0,0},

{1,1,1,1,1,0},

{0,1,1,1,1,0},

{0,0,1,1,1,1},

{0,0,1,1,1,1},

{0,1,1,1,1,0},

{1,1,1,1,1,0},

{1,1,1,1,0,0},

{0,1,1,1,0,0} }; //patten array




void setup()

{

for (int i = 0; i < lights; i++) // the array elements are numbered from 0 to num_pins - 1 pinMode(pins[i], OUTPUT); // set each pin as an output } void loop() { for(int k = 0; k < lights; k++) { //for breakspace digitalWrite(pins[k], LOW); } delay(40); for (int i = 0; i < pattens; i++) { // loop through each pin... for(int j = 0; j < lights; j++) { if(graphy[i][j]==1) { digitalWrite(pins[j], HIGH); // turning it on, }else { digitalWrite(pins[j], LOW); // turning it off. } } delay(1); // pausing, } for(int k = 0; k < lights; k++) { //for breakspace digitalWrite(pins[k], LOW); } delay(40); }

程式上傳好後，就隨自己看的清楚的速度快速左右晃動，就可以看見可愛的愛心


程式中 patten[10][6] = { .. } 中，每六個唯一列，共10行，所繪製的圖形為：

所以當然也可以自己做喜歡的圖案，例如：

這裡附贈一個空白的，可以自己填

---

這堂課所教的延伸應用: 互動燈具

（可隨音樂舞動的變色燈，這個之後我們會教一點）


（類似上面的東西，可變化模式的）


（Tengu）


（3D LED矩陣Cube）

Get to start

開始體驗Arduino，你需要準備好以下項目：

Arduino board
 我們這裡使用 Arduino Duemilanov，目前台灣由飆-機器人代理，或由國外線上訂
購。

USB 2.0 (普通USB頭<->稍微正方的那種頭)
 各大電料行或電腦材料行均有售。

麵包板
 用來快速連接電子元件用的，怎麼使用接下來會教，一樣在電料行有賣喔。

單心線
 拿來串接連結各個元件，建議使用專門插麵包板的那種，雖然比較貴，但真的較好用。 
 此外，還是要一些普通的單心線，比較好理線。

各種雜七雜八的電子零件
 接下來的課程會陸陸續續介紹，等要用到再增添即可，不過可以建議先準備幾個LED、
電阻表。

Hardware

讓我們來跟這張板子認識一下：

Digital I/O	共13，數位輸出/輸入端(pin 13作為LED指示用)
Analog Out	共6，在Digital I/O中的pin 3,5,6,9,10,11 可做類比輸出使用
Analog In	共6，類比輸入端pin 0~5
Tx/Rx	支援Tx/Rx訊號輸入輸出（若使用時，Digital I/O pin 0,1不可 作為數位輸出入/使用）
USB傳輸與供電	支援USB直接供電，以及USB接頭資料傳輸
輸入電壓	可選擇USB直接供電或外部供電(建議7V~12V)，用JUMP切換 (Duemilanove版本改用自動切換)
輸出電壓	有5V、3.3V與Vin三種電壓輸出
支援線上燒錄功能	免去燒入經片需要重複拔插晶片的痛苦
LED 13	pin 13內建一個LED

p.s.
(1) 當Digital I/O不敷使用時，可用Analog In pin另外代用，宣告為pin 14~19
(2) 一般不建議使用Digital I/O pin 0,1，因為常作為Serialport傳輸用

Setup!!

跟著一起做吧！！
也可以參考這裡（Win, MAC）

Arduino跟Processing語法的不同處

架構

Arduino	Proccessing
void setup() { ... } void loop() { ... }	void setup() { ... } void draw() { ... }

Array

Arduino	Proccessing
int bar[8]; bar[0] = 1;	int[] bar = new int[8]; bar[0] = 1;
int foo[] = { 0, 1, 2 };	int foo[] = { 0, 1, 2 }; or int[] foo = { 0, 1, 2 };

Loop

Arduino	Proccessing
int i; for (i = 0; i < 5; i++) { ... } (但測試後也可以用 for (int i = 0; i < 5; i++) { ... })	for (int i = 0; i < 5; i++) { ... }

Print

Arduino	Proccessing
Serial.println("hello world");	println("hello world");
int i = 5; Serial.println(i);	int i = 5; println(i);
int i = 5; Serial.print("i = "); Serial.print(i); Serial.println();	int i = 5; println("i = " + i);