智慧家庭:PM2.5空氣感測器(硬體組裝下篇)
本篇是接續上篇文章『智慧家庭:PM2.5空氣感測器(硬體組裝上篇)』,延續未完成的硬體組裝,主要是教大家如何組立空氣粒子感測裝置硬體組裝。上文中我們介紹空氣粒子感測裝置的開發板安裝、空氣懸浮粒子感測器安裝,麵包板安裝、溫溼度模組安裝、RTC時鐘模組安裝…等等,本篇將介紹剩下全部元件安裝。
空氣粒子感測裝置基本組成要素
所有零件的一覽圖(圖 1):
- 瑞昱半導體公司的阿米巴(Ameba)開發板( 購買參考)
- PM 2.5 感測器:偵測空氣懸浮粒子(購買參考)
- RTC 時鐘 DS1307 I2C RTC 模組:Arduino 開發板的時鐘元件 (購買參考)
- LCD2004 顯示器加上 I2C 控制器:Arduino 開發板顯示器(購買參考 1、購買參考 2)
- DHT22 溫濕度模組(購買參考)
- 迷你小麵包板:擴充所需要連接的電路(購買參考)
- 0.5 mm~0.8 mm 單心線(購買參考)
- 20 cm 長度以上的雙公杜邦線(購買參考)
- 5 mm LED 燈泡:狀態顯示燈號(購買參考)
- MICRO USB 線:外接電源線材(購買參考)
- 自製裝置外殼:由作者設計、並委託國內最大的電子零件供應商 iCShop 老闆黃文辭先生設計與製作(購買參考)
本文所有的零件都會以零件包的方式出版,並跟國內最大的電子零件供應商 iCShop 合作,讀者若有任何需要,請逕行與該公司接洽。對於零件使用上,若讀者仍不熟悉,可以參考文末的參考資料。
安裝電力插座
第一步我們將裝設外殼安裝在左側電力插座,首先,我們取出外殼的左側板和 DC 2.1 電源插頭母座。
我們將 DC 2.1 電源插頭母座的螺絲帽與墊片取出。
如下圖所示,我們將外殼左側板最大的孔洞插入 DC 2.1 電源插頭母座。
如下圖所示,我們將墊片放入 DC 2.1 電源插頭母座,再旋入螺絲帽將之鎖緊。
最後,我們就完成放置 DC 2.1 電源插頭母座於外殼左側板上。
安裝面板按鈕
下一步我們將裝設面板,首先,我們找出外殼的面板,再找出外殼內零件包中之下圖所示之紅色按鈕開關。
請讀者注意,外殼內零件包中之下圖所示之紅色按鈕開關共有三個,一個是有段紅色按鈕開關(註 1),另一個是無段紅色按鈕開關。(讀者試著按下紅色按鈕開關,若按下後鬆開手,則按鈕馬上彈上來,則為無段紅色按鈕開關,若卡住不會彈上來的則為無段紅色按鈕開關。)請將有段紅色按鈕開關至於最左方,因為我們要將有段紅色按鈕開關安裝於第一個孔洞之上。
(圖 6)面板與按鈕(購買參考)
我們將三個紅色按鈕開關的螺絲帽與墊片都旋開下,如下圖所示放置於旁邊。
請讀者注意,我們將有段紅色按鈕開關插入面板第一個孔位,其餘無段紅色按鈕開關裝置於第二個、第三個孔位,並將墊片裝入後,將螺絲帽一一旋入紅色按鈕開關並旋緊。
外殼面板的按鈕裝設完成。
安裝 LCD2004 顯示器
下一步我們將裝設 LCD2004 顯示模組。
由於我們需要 I2C 介面的 LCD2004 顯示模組,所以,我們將 LCD2004 顯示模組翻到背面,檢查是否如下圖所示的樣子,確定是我們需要的 I2C 介面的 LCD2004 顯示模組。
下一步我們將上文已裝設按鈕的面板,再從外殼零件包之中找出四支如下圖所示之螺絲與螺帽。
我們將 I2C 介面的 LCD2004 顯示模組,裝入外殼面板最大的矩形框內,位置如下圖。
完成將 I2C 介面的 LCD2004 顯示模組置於外殼面板上。
安裝面板顯示燈號
下一步我們將裝設面板的顯示燈號,首先,我們找出用來顯示燈號的五顆 5 mm 的 LED 燈泡,以本文為例,為綠色、藍色、橙色、黃色、紅色各一顆。
如下圖所示,我們可以先使用 LED 測試器(購買參考),主要是確定再裝入面板的 LED 可以正常運作,不然一旦裝入後,發現故障就得解焊、拆開後重新焊回,非常的麻煩。我們將零件包之中四支螺絲插入矩形框四個角落的孔洞之中,並一一旋上螺帽並旋緊。
(圖 14)測試燈泡是否正常(購買參考)
如下圖所示,我們將綠色、藍色、橙色、黃色、紅色的 LED,一顆一顆依照下圖所示的順序插入、將其正極全部折九十度並向外彎,保持如下圖所示的形狀;負極則全部折九十度並向前排成一列並設法重疊,保持如下圖紅框處所示的形狀。
如下圖所示,我們將綠色、藍色、橙色、黃色、紅色的 LED,其排成一列的負極接腳使用烙鐵或焊槍,將所有的腳位焊接。
由於 LED 直接接電或接 Ameba 開發板的輸出,有可能因為電流太大而直接燒毀或長時間電流太大而夭折。所以我們使用 220 歐姆電阻來當限流電阻,保護 LED 使其可以長時間正常使用。
如下圖所示,我們取出五支 220 歐姆電阻。
我們將每一支 220 歐姆電阻,接在綠色、藍色、橙色、黃色、紅色的 LED 的正極端上,保持如下圖所示的形狀。
如下圖所示,我們使用烙鐵或焊槍,將每一支 220 歐姆電阻連接在綠色、藍色、橙色、黃色、紅色的 LED 的正極端上的一端腳位焊接。
如下圖所示,我們取出六條雙公杜邦線,其中一條請取黑色來當接地線。
如下圖所示,我們將六條雙公杜邦線裁去一端。
如下圖所示,我們將六條雙公杜邦線裁去一端的線,用剝線鉗或斜口鉗剝出約 6 mm~10 mm 的塑膠外皮,將之裸露出銅線。再使用烙鐵或焊槍,將六條雙公杜邦線裸露出的每一條銅線焊上錫。
如下圖所示,將黑色線焊接於五顆 LED 的共用負極。
如下圖所示,我們將其他五條上錫好的公杜邦線(非黑色線)焊接於五顆led的之正極連接的 220 歐姆電阻一端。
如下圖所示,我們用斜口鉗將多餘的裸露銅線、電線、電阻線、LED 接腳線等一一裁剪掉。
如下圖所示,翻過面板正面,我們可以看到完整的面貌。到此我們已完成面板之 LCD2004 顯示模組、面板按鈕與五顆狀態顯示 LED 燈號。
完成外殼面板所有元件的安裝。
整體組裝
由於我們將電路連接移到下篇文章,所以本段直接將所有元件進行組裝。首先我們拿出八組外殼元件內的小螺絲與小螺絲帽,將之固定於如下圖狀。
如下圖所示,我們再將面板蓋上圖所示的盒子上,再取出四組外殼元件內的小螺絲與小螺絲帽。
如下圖所示,我們將阿米巴開發版的 Wi-Fi 天線,透過外殼上方板的天線洞插入阿米巴開發版的 Wi-Fi 天線端,並鎖緊天線。我們使用四組外殼元件內的小螺絲與小螺絲帽,面板固定於盒子上,並使用小螺絲帽將四顆小螺絲卡緊,完成組立。
完成硬體組裝、電路組裝與軟體安裝後,接上電源就可以完成 PM 2.5 空氣感測器的裝置。
本文為『PM 2.5 空氣感測器』系列第三篇(硬體組裝下篇)』,主要介紹之裝置所有元件,並且一步一步教導讀者如何將這些元件組裝,完成 PM 2.5 空氣感測器的硬體安裝。後續筆者還會繼續發表『PM 2.5 空氣感測器』系列的文章,讓我們在未來可以創造出更優質、智慧化的家庭。
- 註 1:自鎖型按鈕,按「—」時 ON 通電開,按「O」時 OFF 斷電關。
參考資料:
- 曹永忠, 许智诚, & 蔡英德. (2014). Arduino 电风扇设计与制作: Using Arduino to Develop a Controller of the Electric Fan. 台湾、彰化: 渥玛数位有限公司.
- 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2013). Arduino 電風扇設計與製作: The Design and Development of an Electronic Fan by Arduino Technology (初版 ed.). 台灣、彰化: 渥瑪數位有限公司.
- 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2014a). Arduino EM-RFID 門禁管制機設計:The Design of an Entry Access Control Device based on EM-RFID Card (初版 ed.). 台灣、彰化: 渥瑪數位有限公司.
- 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2014b). Arduino RFID 门禁管制机设计: Using Arduino to Develop an Entry Access Control Device with RFID Tags. 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.
- 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2014c). Arduino RFID 門禁管制機設計: The Design of an Entry Access Control Device based on RFID Technology (初版 ed.). 台灣、彰化: 渥瑪數位有限公司.
- 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2015a). Ameba 空气粒子感测装置设计与开发(MQTT篇):Using Ameba to Develop a PM 2.5 Monitoring Device to MQTT (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.
- 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2015b). Ameba 空氣粒子感測裝置設計與開發(MQTT篇)):Using Ameba to Develop a PM 2.5 Monitoring Device to MQTT (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.