PM2.5空氣感測器(硬體組裝下)

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):

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  • 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。

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(圖 2)取出外殼左側與電源插座

我們將 DC 2.1 電源插頭母座的螺絲帽與墊片取出。

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(圖 3)卸下電源插座的螺絲

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。

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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。

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(圖 5)將螺絲鎖上電源插座

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。

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(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。

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(圖 7)將按鈕螺絲卸下

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。

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(圖 8)將按鈕裝上面板

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。

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(圖 9)取出 LCD2004

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。

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(圖 10)LCD2004 背面

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。

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(圖 11)取出面板與顯示器

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。

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(圖 12)將 LCD2004 面板螺絲鎖上

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。

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(圖 13)取出 LCD2004

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。

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(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。

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(圖 15 )安裝 LED 於面板上

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。

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(圖 16)將 LED 接地線焊接一起

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。

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(圖 17)取出 220 歐姆電阻

如下圖所示,我們取出五支 220 歐姆電阻。

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(圖 18)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。

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(圖 19)將電組裝到 LED 上

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。

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(圖 20)將電組焊接到 LED 上

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。

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(圖 21)取六條杜邦線

如下圖所示,我們將六條雙公杜邦線裁去一端。

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(圖 22)裁掉六條杜邦線一端

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。

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(圖 23)將六條杜邦線上錫

如下圖所示,將黑色線焊接於五顆 LED 的共用負極。

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(圖 24)焊上 LED 負端

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。

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(圖 25)焊上 LED 正端

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。

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(圖 26)裁減多餘 LED 焊接線

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。

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(圖 27)完成面板元件裝置

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。

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(圖 28)安裝好之裝置

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。

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(圖 29)完成面板元件裝置

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。

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(圖 30)組裝完成之成品圖

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。

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(圖 31)正常開機之成品圖

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.

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曹永忠

曹永忠 (Yung-Chung Tsao) ,目前為自由作家暨專業Maker,專研於軟體工程、軟體開發與設計、物件導向程式設計,商品攝影及人像攝影。長期投入創客運動、資訊系統設計與開發、企業應用系統開發、軟體工程、新產品開發管理、商品及人像攝影等領域,並持續發表作品及相關專業著作。 Email:prgbruce@gmail.com Line ID:dr.brucetsao 作者網站:https://www.cs.pu.edu.tw/~yctsao/ 臉書社群(Arduino.Taiwan):https://www.facebook.com/groups/Arduino.Taiwan/ Github網站:https://github.com/brucetsao/ Youtube:https://www.youtube.com/channel/UCcYG2yY_u0m1aotcA4hrRgQ