Arduino第38課震動(滾珠)開關

由 roc · 2017-12-26

震動開關：
也稱為震動傳感器或傾斜感測器，依構造可以分為：彈簧開關、滾珠開關、水銀開關。可以控制通路或斷路的開關，也可用來偵測是否傾斜。

水銀開關：

滾珠開關：

彈簧開關：

微動開關、按鍵開關、磁簧開關等原理也都類似，可以控制電路的通路或斷路，也都可以參考本課的教學及範例。(註1)

一、直接控制LED亮或熄滅

電路圖：

利用Arduino的5V供電，經過震動開關接LED再接電阻再接GND，形成一個迴路。

接線圖：

使用時，搖動開關，形成通路，LED亮；或斷路，LED熄滅。

二、上拉電阻原理

在Arduino上使用開關來控制電路，讀取資料時，如果直接使用[INPUT]指令輸入，常常因為受到環境雜訊的影響，會發生讀取訊號不穩定的現象(沒有動作卻有時讀取到 HIGH ，有時卻讀取到 LOW)，造成讀取判斷錯誤。為了確保它在穩定的狀態,，必須接個上拉電阻或下拉電阻。(註2)

上拉電阻：

如上圖，5V接電阻(一般接10Kꭥ)，再接開關、接地，中間引出接數位腳D5輸入。

使用下面積木宣告

注意：

當開關未接通時，數位腳D5讀取到高電位(1)，當開關接通時，數位腳D5讀取到低電位(0)。

—————————-

其實arduino在數位腳位都已經內建了上拉電阻，只要使用下面的宣告[INPUT_PULLUP]

就可以取代上面的外接電阻，電路圖變成下面

接線圖：

開關可以直接接數位腳D5輸入，省去外接上拉電阻的麻煩。

注意：

當開關未接通時，數位腳D5讀取到高電位(1)，當開關接通時，數位腳D5讀取到低電位(0)。

三、運用數位輸入來控制LED亮或滅

搖動滾珠開關，LED亮燈或熄滅。

實作影片：

接線圖：

開關一邊接地(GND)，另一邊接一條訊號線到數位腳D5當作判斷輸入訊號。

數位腳D13接紅色LED正極，再串接220歐姆電阻後接地(GND)，顯示燈號。

先設定D5為輸入[INPUT_PULLUP]和D13為輸出[OUTPUT]。

加上[說(讀取數位腳位(5))]，可以從螢幕上看到讀取(輸入)的結果。

如果開關接通時，數位腳D5得到0(低電位)，這時就給數位腳D13輸出一個高電位(1)，讓紅色LED亮。

否則(沒有開關接通時)，數位腳D5是1(高電位)，這時就設定腳為13為低電位，讓紅色LED熄滅。

程式下載：開關.sb2

延伸：

1.請同學思考[重複執行]這個積木可不可以去掉？

2.試試看去掉[重複執行]這個積木後的執行結果有什麼不同？

3.加上蜂鳴器，讓按下時蜂鳴器會響。

4.搖動滾珠開關形成通路又斷路，每次改變，螢幕上就隨機顯示1~6的數字，模擬搖骰子。

四、彈奏鼓聲

搖動滾珠開關讓LED亮，並使用電腦喇叭發出鼓聲。

重複執行：判斷開關是否接通，讀取數位腳位(5)的值。

如果開關接通時(數位腳位5的值=0)，就輸出一個1(高電位)給數位腳13，讓LED亮，並[彈奏鼓聲]

可以選擇發出不同的[鼓聲]及節拍。

程式下載：開關(鼓).sb2

五、打擊樂(鑼)

搖動滾珠開關讓LED亮，並使用電腦喇叭發出音樂聲

將程式的[彈奏鼓聲]改為[播放聲音]，可以選擇發出不同的[聲音]

選取程式的[音效]，點選新聲音的小喇叭圖示

選擇要播放的聲音檔(可以先點檔案內的小三角形試聽)，按[確定]。

這次選敲鑼。

重複執行：判斷開關是否接通。

如果開關接通時(數位腳位5的值=0)，就輸出一個1(高電位)給數位腳13，讓LED亮，並發出鑼聲的音效。

程式下載：開關(鑼).sb2

六、打擊樂(修正)

如果開關一直接通，會發現鑼聲被中斷變成不像鑼聲。

修正如下：

改成[播放音效…..直到播放完畢]，可以讓鑼聲完整的播完。

程式下載：開關(鑼)修正.sb2

七、播放音樂

搖動滾珠開關讓LED亮，並使用電腦喇叭發出scratch音樂聲或錄音。

重複執行：判斷開關是否接通，讀取數位腳位(5)的值。

如果開關接通時(數位腳位5的值=0)，就輸出一個1(高電位)給數位腳13，讓LED亮，並播放音效。

選擇長一點的音效，變成按下按鍵播放一首音樂。

程式下載：開關(音樂).sb2

八、播放樂器聲音

如果將程式的[播放音效]，修改為使用[設定樂器為..]，加上[彈奏音符……]的指令，就可以發出更悅耳的聲音了。

設定腳位5為[上拉電阻輸入]。

預設腳位5為[輸出]，加上等待0.5秒讓程式轉換。

使用[設定樂器為(…)]，可以選擇不同的樂器

使用[彈奏音符(音階)(…)拍，來設定(音階)和節拍。

程式下載：樂器.sb2

九、改變主角造形

搖動滾珠開關讓LED亮，並讓小貓改變造型移動，像走路一樣。

設定腳位5為[上拉電阻輸入]。

預設腳位5為[輸出]，加上等待0.5秒讓程式轉換。

主程式跟上面一樣，再多加[下一個造型]及[播放音效…到底]指令，當搖動開關，播放音效並改變主角造型。

加上[移動5步]，讓小貓看起來像在走路。

程式下載：造型1.sb2

感覺小貓走路卡卡的，不連續。

請再檢查程式讓小貓可以像下面影片一樣，連續移動。

將[播放音效…到底]指令改成[播放音效]，就可以連續移動了。

可是聲音變成怪怪的囉，為什麼？

程式下載：造型.sb2

十、主角做特效

搖動開關控制螢幕主角做特效動作。

增加錄音效果

1.點選[音效]，再點[麥克風]圖樣，再點黑色圓點開始錄音

圓點變成紅色，開始錄音，錄好，再按一下，完成錄音。

按[編輯]可以作一些簡單的剪輯。

重複判斷開關是否接通？

如果開關沒有接通，就說 [請搖動開關！]

如果開關接通時，就說[啊！我變形了！]，並做魚眼效果及播放錄音音效。

程式下載：效果.sb2

延伸：

1.改用其他特效試試看。

2.可再增加聲音效果，或變換造型，或移動…….

十一、演奏自編歌曲

搖動開關就彈奏演奏自編歌曲。

主程式：

設定樂器種類，上圖[設定樂器為1] 是鋼琴。

重複執行：判斷開關是否接通，讀取數位腳位(5)的值。

如果按鍵按下時(數位腳位5的值=0)，就輸出一個1(高電位)給數位腳13，讓LED亮，並演奏自編歌曲。

否則就輸出一個0(低電位)給數位腳13，讓LED熄滅。

製作音樂積木：

因為歌曲常常有一些重複的曲段，所以用積木來編排，節省程式長度，比較簡潔。

如果想要變換樂器聲音，只要更改[樂器種類]就可以了。

以小星星為例，主要分成3段，各用了2次。

主程式變得很簡短。

PS：如果使用[製作一個積木]來寫程式的好處就是程式比較有規律，修改、除錯都比較容易。

程式下載：演奏歌曲(整首).sb2

十二、搖動演奏歌曲

搖動開關接通就彈奏一個單音，一直接通就一直演奏，斷開就停止演奏。

主程式：

設定樂器種類，上圖[設定樂器為1] 是鋼琴。

重複執行：演奏歌曲的音樂積木。

製作音樂積木：

[等待讀取數位腳位(5)=0]，判斷開關是否有接通，如果開關接通，就進行下一步[彈奏音符…….]，發出一個音。

將歌曲音符編排好，當開關接通時，就彈奏一個音符。

這樣就可以依序將歌播完。

因為歌曲常常有一些重複的曲段，所以用積木來編排，節省程式長度，比較簡潔。

如果想要變換樂器聲音，只要更改[樂器種類]就可以了。

以小星星為例，主要分成3段，各用了2次。

主程式變得很簡短。

PS：如果使用[製作一個積木]來寫程式的好處就是程式比較有規律，修改、除錯都比較容易。

程式下載：演奏歌曲(單).sb2

延伸：

1.學生自由創作不同的音樂

2.如何加快音樂節奏？

3.增加蜂鳴器，改成使用蜂鳴器來演奏樂曲。

十三、計數器

搖動開關一次，計數器加1，計算搖動開關次數。

建立一個變數 [ 計數器 ]。

一開始先將變數 [ 計數器 ] 值設為0。

重複執行：判斷開關是不是有接通，讀取數位腳位(5)的值。

如果開關接通時(數位腳位5的值=0)，就輸出一個1(高電位)給數位腳13，讓LED亮，並將計數器的值加1

程式下載：計數器.sb2

十四、計數器(修正)

上面的程式跟我們的需求是不符的，如果開關一直接通，變數就會一直累加。。

因為開關一直接通，數位腳5會一直收到低電位直到放開，所以計數器的值就一直累加上去了。

要如何修正呢？

[等待讀取數位腳5=0] ，等待開關接通後就亮燈，並讓計數器的值加1。

[等待讀取數位腳5=1]，等開關斷路後就關燈。

重複執行上面的步驟。

程式下載：計數器.sb2

延伸：

1.增加倒數計時功能，限制時間內的看誰搖動開關最多次。

2.將滾珠開關綁在腳上當成計步器，紀錄走路次數。

十五、賽跑遊戲

螢幕上出現小貓、女孩、馬一起賽跑，看看誰先跑到終點？

使用三個滾珠開關當計步器，三個人各在腳上綁一個滾珠開關，各代表一個腳色，一起跑步，螢幕上的腳色也一起跟著跑，看看誰先跑到終點？

接線圖：

3個滾珠開關，一邊接地，另一邊各別接到數位腳位D5、D6、D7，當成輸入判斷訊號。

腳色貓程式：

設定腳位5為[上拉電阻輸入]。

預設腳位5為[輸出]，加上等待0.5秒讓程式轉換。

建立[第幾名]清單來儲存比賽名次。

一開始先隱藏，以免擋住比賽選手(腳色)

[定位到X：…Y：… ]，先讓選手就起始位置。

重複執行：判斷開關是不是有接通，讀取數位腳位(5)的值。

如果開關接通時(數位腳位5的值=0)，就讓腳色往前移動5步。

如果碰到終點線，就在清單上登錄名字，停止這個腳色。

腳色女孩程式：

主要程式同上，將輸入改為腳位6控制。

腳色馬程式：

主要程式同上，將輸入改為腳位7控制。

程式下載：賽跑1.sb2

十六、賽跑遊戲(修正)

上面程式如果開關一直接通，數位腳就會一直收到低電位直到放開，所以腳色就會

一直往前跑。

我們希望是搖動一次開關走一步，要如何修正呢？

腳色貓程式：

設定腳位5為[上拉電阻輸入]。

預設腳位5為[輸出]，加上等待0.5秒讓程式轉換。

建立[第幾名]清單來儲存比賽名次。

一開始先隱藏，以免擋住比賽選手(腳色)

[定位到X：…Y：… ]，先讓選手就起始位置。

重複執行：判斷開關是不是有接通，讀取數位腳位(5)的值。

[等待讀取數位腳5=0] ，等待開關接通後，就讓腳色往前移動20步。

如果碰到終點線，就在清單上登錄名字，停止這個腳色。

[等待讀取數位腳5=1]，等開關斷路後，再執行下一次判斷。

腳色女孩程式：

主要程式同上，將輸入改為腳位6控制。

腳色馬程式：

主要程式同上，將輸入改為腳位7控制。

程式下載：賽跑2.sb2

十七、滑板衝浪(水平測量儀)

將滾珠開關平放在平衡板上，當平衡板沒有維持水平時，滾珠開關就會接通或斷開，可以由程式來判斷平衡板是否水平，做成平衡遊戲，畫面上可以同時出現小貓做平衡的畫面增加趣味性。

十八、搖頭晃腦方向燈

https://youtube.com/watch?v=oh__q2X-Vaw

參考宜蘭縣國華國中學生作品，將滾珠開關裝在安全帽上，使用滾珠開關來控制方向燈。

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註1：

微動開關、按鍵開關、磁簧開關等原理也都類似，可以控制電路的通路或斷路，也都可以參考本課的教學及範例。

水銀開關

資料來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E9%8A%80%E9%96%8B%E9%97%9C

水銀開關，又稱傾側開關，是電路開關的一種，以一接著電極的小巧容器儲存著一小滴水銀，容器中多數注入惰性氣體或直接真空。

注意：

水銀對人體及環境均有毒害，故此使用水銀開關時，請務必小心謹慎，以免破損導致水銀漏出；在不再使用時，也應該妥善處理。

滾珠開關：

可以控制通路或斷路的開關，也可用來偵測是否傾斜。

金屬小管子有兩隻腳，在管子內有一顆或2顆金屬球，當管子成直立狀態，也就是腳朝下時，金屬球會落下接觸管子內的兩個接觸點接通兩隻腳，形成通路，若管子傾斜到一定程度後，就會斷路。

圖片來源：https://bizweb.dktcdn.net/100/017/780/files/sw520.png?v=1457663311199

(圖片來源：https://www.google.com.tw/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.blswitch.com%2FimageRepository%2Fbfbe8424-8c62-4274-b377-2e20941ac321.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.blswitch.com%2Fpro%2FpmcId%3D22.html&docid=_TsMRczrkXut7M&tbnid=KN_apMOscuRCMM%3A&vet=10ahUKEwjT8pbstNDVAhXHVZQKHRfrBkEQMwgrKAgwCA..i&w=500&h=380&bih=633&biw=1280&q=%E6%BB%BE%E7%8F%A0%E9%96%8B%E9%97%9C&ved=0ahUKEwjT8pbstNDVAhXHVZQKHRfrBkEQMwgrKAgwCA&iact=mrc&uact=8 )

彈簧開關：

金屬小管子裡面，有一個導電彈簧及導電接腳，在晃動的時候，彈簧及導電接腳互相接觸，形成通路。