Smart Home Kit 智慧家居套件組 中文教案

 

 

智慧家居套件組是ELECFREAK使用micro:bit所開發的智慧家居產品。我們選用了家庭常用的TMP36溫度感測器、聲音感測器、碰撞感測器、伺服馬達、電機馬達做為執行元件。您可以使用micro:bit智慧驅動程式設定窗台、衣櫃或魚缸之類等場景，創建自己的智慧甜蜜家庭。實用又富玩樂性的智慧家居使生活變得更加有趣。
 

 

 

 

 

 

提供USB充電
 

 

步驟三

• 將「set light to value of light intensity (0~100) at pin P3」拉進「forever」迴圈，並將「light」後面的數值更改為50。
• 如果亮度大於50，則為白天；如果亮度小於50，則為夜晚。

步驟四

• 當亮度小於50時，加入「set noise to value of noise (dB) at pin P2」，並將「noise」後的數值更改為70。
• 透過感測器判斷噪音值是否大於70。

步驟五

• 當Rainbow LED感應到的噪音值大於70時，會顯示白光並在10秒後熄滅。

示範編碼

光線充足時燈不會亮，但是晚上輕微的噪音會使其點亮10秒鐘。

 


02 智慧風扇Smart Fan

什麼是智慧溫控風扇

• 當溫度高於30度時，房間會處於高溫狀態，讓人感到不舒服。溫度感測器會將信號傳送到micro:bit，而micro:bit則將信號傳送到風扇。然後，風扇會開始運轉直到房間溫度低於30度，維持房間內的溫度在舒適的狀態。

  



材料

• 一組智慧家居套件
• 一張瓦楞紙板
• 二根黃色五孔板
• 一罐膠水
• 美工刀

組裝黏貼如下圖：
  

硬體組裝


MakeCode

編碼

步驟一

進入MakeCode頁面，在分類欄目中點擊Advanced，然後點擊Extensions。


我們需要為智慧家居編程新增代碼庫。在編碼區底部找到「Add Package」，點擊後會出現一個消息框，搜尋「smart home」並下載此新代碼庫。

注意：如果出現提示說某些代碼庫將因不相容而被刪除。不用擔心，可以繼續按照提示進行操作，也可以在項目欄位中新增項目。

步驟二

從「Basic」拖曳出「on start」迴圈，接著從「OLED」拉進「initialize OLED with height O width O」，將height更改為64，width改為128。
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從「Basic」中拖曳出「forever」迴圈，在Variable中新增溫度變數，然後拖曳「set item to」進「forever」迴圈，將「item」更改為「temp」並將「value of temperature⁩ __ at pin __」拖曳至其後方。將「temperature」的單位改為℃，並將「pin」後的數值更改為P1。


步驟三

• 將「clear OLED display」拖曳至「set temp to」下方，而「show (without newline) string “Temperature:”」拖曳至「clear OLED display」下方。
• 最下方，拉進「show (without newline) number temp。」
• 「without newline」用於換行時顯示的字符串和溫度值。​

步驟四

我們的目標是在溫度值高於30度時利用micro:bit驅動風扇，因此temp> 30是一個判斷條件。因此，我們需要使用Logic中的「if else」，並設定「temp> 30」。


步驟五

在if下方新增「start melody ba ding repeating once」，micro:bit將透過P2傳送信號至風扇。然後設定風扇運轉5秒，然後停止5秒。溫度感測器透過獲取溫度來判斷是否循環。如果上述條件編寫錯誤，風扇將保持靜止。


示範編碼

• 當溫度高於30度時，蜂鳴器「ba ding」，風扇會運轉以維持房間溫度舒適。
• 當溫度低於30度時，風扇將自動停止運轉，使房間處於舒適的溫度。

相關問題

• 如果僅透過USB供電，不使用電池座的情況下效果很好，但如果當下溫度超過門檻值，則風扇將無法運轉。
• 如果僅透過電池座供電，風扇運行良好，檢測到的溫度會略高於實際溫度。
• 如果同時由電池座和USB供電，風扇可以正常工作並達到正常溫度（請注意，必須在不驅動電動風扇的前提下檢測溫度）。

03 自動開窗Auto Windows

何謂自動窗戶？

• 噪音污染是我們生活中普遍的問題。當噪音值高於70dB時，會影響我們的健康。我們將使用Micro:bit設計智慧門窗。

自動窗戶原理

• 使用Micro:bit檢測噪音值是否高於70dB，並控制伺服以關閉門和窗戶。

材料

• 一組智慧家居套件
• 一張瓦楞紙板
• 美工刀

組裝圖

正面&反面：
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黏貼如下圖：


硬體組裝



MakeCode

編碼

步驟一

進入「MakeCode」網頁，點選欄目中的「Advanced」，接著點「Extensions」。


我們需要為智慧家居編程新增代碼庫。在編碼區底部找到「Add Package」，點擊後會出現一個消息框，搜尋「smart home」並下載此新代碼庫。

注意：如果出現提示說某些代碼庫將因不相容而被刪除。不用擔心，可以繼續按照提示進行操作，也可以在項目欄位中新增項目。

步驟二

從「Basic」拖曳出「on start」，插入「servo write pin__ to __」，設定「P1 to 0」。


步驟三

「forever」區塊插入「set __to」，設定指令「value of noise at pin __」作為噪音變數。


步驟四

如噪音值> 70dB，插入的「servo wite pin __ to __」伺服馬達指令，設定為P1 to 0，窗戶關閉。


步驟五

如噪音值<70dB，插入的「servo wite pin __ to __」伺服馬達指令，設定為P1 to 100，窗戶開啟。


示範編碼

當噪音值> 70dB時，Micro:bit驅動伺服馬達打開窗戶。

正面&背面
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04 智慧衣櫃Smart Wardrobe

什麼是智慧衣櫃

• 智慧衣櫃可以自動開門讓人們拿取衣服。輕輕推一下門即可打開，且衣櫃門為低噪音設計，不會干擾睡眠。

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智慧衣櫃原理

• 使用Micro:bit控制碰撞檢測模組並接收碰撞信號。當Micro:bit接收到信號後會亮燈，並控制伺服馬達開起衣櫃門。

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材料

• 1 x 瓦楞紙板
• 1 x 美工刀

組裝圖

正面&背面


黏貼如下圖



硬體組裝



MakeCode

編碼

步驟一

進入「MakeCode」網頁，點選欄目中的「Advanced」，接著點「Extensions」。


我們需要為智慧家居編程新增代碼庫。在編碼區底部找到「Add Package」，點擊後會出現一個消息框，搜尋「smart home」並下載此新代碼庫。

注意：如果出現提示說某些代碼庫將因不相容而被刪除。不用擔心，可以繼續按照提示進行操作，也可以在項目欄位中新增項目。

步驟二

從「Basic」拖曳出「on start」區塊，然後插入「set pull pin P2 to up」。
接著從Pin區塊拖曳出「servo write pin__ to__」，選擇「P7」，將P7設定為180°，接著設定關門指令「set door to -1」。


步驟三

「if digital read」設定P2，門的變數會相反。如果門的變數為真，則彩色LED指示燈顯示白色，伺服馬達變為0°，門會開啟並暫停2秒。


步驟四

如果門的變數為假，伺服馬達轉為180°，門會關閉2秒鐘，彩色LED會熄滅。


示範編碼

轉動伺服馬達開啟衣櫃門，彩色LED亮燈。

正面&背面
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05 水位示警Water Level Alarming

什麼是水位示警

• 生活離不開水，但是太多的水又會引發洪水。水位報警可以監測水位，當水位超過安全線時，Micro:bit會收到信號並控制揚升泵進行抽水。

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水位示警操作

• 當Micro:bit接收到土壤水分感測器的信號時，繼電器會驅動並提供動力給揚升泵抽取多餘的水。

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組裝圖

準備容器和黏貼用具，如下圖所示：


硬體組裝圖



MakeCode

編碼

步驟一

進入MakeCode頁面，在分類欄目中點擊Advanced，然後點擊Extensions。


我們需要為智慧家居編程新增代碼庫。在編碼區底部找到「Add Package」，點擊後會出現一個消息框，搜尋「smart home」並下載此新代碼庫。

注意：如果出現提示說某些代碼庫將因不相容而被刪除。不用擔心，可以繼續按照提示進行操作，也可以在項目欄位中新增項目。

步驟二

將條件聲明「if」插入「forever」區塊，設定「analog read pin P2 > 500」。意味著當P2> 500時，表示水位高於安全線。


步驟三

設定「start melody ba ding repeating once」作為警報聲，接著設定「digital write pin P1 to 1」來驅動泵浦。


步驟四

另外，設定「set digital write pin P1 to 0」關閉泵浦。


示範編碼

當水位超過安全線時，Micro:bit會控制揚升泵進行抽水。

抽水&停止抽水



06 智慧開門遙控器Smart Telecontrol Door Opener

什麼是智慧開門遙控器

• 朋友來訪，但您正忙於自己的工作，或者正在觀看電視節目的精彩片段；又或者正在玩非常有趣的計算機遊戲，以至於您沒有時間去開門。這時候，您需要一個智慧開門遙控器。

模擬噪音感測器的原理

• 模擬噪音感測器E-Blobks可以感應外部噪音訊號，也可以用於感測人的聲音。
• 當模擬噪音感測器檢測到人的訊號時，它會透過OLED螢幕提醒您，您可以按下按鈕開門。

材料

• 1 x 智慧家居套件
• 1 x 剪刀
• 1 x 膠水
• 1 x 白紙
• 1 x 瓦楞紙 

將準備好的紙貼在瓦楞紙板上，根據需要進行裁剪。



黏貼如下圖

正面&背面
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黏貼組裝如下圖


硬體組裝

將模擬噪音感測器連接到擴充板的P1埠，將碰撞感測器連接到擴充板的P2埠。將180 deg 伺服馬達連接到擴充板的P8埠，最後將Micro:bit連接電池組。 


MakeCode

編碼

步驟一

進入MakeCode頁面，在分類欄目中點擊Advanced，然後點擊Extensions。


進入MakeCode頁面，在分類欄目中點擊Advanced，然後點擊Extensions。我們需要為智慧家居編程新增代碼庫。在編碼區底部找到「Add Package」，點擊後會出現一個消息框，搜尋「smart home」並下載此新代碼庫。

注意：如果出現提示說某些代碼庫將因不相容而被刪除。不用擔心，可以繼續按照提示進行操作，也可以在項目欄位中新增項目。

步驟二

在「Basic」區塊中設定「on start」接著插入「led enable false」，用於關閉micro:bit的LED顯示。點擊「Advanced」，選擇「Pins」及更多。插入指令「set pull pin P2 to up」以提供穩定的電壓。初始化OLED，插入伺服馬達指令「servo write pin P8 (write only) to 180」，伺服馬達的預設狀態為關門。最後，將變數設定為「set open to false」不開門的狀態。


步驟三

初始化可變噪音以保存接收到的噪音值。在「forever」的區塊下，將P1埠的噪音值傳輸到噪音變數。如果噪音值>70db，表示有人敲門，而OLED顯示「somebody out」。插入「clear OLED display」及「show atring」用於顯示訊息。


步驟四

碰撞感測器的判斷值，使用「digital read pin」指令讀取碰撞感測器的數值，即為P2埠的數值。將P2的數值設定0，並將open變數設定為開門，即「set open to not false」，再設定「if open = true」，並插入伺服馬達的指令「servo write pin P8(write only) to 0」。最後「 pause（ms）3000」，表示開門3秒。


步驟五

相反地，設定「servo write pin P8(write only) to 180」以及「show string nobody」表示不需要開門。


示範編碼
 

• 當感測到有人的訊號時，OLED螢幕顯示「somebody out」。
• 按下按鈕，門會打開3秒鐘後關閉。
• 當未感測到有人的訊號時，OLED屏幕將顯示「 Nobody」。

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07 智慧分貝測量儀Smart Decibel Tester

何謂「智慧分貝測量儀」

• 彩色LED會根據不同的分貝大小變換燈光顏色。

智慧分貝測量儀的原理

• 當模擬噪音感測器接收到人聲時，會將訊號傳送到Micro:bit判斷聲音強度，LED會顯示不同的顏色。
• 模擬噪音感測器E-Blocks可以感應外部噪音訊號。也可用於測量分貝大小。
• 彩色LED E-Blocks可以變換許多顏色。在此應用範例，會使用9種顏色。

顏色| 參數表：-：| ：-：紅色| 30db橙色| 40db黃色| 50db綠色| 60db藍色| 70db靛藍色| 80db紫藍色| 90db紫色| 100db白色| 110db藍色| 120db​

材料

• 1 x 智慧家居套件
• 1 x 剪刀
• 1 x 膠水
• 1 x 白紙
• 1 x 紙板

將準備好的紙張貼在紙板上，然後根據需要進行裁剪。

 

組裝如下圖

正面&背面
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黏貼組裝如下圖


硬體組裝

將模擬噪音感測器連接到擴充板的P1埠，將彩色LED連接到擴充板的P2埠。


MakeCode

編碼

步驟一

進入MakeCode頁面，在分類欄目中點擊Advanced，然後點擊Extensions。


我們需要為智慧家居編程新增代碼庫。在編碼區底部找到「Add Package」，點擊後會出現一個消息框，搜尋「smart home」並下載此新代碼庫。

注意：如果出現提示說某些代碼庫將因不相容而被刪除。不用擔心，可以繼續按照提示操作，也可以在項目欄位中新增項目。

步驟二

從「Basic」拉出「on start」區塊，然後插入「set strip to NeoPixel at pin P2 with 1 leds a Rgb (GRB format)」初始化P2埠的彩色LED為RGB。



步驟三

在「forever」區塊插入「show icon」表示智慧分貝測量儀正常運作。然後插入if條件，用於判斷P1埠上的模擬噪音感測器的數值。當該值大於30（在安靜的情況下）時，「strip show color」定設定為「red」。複製貼上完成的編碼，並將數值更改為40、50、60等等，為每個數值設定不同的顏色。


示範編碼

不同的分貝使彩色LED燈顯示不同的顏色。

 

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08 簡易肺活量測量儀Simple Spirometer

何謂「簡易肺活量測量儀」

• 肺活量測量儀用於身體檢查測試健康狀況。使用Micro:bit可製作簡單的肺活量計，了解自己的身體狀況。

簡單的肺活量測量儀的原理

• 模擬噪音感測器E-Blocks可檢測空氣的振動，分成5個等級。

材料

• 1 x 智慧家居套件
• 1 x 剪刀
• 1 x 膠水
• 1 x 紙板

製作方法

組裝黏貼如下圖：


硬體連接

將模擬噪音感測器連接到擴充板的P1埠，OLED螢幕連接到擴充板的IIC埠。


MakeCode

編碼

步驟一

進入MakeCode頁面，在分類欄目中點擊Advanced，然後點擊Extensions。


我們需要為智慧家居編程新增代碼庫。在編碼區底部找到「Add Package」，點擊後會出現一個消息框，搜尋「smart home」並下載此新代碼庫。

注意：如果出現提示說某些代碼庫將因不相容而被刪除。不用擔心，可以繼續按照提示進行操作，也可以在項目欄位中新增項目。

步驟二

從「Basic」拉出「on start」，從OLED中拖曳「initialize OLED」區塊插入，並初始化OLED螢幕。然後在Micro:bit上設定微笑圖標作為micro:bit的動畫設定。設定「show string welcome to the game」可在OLED螢幕上顯示字串，代表測試開始。


步驟三

在「forever」區塊中插入if條件設定，讀取P1埠的數值判斷其級別。Micro:bit的LED將針對不同級別顯示不同高度的長條圖。該圖示在最高級別會全螢幕顯示。OLED螢幕在不同的級別會顯示不同的數字。最高級別顯示5。複製上方編碼並判斷5個級別。


示範編碼：https : //makecode.microbit.org/_14sKK4Kyigs3

對著模擬噪音感測器吹氣，可以了解您的肺活量




09 測謊儀Lie Detector

在這個應用中，我們將建造一個簡單的測謊儀，通過測量皮膚的導電率來運作。感到緊張時，皮膚的導電率會增加，而濕度感測器可以吸收這些水分。使我們能夠判斷一個人是否說實話。


材料

• 1 x 智慧家居套件
• 1 x 安靜舒適的房間

硬體組裝

將土壤濕度感測器連接至擴充板的P1，將OLED螢幕插入擴充板的IIC埠。


MakeCode

編碼

步驟一

進入MakeCode頁面，在分類欄目中點擊Advanced，然後點擊Extensions。


我們需要為智慧家居編程新增代碼庫。在編碼區底部找到「Add Package」，點擊後會出現一個消息框，搜尋「smart home」並下載此新代碼庫。

注意：如果出現提示說某些代碼庫將因不相容而被刪除。不用擔心，可以繼續按照提示進行操作，也可以在項目欄位中新增項目。

步驟二

• 首先，如圖所示，使用OLED部分中的區塊初始化OLED。

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步驟三

• 這部分的程式碼讓土壤濕度感測器測量和記錄兩個手指之間每隔幾秒鐘的導電率，持續大約一分鐘，接著計算平均值。當使用者沒有說謊時，會是「calm」值。

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步驟四

• 取得並記錄了初始讀數之後，濕度感測器可測量超過五秒鐘的平均導電率。

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步驟五

• 在取得並記錄了初始讀數之後，濕度感測器現在可以測量超過五秒鐘的平均導電率。如果高於設定的標準偏差平均值，便可以得出使用者具有異常高的導電率，處於說謊狀態。LED螢幕會顯示「X」。

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步驟六

• 如果低於設定的標準偏差平均值，可以得出使用者具有正常的導電率，因此沒有說謊。LED螢幕會顯示「√」。

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示範編碼：https://makecode.microbit.org/_gvHXo5WVM8cP


10 簡易警報器Simple Alarm Box
 
材料

• 1 x 智慧家居套件
• 1 x 剪刀
• 1 x 膠水
• 1 x 紙板

製作方式

組裝黏貼如下圖：
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硬體組裝

將碰撞感測器連接到擴展板的P1埠；將彩虹LED連接到擴展板的P2埠


MakeCode

編碼

步驟一

進入MakeCode頁面，在分類欄目中點擊Advanced，然後點擊Extensions。


我們需要為智慧家居編程新增代碼庫。在編碼區底部找到「Add Package」，點擊後會出現一個消息框，搜尋「smart home」並下載此新代碼庫。

注意：如果出現提示說某些代碼庫將因不相容而被刪除。不用擔心，可以繼續按照提示進行操作，也可以在項目欄位中新增項目。

步驟二

首先，如圖所示，使用OLED部分中的塊初始化OLED。從Neopixel捕捉“設置為Neopixel”，在RGB模式下將P2埠的彩虹燈設置為單光。然後從Smarthome庫中捕捉“設置碰撞感測器”，並將其設置為P1埠以檢測碰撞感測器的按下情況。


步驟三

由於只有兩個條件，因此我們只需要一個“ else-if”語句。當按下碰撞感測器時，綠色的八達通LED將亮起。否則，如果未對碰撞感測器施加任何力，則紅色LED會持續閃爍。


示範編碼：https://makecode.microbit.org/_Kw71z94HdWsi
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我們可以看到綠燈照亮，如下圖所示。當我們拿走書或您放置的其他物品時，您會看到紅燈開始閃爍而綠燈關閉。



11 入侵偵測系統Intruder Detection

什麼是「入侵偵測系統」？

• 在這個應用中，我們會建造一組入侵偵測系統。有人開門時，系統會發出聲音。房子的狀態會顯示在OLED上。

簡單的入侵偵測原理

• 碰撞感測器接收到碰撞訊號後會將警報訊號傳送到Micro:bit。然後蜂鳴器會響起，而房屋的狀態會顯示在OLED上。

材料

• 1 x 智慧家居套件
• 1 x 剪刀
• 1 x 膠水
• 1 x 紙板

組裝如下：

正面&背面
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硬體組裝



MakeCode

編碼

步驟一

進入MakeCode頁面，在分類欄目中點擊Advanced，然後點擊Extensions。


我們需要為智慧家居編程新增代碼庫。在編碼區底部找到「Add Package」，點擊後會出現一個消息框，搜尋「smart home」並下載此新代碼庫。

注意：如果出現提示說某些代碼庫將因不相容而被刪除。不用擔心，可以繼續按照提示進行操作，也可以在項目欄位中新增項目。

步驟二

• 從「Basic」拖曳出「on start」區塊，設定P1埠為觸控檢測端。

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步驟三

• 由於只有兩個條件，因此只需要一個「else-if」條件指令。觸發碰撞感測器時，蜂鳴器會響，且OLED會顯示「Intruder Detected」；反之，如果碰撞感測器未感測到壓力，蜂鳴器不會響，且OLED會顯示「The house is safe。」

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示範編碼：https://makecode.microbit.org/_KVch9jJC86TW