Keyes microbit 綠能智慧小屋學習套件 (課程-程式編寫第三集)|奧斯丁國際有限公司 OURSTEAM Internationl

Keyes micro:bit 綠能智慧小屋學習套件組-程式編寫【第三集】

第三集之程式說明有以下專案

Project 11：下雨警報

Project 12：模擬氣體（MQ-2）感測器

Project 13：氣體洩露檢測儀

Project 14：DHT11溫濕度感測器

Project 15：環境溫濕度表

Project 16：多功能智慧小屋

Project 17：手機藍牙控制LED燈

Project 18：手機藍牙操控智慧小屋

簡介

前面我們組裝好了microbit V2 綠能智慧小屋。
接下來的項目我們就要由簡單到複雜，一步一步探索micro:bit的世界了!

Keyes microbit V2 綠能智慧小屋學習套件組是以microbit V2為主控板，其中包含14個感測器和模組(由1602 LCD，DHT11 溫溼度感測器，MQ_2 模擬氣體感測器，人體紅外線釋熱感測器，黃色LED模組，6812 RGB燈，伺服馬達，水蒸氣感測器， microbit藍芽等模組)組成。

小屋也具備USB充電孔和太陽能充電，並藉由感測器及模組來分別檢測和控制家庭環境的溫度、濕度、可燃氣體濃度、門窗開關，並能把各類環境訊息顯示於1602 LCD 螢幕。也可以透過手機或 iPad 的 APP做為操作端，來查看任何環境資訊。

micro:bit 程式範例課程：

【一】感應器/模組位置對照圖
【二】課前準備
【三】Makecode 程式課程
【四】完成品

Project 1：LED閃爍

Project 2：LED亮度調節

Project 3：6812 2x2全彩RGB

Project 4：人體紅外熱釋電感測器

Project 5：感應燈

Project 6：伺服馬達角度調節

Project 7：小風扇轉動

Project 8：太陽能與USB充電鋰電池電源模組

Project 9：1602 LCD

Project 10：水滴水蒸氣感測器

Project 11：下雨警報

Project 12：模擬氣體（MQ-2）感測器

Project 13：氣體洩露檢測儀

Project 14：DHT11溫濕度感測器

Project 15：環境溫濕度表

Project 16：多功能智能小屋

Project 17：手機藍牙控制LED燈

Project 18：手機藍牙操控智能小屋

一. 感測器/模組位置對應圖

二.課前準備

在程式課程開始前，我們需要在Makecode平台擴充綠能智慧小屋需要使用的積木，才能進一步進入編寫程式，可以藉由以下方法添加microbit綠能智慧小屋的擴充積木。需要下載擴充的積木【IoT_keyestudio】

1. 於MakeCode平台的程式選單中點擊Extensions (擴充)。

2. 輸入"https://github.com/keyestudio2019/ks_IoT"為此套件下載額外的擴充程式。

如果您遇到提示說明：由於擴充程式不相容，將刪除某些擴充程式，此時您可以按照提示繼續操作或再創建一個新的程式專案。

3. 安裝完成後，你可以在左側找到DHT11/DHT22和I2C_LCD1602的擴充積木，同時也下載安裝了Neopixel擴充積木。

Project 11：下雨警報

1.實驗介紹：

水滴水蒸氣感測器在生活中應用是比較廣泛的，例如：下雨警報器，汽車自動刮水系統、智慧燈光系統和智慧天窗系統等。在前面的專案實驗中，我們已經知道了水滴水蒸氣感測器的工作原理，那麼在本專案實驗中，我們將水滴水蒸氣感測器，microbit上的揚聲器和黃色LED相結合，製作一個簡單的下雨警報器。

二. 程式設計

組合指令方塊：

Microbit擴展板	水滴水蒸氣感測器	Microbit擴展板	黃色LED模組
GND	G	GND	G
3V3	V	5V	V
S（0）	S	S（16）	S

三.實驗結果：

檔案下載到micro:bit主機板，並且外接電源供電，將擴展板上的撥碼開關撥到ON端，再將船型開關上的“1”端按下。Microbit主機板上的LED點陣顯示“笑臉”圖案，水滴水蒸氣感測器檢測到的類比信號大於500時，microbit主機板上的揚聲器發出急促的“滴滴”聲音，同時黃色LED閃爍；否則，揚聲器不發聲，黃色LED熄滅。

四.完成品：

Project 12：模擬氣體（MQ-2）感測器

一.實驗介紹：

氣體感測器（MQ-2）可用於家庭用氣體洩漏報警器、工業用可燃氣體報警器以及可擕式氣體檢測儀器，適宜於液化氣、苯、烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測，被廣泛運用到各種消防報警系統中。故因此，氣體感測器（MQ-2）可以準確來說是一個多種氣體探測器，同時還具有靈敏度高、響應快、穩定性好、壽命長、驅動電路簡單等優點。

氣體感測器（MQ-2）檢測可燃氣體與煙霧的濃度範圍是300~10000ppm，對天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對烷類煙霧更為敏感。在使用之前必須加熱一段時間，這樣輸出的電阻和電壓較準確。但是加熱電壓不宜過高，否則會導致內部的信號線熔斷。

模擬氣體（MQ-2）感測器屬於二氧化錫半導體氣敏材料，屬於表面離子式N型半導體。處於200~300攝氏度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當與空氣中可燃氣體和煙霧煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘收到煙霧的調至而變化，就會引起表面導電率的變化。利用這一點就可以獲得煙霧或可燃氣體存在的資訊，空氣中煙霧或可燃氣體的濃度越大，導電率越大，輸出電阻越低，則輸出的類比信號就越大。
此外，通過旋轉電位器可以調整氣體感測器（MQ-2）靈敏度。上電後，感測器上的一個指示燈亮綠燈，並且還可以調節藍色的正方體電位器，使模組上另一個指示燈介於不亮與亮之間的臨界點時，靈敏度最高。

類比氣體（MQ-2）感測器的規格參數：

工作電壓：	3.3-5V
工作電流：	160mA (DC5V)
工作溫度：	0°C ~ 40°C
控制介面：	數位、類比輸出
檢測濃度：	300-10000ppm(可燃氣體)
濃度斜率：	≤0.6(R3000ppm/R1000ppm C3H8)
靈敏度：	Rs(in air)/Rs(1000ppm異丁烷)≥5
敏感體表面電阻（Rs）	2KΩ-20KΩ(in 2000ppm C3H8 )

MQ-2特點：
（1）具有信號輸出指示。
（2）雙路信號輸出（類比量輸出及TTL電平輸出）
（3）TTL輸出有效信號為低電平。（當輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機）
（4）類比量輸出0~5V電壓，濃度越高電壓越高。
（5）對液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度。
（6）具有長期的使用壽命和可靠的穩定性
（7）快速的回應恢復特性。

二. 程式設計

組合指令方塊：

Microbit 擴展板	模擬氣體（MQ-2）感測器
GND	G
5V	V
S（1）	D

三.實驗現象

先將micro:bit與Make Code平台連接:

1. 檔案下載到micro:bit主機板，利用micro USB資料線上電，並且外接電源供電，將擴展板上的撥碼開關撥到ON端。這樣，microbit主機板上的LED點陣屏顯示“笑臉”圖案。而且，氣體感測器（MQ-2）的一個指示燈亮綠燈，並且還可以調節藍色的正方體電位器，使模組上另一個指示燈介於不亮與亮之間的臨界點時，靈敏度最高。

2.顯示串口輸出資料，未用打火機氣體對著氣體感測器(MQ-2)時，串口顯示的是數位信號1；當用打火機氣體對著氣體感測器（MQ-2）時，串口顯示的是數位信號0，同時模組上的一個指示燈亮紅燈。如下圖所示：

3.如果你的電腦系統是Windows7/8而不是Windows 10，則在Google Chrome中是無法進行設備配對，這裡需要使用CoolTerm軟體來讀取串口數位的。
打開CoolTerm，點擊Options，選擇SerialPort，設置COM口和串列傳輸速率，串列傳輸速率設置為115200（經過測試，micro:bit主機板的USB串口通訊串列傳輸速率是115200），點擊OK後，最後點擊Connect。未用打火機氣體對著類比氣體（MQ-2）感測器時，串口顯示的是數位信號1；當用打火機氣體對著類比氣體（MQ-2）感測器時，串口顯示的是數位信號0，同時模組上的一個指示燈亮紅燈。如下圖所示：

四.完成品

電腦監控畫面:

Project 13：氣體洩露檢測儀

一.實驗介紹：

一些家庭裡會使用到煤氣，煤氣的主要成分有：CO、CO2、N2、H2、CH4，其中的主要可燃成分是一氧化碳CO，而CO會和人體中的血紅蛋白結合。當人吸入的煤氣多了就會出現煤氣中毒，就是CO中毒，病人會頭痛、頭暈、無力等多種症狀。當被測氣體發生洩漏時，濃度值顯示值增加。超過報警設定值時，報警指示燈閃爍，報警器鳴響。當探頭移入洩漏源時，氣體檢測濃度顯示器上的值在增加,，並記錄讀數。所以這時我們需要一個可以檢測煤氣是否洩漏的裝置。
那麼在本項目實驗中，我們將氣體感測器（MQ-2）、黃色LED、microbit主機板上的揚聲器和1602 LCD相結合，也來模擬一個簡易的氣體洩露檢測儀。

添加1602 LCD的擴充檔：
需要添加1602 LCD模組的擴充檔，連結：https://github.com/keyestudio2019/ks_IoT ，添加方法參照Project 9：1602 LCD

二. 程式設計

組合指令方塊：

Microbit擴展板	模擬氣體（MQ-2）感測器	Microbit 擴展板	黃色LED 模組	Microbit 擴展板	1602 LCD 模組
GND	G	GND	G	GND	GND
5V	V	5V	V	5V	5V
S（1）	D	S（16）	S	SDA	SDA
				SCL	SCL

三.實驗結果：

檔案下載到micro:bit主機板，並且外接電源供電，將擴充板上的撥碼開關撥到ON端，再將船型開關上的“1”端按下。Microbit主機板上的LED點陣顯示“笑臉”圖案，用打火機氣體對著模擬氣體（MQ-2）感測器時，1602 LCD第一行顯示“MQ-2”，第二行顯示“gas leakage”，同時microbit主機板上的揚聲器發出急促的“滴滴”聲音，黃色LED閃爍；否則，揚聲器不發聲，黃色LED熄滅，1602 LCD不顯示。

四. 完成品

Project 14：XHT11溫濕度感測器(完全相容DHT11)

一.實驗介紹：

XHT11溫濕度感測器（XHT11完全相容DHT11）是一款含有已校準數位信號輸出的溫濕度複合感測器，其精度：濕度±5%RH，溫度±2℃；量程：濕度20-90%RH，溫度0~50℃。XHT11溫濕度感測器應用專用的數位模組採集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性。XHT11溫濕度感測器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，非常適用於對精度和即時性要求不高的溫濕度測量場合。
XHT11有三個引腳，分別為V，G，和S。S為資料輸出的引腳，使用的是串列通訊。

2.XHT11溫濕度感測器的規格參數：

工作電壓：	3.3V-5V（DC）
最大工作電流：	50mA
最大功率：	0.25W
控制介面：	數位雙向單匯流排
溫度範圍：	0-50℃（±2℃）
濕度範圍：	20-90%RH（±5%RH）
工作溫度：	-25℃~+60℃

有關XHT11溫濕度感測器的其它知識：

XHT11溫濕度感測器的單匯流排格式定義：

名稱	單匯流排格式定義
起始信號	微處理器把資料匯流排（SDA）拉低一段時間至少 18ms（最大不得超過 30ms），通知感測器準備資料。
回應信號	感測器把資料匯流排（SDA）拉低 83µs，再接高 87µs 以回應主機的起始信號。
濕度	濕度高位為濕度整數部分資料，濕度低位元為濕度小數部分資料
溫度	溫度高位為溫度整數部分資料，溫度低位元為溫度小數部分資料，且溫度低位元 Bit8 為 1 則表示負溫度，否則為正溫度。
校驗位	校驗位元元＝濕度高位+濕度低位元元+溫度高位+溫度低位元元

HT11溫濕度感測器資料時序圖：
使用者主機（MCU）發送一次開始信號後，XHT11 從低功耗模式轉換到高速模式，待主機開始信號結束後，XHT11 發送回應信號，送出 40bit 的資料，並觸發一次信採集。信號發送如圖所示。

二. 程式設計

組合指令方塊：

Microbit擴展板	XHT11溫濕度感測器
GND	G
5V	V
S（2）	S

三.實驗現象:

先將micro:bit與Make Code平台連接:

檔案下載到micro:bit主機板，利用micro USB資料線上電。並且外接電源供電，將擴展板上的撥碼開關撥到ON端，再將船型開關上的“1”端按下。這樣，microbit主機板上的LED點陣屏顯示“笑臉”圖案。

1.

2.顯示串口輸出資料，XHT11溫濕度感測器檢測到當前環境中的溫濕度數值。如下圖所示：

3.如果你的電腦系統是Windows7/8而不是Windows 10，則在Google Chrome中是無法進行設備配對，這裡需要使用CoolTerm軟體來讀取串口數位的。
打開CoolTerm，點擊Options，選擇SerialPort，設置COM口和串列傳輸速率，串列傳輸速率設置為115200（經過測試，micro:bit主機板的USB串口通訊串列傳輸速率是115200），點擊OK後，最後點擊Connect。CoolTerm的串口監視器顯示DHT11溫濕度感測器檢測到當前環境中的溫濕度數值。如下圖所示：

四. 完成品:

Project 15：環境溫濕度表

一. 實驗介紹：

冬季的空氣中的濕度很低，就是空氣很乾燥，再加上寒冷，人體的皮膚就容易過於乾燥而裂，所以需要再用加濕器給家裡的空氣增加濕度，但是怎麼知道空氣過於乾燥了呢？那就需要檢測空氣濕度的設備。前面我們已經瞭解過XHT11溫濕度感測器的工作原理，那麼在本專案試驗中，我們結合溫濕度感測器和1602 LCD來做個簡易的環境溫濕度表。

添加1602 LCD庫和DHT11庫：
需要添加擴充檔的連結：https://github.com/keyestudio2019/ks_IoT，
添加方法參照Project 9：1602 LCD或Project 14：DHT11溫濕度感測器。

二. 程式設計

組合指令方塊：

Microbit擴展板	XHT11溫濕度感測器	Microbit擴展板	1602 LCD模組
GND	G	GND	GND
5V	V	5V	5V
S（2）	S	SDA	SDA
		SCL	SCL

4.實驗結果：

檔案下載到micro:bit主機板，microbit主機板上的LED點陣顯示“笑臉”圖案。外接電源供電，將擴展板上的撥碼開關撥到ON端，再將船型開關上的“1”端按下。1602 LCD顯示DHT11溫濕度感測器檢測到當前環境中的溫濕度值。

四. 完成品:

Project 16：多功能小屋

一. 實驗介紹：
將多種模組結合一起，模仿智慧家居，例如: 人體紅外熱釋感測器、小風扇、自動關窗等。

實驗準備：
（1）已安裝好Micro:bit主機板的microbit智能家居。
（2）通過micro USB線連接micro:bit主機板和電腦。
（3）添加擴充庫，連結：https://github.com/keyestudio2019/ks_IoT

實驗現象及操作:

上傳程式到micro:bit主機板，上傳成功後，外接電源供電。
將擴充板上的開關撥到ON端，再將船型開關上的“1”端按下。

micro:bit的LED面板顯示"房子"

① 手在人體紅外熱釋感測器移動時，黃色LED點亮，否則黃色LED熄滅。

② 在水滴水蒸氣感測器上觸碰 (用手指模擬濕度提高)，當類比信號＞300時 (下雨)，窗戶關閉，而類比信號≤300 (沒下雨)時，窗戶打開。

③ 當用打火機打出氣體並對著模擬氣體(MQ-2)感測器時，儀器偵測到危險氣體，為吹散危險氣體，故小風扇轉動。

二. 程式設計

四. 完成品

Project 17：藍牙控制LED燈

一.實驗介紹：
藍牙APP的簡單使用，控制一個LED亮滅。

實驗準備：

(1)安裝我們提供的藍牙APP

Android：直接使用我們提供的安裝包APK

安裝包 APK 網址:
https://drive.google.com/drive/folders/1AKm9FvDNOylr6rI31tt5a0NpyG57SBP7?usp=sharing

ios：在App Store中搜索 IoT microbit 就可以找到了。

(2)添加藍牙擴充檔，在擴展裡面直接搜索bluetooth就可以找到藍牙擴充積木，如下圖

二. 程式設計

注意：寫完程式後，需要將專案設置改為無需配對並保存，如下圖操作

4.實驗現象及操作:

(1)燒錄程式到microbit主機板，打開智慧家居的電源開關，打開藍牙APP並點擊Connect進行連接，如下圖

(2)點擊搜索到的microbit主機板藍牙名稱

(3)連接成功後，點擊一下LED燈的按鈕

成功的話，可以看到智慧家居的LED亮起，再點擊一下LED按鈕，LED燈便會熄滅。

四. 完成品

Project 18：藍牙智能家居

一.實驗介紹：
實現使用藍牙作為通訊的智慧家居。這課的代碼是在Project 16和Project 17這兩課的基礎之上，建議先學完這兩課。

實驗準備：

(1) 安裝藍牙APP

APP安裝方法參照Project 17.

添加藍牙擴充檔，在擴展裡面直接搜索bluetooth就可以找到藍牙擴充積木檔，如下圖

添加我們提供的擴充檔，連結：https://github.com/keyestudio2019/ks_IoT

3.示例代碼:

因此程式檔案過大，經測試後，確認無法從Makecode中燒入程式至microbit

請點擊此資料夾中，下載Project 18的程式Hex檔到電腦中。
並將檔案拖曳至micro:bit中，就可以完成燒入程式了!

4.實驗現象及操作:

(1)燒錄程式到microbit主機板，打開智慧家居的電源開關，打開藍牙APP並點擊Connect進行藍牙連接。

(2)藍牙APP操作和現象如下圖

摩斯密碼鎖:
按microbit主機板上按鍵A和B輸入密碼，LCD屏顯示輸入的密碼，同時按下A和B確認密碼。
密碼..--
先按A鍵輸入”. ”兩次，再按B鍵輸入”- ”兩次

密碼正確:1602 LCD螢幕上第一行顯示"Successful" + 第二行顯示"Open the door"，同時門打開
密碼錯誤:LCD顯示Error兩秒後，再顯示"Enter password"，可重新輸入密碼。

四. 完成品

Keyes 綠化智慧小屋第一集

Keyes 綠化智慧小屋第二集

Keyes microbit 綠能智慧小屋學習套件 (課程-程式編寫第三集)

Keyes micro:bit 綠能智慧小屋學習套件組-程式編寫【第三集】

Project 11：下雨警報

Project 12：模擬氣體（MQ-2）感測器

Project 13：氣體洩露檢測儀

Project 14：XHT11溫濕度感測器(完全相容DHT11)

Project 15：環境溫濕度表

Project 16：多功能小屋

Project 17：藍牙控制LED燈

Project 18：藍牙智能家居

Keyes 綠化智慧小屋 第一集

Keyes 綠化智慧小屋第一集