1、 0 投稿類別：工程技術類 篇名： 魔法的手 作者： 王翊安。臺北市立松山工農。子三仁班 顏心怡。臺北市立松山工農。子三仁班 指導老師： 洪茂松老師 PDF 檔案使用 “pdfFactory“ 試用版本建立 魔法的手 1 壹前言 一、研究動機 有些人面臨意外的發生或是先天上的缺失，造成不方便行動，連在睡覺站起來關燈都可能相當困難。於是我們針對這種情況，製作一個可自動控制開關及亮度的檯燈，讓那些行動不便的朋友們，得到更多的便利。 二、研究目的 為了能讓使用者以簡便的方式改變燈條的開關及亮度，我們使用三軸重力加速感測器，讓燈條能夠隨著使用者的手往上移或往下移而改變燈條變亮或變暗，再配合無線電發射模
2、組，來製作遙控器。 貳正文 一、主要電路 (一) 遙控器電路，如圖(1)所示。 1. 先由三軸重力加速感測器來感測使用者的位移方向，愈往上移輸出電壓愈高，反之，愈往下移出輸出電壓則越低。 2. 將三軸重力加速感測器輸出之電壓經過OPA放大器及ADC，即可用無線電發射器傳送至檯燈電路。 圖(1) 遙控器電路流程圖 (二) 檯燈電路，如圖(2)所示。 重力感測模組 放大模組 ADC模組 無線電發射模組 PDF 檔案使用 “pdfFactory“ 試用版本建立 魔法的手 2 1. 用無線電接收器接收由二進制所表示的電壓訊號，再用DAC轉換回直流電壓接上OPA 放大器，放大至燈條可用之電壓，再經由達靈
3、頓電晶體放大電流。 2. LED燈條可隨電壓變化改變亮度。 圖(2) 燈條電路流程圖 二、研究過程 (一) 重力感測模組 The ADXL335 is a small, thin, low power, complete 3-axis accel-erometer with signal conditional outputs. The product measures acceleration with a minimum full-scale range of 3 g. It can measure the static acceleration resulting from motion
4、, shock, or vibration.【1】 (ADXL335 Datasheet)。ADXL335是一顆三軸重力加速感測器，外型如圖(3)，其Y軸之電壓變化可經由使用者上下移動而變動，如圖(4)。也可經由ADXL335的偏轉角度改變輸出電壓，偏轉045度電壓輸出會變大，偏轉0-45度電壓輸出則變小，如圖(5)及圖(6)。 圖(3) ADXL335 DAC模組 無線電接收模組 放大模組 電流放大模組 燈條 PDF 檔案使用 “pdfFactory“ 試用版本建立 魔法的手 3 圖(4) ADXL335電壓隨加速度變化 圖(5)ADXL335偏轉角度(0度、45度、-45度) 圖(6) A
5、DXL335電壓隨手部轉動變化 PDF 檔案使用 “pdfFactory“ 試用版本建立 魔法的手 4 (二) 放大模組 1. 公式： 112434212 )1( VRRRRRVRRVo -+= 【2】(徐慶堂、黃天祥。學子學)，如圖(7)。 圖(7) OPA 減法放大器 2. 由於ADXL335之輸出電壓只有幾百mV，無法驅動ADC轉換，因此用OPA 非反相減法放大器先將ADXL335之電壓放大。代入上述公式，設計出此電路，如圖(8)。實體圖如圖(9)。 圖(8) 放大模組電路圖 PDF 檔案使用 “pdfFactory“ 試用版本建立 魔法的手 5 圖(9) OPA 放大模組實體圖 (三)
6、 ADC模組 在此我們用了ADC0804，為了使OPA 減法放大器輸出的電壓變成數位的二進制(00001111)。但是ADC每次重新接通電源都需要一個脈波給它，否則無法轉換成正確的二進制，因此我們加了一顆555無穩態振盪器直接產生脈波驅動它。電路如圖(10)，實體圖如圖(11)。 圖(10) ADC電路 PDF 檔案使用 “pdfFactory“ 試用版本建立 魔法的手 6 圖(11) ADC實體圖 (四) 無線電發射模組 無線電採用的功能是不斷的發射訊號，進行實測時發現，雖然三軸重力加速感測器上下移動時，ADC轉換出的二進制能夠隨之改變，但是無線電無法穩定的傳送訊號。經由討論後發現，555無
7、穩態振盪器所產生的脈波頻率太高，導致無線電接收器來不及接收ADC所轉換出的二進制，所以我們重新設計555無穩態振盪器的頻率得以改善此現象。實體路如圖(12)。 圖(12) 無線電發射模組實體圖 (五) 電流放大模組 1. 檯燈電路中的DAC接至OPA 放大後，本來以為可以直接接到LED燈條用電壓變化(712V)改變其燈條亮度，但經過多次實PDF 檔案使用 “pdfFactory“ 試用版本建立 魔法的手 7 驗後發現，在沒有接 LED燈條的條件下OPA 可正常 712V輸出，但接上LED燈條後卻只能產生710V。 2. 因此我們判定是因為OPA 輸出電流不足導致，於是我們加了達靈頓電晶體放大電
8、流，達靈頓電路的特性：(1) 高輸入阻抗，比單級射極隨耦器更高。(2) 低輸出阻抗。(3) 高電流增益。AI=(+1)22 。【3】(王金松 (2014年)。電子學總複習講議(全)。) 3. 因此設計出如圖(13)及圖(14)之電路，以獲得改善。 圖(13) 電流放大模組電路圖 圖(14) 電流放大模組實體圖 PDF 檔案使用 “pdfFactory“ 試用版本建立 魔法的手 8 參結論 在本實驗中可以發現以前所學的公式不一定是百分之百正確的，由於過去我們所學的皆是理想的狀態時的公式，因此在真正實驗時往往會發現有部分誤差。因此本實驗中有些固定電阻值並不是一開始設計的，而是經過可變電阻調出我們希
9、望產生的電壓後，用三用電錶量出電阻值，再改裝成固定電阻。 另外，在本實驗中電源問題也令我們相當困擾，一個電路裡都需要多種電源，在遙控器電路中採用鈕扣型電池提供ADXL335所需的+3V、9V乾電池提供OPA所需的9V，再利用分壓的方式，分壓出5V給和ADC、NE555、無線電發射器。在燈條電路中， 使用12V乾電池接出12V給OPA及電晶體使用之外，再分壓成5V給DAC和無線電接收器。但用分壓的方式提供較小的電壓，造成了不必要的浪費，希望下次能夠改進此問題。 最後完成的燈條亮度情況如圖(15)、圖(16) 及圖(17)。 圖(15) 燈條最暗 圖(16) 燈條中間亮度 圖(17) 燈條最亮 肆引註資料 【1】ADXL335 Datasheet. from https:/ 【2】徐慶堂、黃天祥(2011 年)。學子學。新北市。台科大圖書股份有 限公司。 PDF 檔案使用 “pdfFactory“ 試用版本建立 魔法的手 9 【3】王金松 (2014年)。電子學總複習講議(全)。新北市：科友圖書股份有 限公司。 PDF 檔案使用 “pdfFactory“ 試用版本建立
