用ROHM感測器套件製作Arduino LED聖誕樹
耶誕節近在咫尺！在此項目中，我們將利用Arduino Mega和RGB LED製作一顆小型LED Arduino壓克力（丙烯酸樹脂）聖誕樹。我們將利用ROHM溫度感測器和氣壓感測器來更改LED的顏色。程式的構建和編碼都很簡單。用這棵LED聖誕樹裝飾您的房間將非常有趣！
我的上一篇文章介紹了如何設定感測器研發板以及如何連接Arduino。如果您還沒看過該文，請點擊ROHM感測器評估套件概述!
該聖誕樹可以實現以下功能：
- 星形RGB LED交替改變顏色（迴圈顯示）。
- 兩個RGB LED（左上和右上）將根據局部溫度（範例程式中的溫度範圍為22到32攝氏度之間）改變顏色。
- 兩個RGB LED（左下方和右下方）將根據本地氣壓的變化而改變自身的顏色（範例程式中的氣壓範圍為1010至1020 hPa之間）。
硬體
- Arduino Mega 2560
- RGB LED (5個)
- 紅色 LED (5個)
- Arduino ROHM感測器研發板
- ROHM 溫度感測器 (BD1020HFV)
- ROHM 壓力感測器 (BM1383GLV)
- 接插線
- 195 x 195 x 3mm 壓克力板
- M3 尼龍六角墊柱
- 電阻 (39 歐姆)
軟體
- Arduino IDE
- ROHM 溫度感測器程式館 (http://micro.rohm.com/en/download_support/sensor_module/kiyaku.php?file=data/software/BD1020HFV.zip)
- ROHM 氣壓感測器程式館 (http://micro.rohm.com/en/download_support/sensor_module/kiyaku.php?file=data/software/BM1383GLV.zip)
工具
- 迷你鋼鋸
- Dremel 電動工具
- 電烙鐵
圖1 Arduino Mega 2650（左），ROHM Arduino研發板（右），ROHM感測器（上）
圖2 共陰極(-)RGB LED（左），共陽極(+)RGB LED（右）
圖3 接插線
圖4 12V電源
用壓克力製作樹的骨架
首先，讓我們使用壓克力製作聖誕樹的骨架。在一張適當大小的紙上畫一顆樹，並將紙蓋在壓克力板上，然後用小鋼鋸根據紙上的佈局將壓克力板切割成樹的樣子（圖5）。然後，根據以下需要安裝的器件，在骨架上鑽出足夠數量和尺寸的孔：
- Arduino Mega (3個 或 4個)
- RGB LED的連接電纜 (5個)
- 紅色LED (2×5)
利用剩餘的壓克力板切割出一個小的星形（圖6），然後將其粘到聖誕樹頂部（用CA膠或強力粘膠）。
圖5 壓克力板製作的聖誕樹骨架
安裝LED和接插線
將紅色LED插入聖誕樹的鑽孔內，注意所有紅色LED應該並聯連接，然後焊接連線。所有陽極（+）和陰極（-）分別連接在一起，請務必確保所有LED的位置正確，將39歐姆電阻序列焊接到紅色LED的陰極（-）。還要焊接2個連接器：紅色連接器應連至Arduino的24腳，棕色連接器應連至Arduino的GND腳。
RGB LED有兩種類型：共陰極（-）RGB LED，如圖2（左）所示；共陽極（+）RGB LED，如圖2（右）所示。兩者都可以在該項目中使用。兩者的唯一區別是：對於共陰極LED，您需要將（-）引腳連接到地（GND）；對於共陽極LED，您需要將（+）引腳連接到5V。
為了說明如何使用這兩種類型的RGB LED，我們將使用3個共陽極RGB LED（RGB LED1、RGB LED2和RGB LED3）和2個共陰極RGB LED（RGB LED4和RGB LED5）。用雙面膠將5個RGB LED粘貼到聖誕樹，請參見圖6。
圖6 安裝RGBLED、紅色LED和接插線的聖誕樹
具體安裝情況請參見圖7（背面）。最後，焊接LED、導線和電阻之間的所有連接。
圖7 背面
安裝RGB接插線
接下來，在每個RGB LED上連接三根接插線，R、G、B引腳各連接一根。這些接插線與Arduino Mega引腳的連接請參考圖8：
圖8安裝接插線的RGB LED
將3條平行線連接到RGB LED 1（+）、RGB LED 2（+）和RGB LED 3（+），線的另一端連至Arduino的5V引腳。
將2條平行線連接至RGB LED 4（-）和RGB LED 5（-），線的另一端連接至Arduino的GND引腳。
圖9 所有LED和接插線都已安裝
安裝Arduino和感測器
如下圖所示，將3個六角螺柱安裝到Arduino Mega上：
圖10 裝有六角螺柱的Arduino Mega
將ROHM研發板連接到Arduino Mega的頂部（確保引腳對齊），然後將ROHM溫度感測器插到Analog 2介面，並將ROHM氣壓感測器插到ROHM研發板板上的I2C介面。
圖11 頂部裝有ROHM感測器研發板以及兩個感測器的Arduino Mega
氣壓感測器可以使用1.8V或3V，而溫度感測器只能使用3V或5V。因此，我們必須用跳線將電壓設定為3V（圖12）。
有關ROHM感測器的更多資訊，請參閱ROHM感測器評估套件概述！
圖12 用跳線選擇3V
還記得我們為Mega鑽的安裝孔嗎？請用三顆螺釘將Mega和ROHM感測器研發板安裝到聖誕樹上。
圖13 安裝在聖誕樹上的Arduino Mega和ROHM研發板
現在，將RGB LED的三根接插線連至Arduino的對應引腳。連接線序請參考下表和圖8。下文的程式將使用以下引腳，因此請確保引腳的連接與下表匹配。
RGB LED接線與Arduino引腳的連接關係：
| Connection to Arduino | RGB R- Pin | RGB G- Pin | RGB B- Pin |
| RGB Led 1 | Arduino Pin 36 | Arduino Pin 34 | Arduino Pin 38 |
| RGB Led 2 | Arduino Pin 3 | Arduino Pin 4 | Arduino Pin 2 |
| RGB Led 3 | Arduino Pin 6 | Arduino Pin 5 | Arduino Pin 7 |
| RGB Led 4 | Arduino Pin 9 | Arduino Pin 8 | Arduino Pin 10 |
| RGB Led 5 | Arduino Pin 12 | Arduino Pin 13 | Arduino Pin 11 |
圖14 將RGB LED的接插線連至Arduino
然後將從RGB LED(+)引出的3條平行線連接到5V，將從RGB LED(-)引出的2條平行線連接到GND。
將從紅色LED(-)引出的線纜連至Arduino的另一個GND引腳，再把從紅色LED(+)引出的線纜連至引腳24。
圖15 將其他線纜連至Arduino
圖16 連線局部放大圖
固定底座，讓聖誕樹能夠獨立站立。現在，聖誕樹製作完成！圖17顯示了所有元件組裝完成的樣子：
圖17 完成的聖誕樹
編寫程式測試感測器
現在，我們用以下程式測試專案所使用的感測器。該程式是根據ROHM的兩個範例程式研發的。其基本概念就是從感測器讀取資料並將其列印到序列監視器中。
首先，請從以下網站下載兩個程式館（BM1383GLV.h和BD1020.h）：http://www.rohm.com/web/global/sensor-shield-support/pressure-sensor和http://www.rohm.com/web/global/sensor-shield-support/temperature-sensor
然後，將它們與之前已安裝的其他程式館一起複製到Arduino程式館中。接下來，複製以下程式並將其上傳到Arduino研發板。不要忘記在工具/板管理器（Tools/Board Manager）中指定“Arduino/Genuino Mega or Mega 2560”！
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//****************************************************************************** #include <Wire.h> #include <BM1383GLV.h> #include <BD1020.h> int tempout_pin = A2; BM1383GLV bm1383; BD1020 bd1020; //***********setup******************* void setup() { Serial.begin(9600); while (!Serial); bd1020.init(tempout_pin); byte rc; while (!Serial); Wire.begin(); rc = bm1383.init(); } //*********** start loop *************** void loop() { //******* read Barometric Pressure***** byte rc; float press; rc = bm1383.get_val(&press); if (rc == 0) { Serial.write("BM1383GLV (PRESS) = "); Serial.print(press); Serial.println(" [hPa]"); Serial.println();} //******** read Temperature ********** float temp; bd1020.get_val(&temp); //********* print to serial monitor ****** Serial.print("BD1020HFV Temp="); Serial.print(temp); Serial.print(" [degrees Celsius], ADC="); Serial.println(bd1020.temp_adc); //**************end loop*************** } //***************************************************************************** |
如果程式正確運行，打開序列監視器，您會看到與下圖類似的結果：
上傳最終程式
現在我們可以測試最終程式了。該程式會執行以下步驟：
- 讀取氣壓和溫度感測器的數值。
- 根據計數器的值設定RGB LED 1的顏色（即，每個迴圈計數器加1，如果值> 3，則將計數器重置為0）。
- 根據溫度讀數設定RGB LED 2和RGB LED 3的顏色。
- 根據氣壓讀數為RGB LED 4和RGB LED 5設定顏色。
接下來，請將以下程式複製到Arduino IDE中，然後根據當地環境更改溫度和大氣壓力的數值。
最後，根據表1和圖8，再次檢查引腳分配是否匹配。
一切正確後，請將程式上傳到研發板上。
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//****************************************************************************** #include <Wire.h> #include <BM1383GLV.h> #include <BD1020.h> BM1383GLV bm1383; int tempout_pin = A2; // analog temperature sensor BD1020 bd1020; //******* RGB Led 1 (non PWM) ******* int redPin1 = 36; int greenPin1 = 34; int bluePin1 = 38; //******* RGB Led 2 (PWM ) ******* int redPin2 = 3; int greenPin2 = 4; int bluePin2 = 2; //******* RGB Led 3 (PWM) ******* int redPin3 = 6; int greenPin3 = 5; int bluePin3 = 7; //******* RGB Led 4 (PWM) ******* int redPin4 = 9; int greenPin4 = 8; int bluePin4 = 10; //******* RGB Led 5 (PWM) ******* int redPin5 = 12; int greenPin5 = 13; int bluePin5 = 11; //******* red Led (non PWM) ******* int redLed = 24; int time1 = 1000; int time2 = 500; int count = 0; //uncomment this line if using a Common Anode LED #define COMMON_ANODE //******************************************************************************** void setup() { pinMode(redPin1, OUTPUT); pinMode(greenPin1, OUTPUT); pinMode(bluePin1, OUTPUT); pinMode(redPin2, OUTPUT); pinMode(greenPin2, OUTPUT); pinMode(bluePin2, OUTPUT); pinMode(redPin3, OUTPUT); pinMode(greenPin3, OUTPUT); pinMode(bluePin3, OUTPUT); pinMode(redPin4, OUTPUT); pinMode(greenPin4, OUTPUT); pinMode(bluePin4, OUTPUT); pinMode(redPin5, OUTPUT); pinMode(greenPin5, OUTPUT); pinMode(bluePin5, OUTPUT); pinMode(redLed, OUTPUT); Serial.begin(9600); while (!Serial); bd1020.init(tempout_pin); byte rc; while (!Serial); Wire.begin(); rc = bm1383.init(); } //*********************** start loop ************************************** void loop() { //*********************** read barometric oressure ************************ byte rc; float press; rc = bm1383.get_val(&press); if (rc == 0) { Serial.write("BM1383GLV (PRESS) = "); Serial.print(press); Serial.println(" [hPa]"); Serial.println();} //********************** read Temperature ******************************** float temp; bd1020.get_val(&temp); Serial.print("BD1020HFV Temp="); Serial.print(temp); Serial.print(" [degrees Celsius], ADC="); Serial.println(bd1020.temp_adc); Serial.println(count); //********************* set color for RGB Led 1 **************************** // This non PWM digital input, so we only put high (128 - 255) or low (0 -127) if (count == 0) {setColor1(128,128,128); // white delay(time1); setColor1(0, 0, 0); // off digitalWrite(redLed, HIGH); delay(time2); digitalWrite(redLed, LOW);} if (count == 1) {setColor1(255,0,0); // red delay(time1); setColor1(0, 0, 0); // off digitalWrite(redLed, HIGH); delay(time2); digitalWrite(redLed, LOW);} if (count == 2) {setColor1(0,255,0); // green delay(time1); setColor1(0, 0, 0); // off digitalWrite(redLed, HIGH); delay(time2); digitalWrite(redLed, LOW);} if (count == 3) {setColor1(0,0,255); // blue delay(time1); setColor1(0, 0, 0); // off digitalWrite(redLed, HIGH); delay(time2); digitalWrite(redLed, LOW);} count = count + 1; if (count > 3) {count = 0;} //********************* set color for RGB Led 2 and 3 ****************** if (temp > 32.00) // *********** Change temperature ( in degree Celcius) to adapt local temp ****** {setColor2(50, 0, 0);// red delay(time1); setColor2(0, 0, 0); // off digitalWrite(redLed, HIGH); delay(time2); digitalWrite(redLed, LOW);} else if (temp > 30.00) // *********** Change temperature ( in degree Celcius) to adapt local temp ****** {setColor2(50, 25, 0); delay(time1); setColor2(0, 0, 0); // off digitalWrite(redLed, HIGH); delay(time2); digitalWrite(redLed, LOW);} else if (temp > 28.00) // *********** Change temperature ( in degree Celcius) to adapt local temp ****** {setColor2(25, 50, 0); delay(time1); setColor2(0, 0, 0); // off digitalWrite(redLed, HIGH); delay(time2); digitalWrite(redLed, LOW);} else if (temp > 26.00) // *********** Change temperature ( in degree Celcius) to adapt local temp ****** {setColor2(0, 50, 0); // green delay(time1); setColor2(0, 0, 0); // off digitalWrite(redLed, HIGH); delay(time2); digitalWrite(redLed, LOW);} else if (temp> 24.00) // *********** Change temperature ( in degree Celcius) to adapt local temp ****** {setColor2(0, 50, 25); // delay(time1); setColor2(0, 0, 0); // off digitalWrite(redLed, HIGH); delay(time2); digitalWrite(redLed, LOW);} else if (temp > 22.00) // *********** Change temperature ( in degree Celcius) to adapt local temp ****** {setColor2(0, 25, 50); // delay(time1); setColor2(0, 0, 0); // off digitalWrite(redLed, HIGH); delay(time2); digitalWrite(redLed, LOW);} else if(temp <= 22.00) // *********** Change temperature ( in degree Celcius) to adapt local temp ****** {setColor2(0 ,0 ,50); //blue delay(time1); setColor2(0, 0, 0); // off digitalWrite(redLed, HIGH); delay(time2); digitalWrite(redLed, LOW);} //************************* set color for RGB Led 4 and 5 ****************** if (press > 1020.00) {setColor3(50, 0, 0); // red delay(time1); setColor3(0, 0, 0); // off digitalWrite(redLed, HIGH); delay(time2); digitalWrite(redLed, LOW);} else if (press > 1015.00) {setColor3(50, 50, 0); // yellow delay(time1); setColor3(0, 0, 0); // off digitalWrite(redLed, HIGH); delay(time2); digitalWrite(redLed, LOW);} else if (press > 1010.00) {setColor3(0, 50, 0); // green delay(time1); setColor3(0, 0, 0); // off digitalWrite(redLed, HIGH); delay(time2); digitalWrite(redLed, LOW);} else if (press <= 1010.00) {setColor3(0, 0, 50); // blue delay(time1); setColor3(0, 0, 0); // off digitalWrite(redLed, HIGH); delay(time2); digitalWrite(redLed, LOW);} //************************ end of loop ***************************************** } //******************************** RGB Led 1 ********************************************* void setColor1(int red1, int green1, int blue1) { #ifdef COMMON_ANODE red1 = 255 - red1; green1 = 255 - green1; blue1 = 255 - blue1; #endif analogWrite(redPin1, red1); analogWrite(greenPin1, green1); analogWrite(bluePin1, blue1); } //*******************************RGB Led 2 ********************************************** void setColor2(int red2, int green2, int blue2) { #ifdef COMMON_ANODE red2 = 255 - red2; green2 = 255 - green2; blue2 = 255 - blue2; #endif analogWrite(redPin2, red2); analogWrite(greenPin2, green2); analogWrite(bluePin2, blue2); analogWrite(redPin3, red2); analogWrite(greenPin3, green2); analogWrite(bluePin3, blue2); } //***************************** RGB Led 3 ************************************************* void setColor3(int red3, int green3, int blue3) { analogWrite(redPin4, red3); analogWrite(greenPin4, green3); analogWrite(bluePin4, blue3); analogWrite(redPin5, red3); analogWrite(greenPin5, green3); analogWrite(bluePin5, blue3); } //***************************** end of program******************************** |
如果一切正常，請運行該程式。運行結果應該與上面視訊中展示的情況類似。上述視訊演示了電子聖誕樹的工作原理。如果利用吹風機將溫度升高，那麼RGB LED 2和RGB LED 3的顏色會從綠色變成紅色；當溫度恢復正常時，LED燈的顏色會變回綠色。
我希望您能喜歡這個項目！祝大家聖誕快樂，新年快樂！
圖18 最終的聖誕樹（前視圖）
圖19 完成的聖誕樹（側視圖）
Purnomo Nuhalim
來自墨爾本的Purnomo是一名退休人員，也是電子發燒友。目前，他正使用Arduino和Raspberry Pi從事各種開放式硬體專案的研發。除了電子學，他還對航空建模和天文學充滿熱情。
