faya-nugget 電子積塊資源天地: 創意組合 : 夢幻泡泡機

學習目標 :利用faya電子積塊製作一吹泡泡機器人
學習時間 : 180min
使用模組 : (1) UNO (相容版)
                 (2) 電源底板
                 (3) 步進馬達模組
                 (4) 觸碰開關模組
                 (5) 直流馬達模組
工具 : 樂高積木 / 底板 (相容)
          泡泡水
          泡泡水容器
          泡泡桿
====================相關知識====================
這篇文章中所用到的模組使用方式及相關知識整理如下，需進一步了解時可點進去參考:
功能介紹 : faya電子積塊與LEGO積木的結合
模組介紹 : faya電源底板
模組介紹 : faya觸控開關模組
模組介紹 : faya直流馬達模組
模組介紹 : faya步進馬達模組

======================開箱======================
夢幻泡泡機(型號NTG-501)是fayalab的第一款創意組合系列產品，所使用的牛皮紙盒能夠放下32x16的積木底板，並且配合罐裝泡泡水的高度，PIZZA盒款的盒裝方式對於使用後的收納也十分很方便。

盒內包含了製作夢幻泡泡機所需的全部模組及附件:
1.泡泡水       2.泡泡桿       3.泡泡盒
4.UNO主板       5.電源底板模組    6.步進馬達模組       7.直流馬達模組 8.觸碰開關模組
9.積木包       10.塑膠螺斯/螺帽/柱       11.跳線盒       12.USB傳輸線
13.積木柱子/風扇葉片    14.電源線(A)/(B)    15.積木底板

===================範例實作=====================
目標:
(1) 按下觸控開關
(2) 步進馬達逆時針旋轉180度，轉至下方容器中
(3) 停頓2秒讓泡泡桿子沾泡泡水
(4) 步進馬達順時針旋轉180度，轉至風扇葉面處
(5) 直流馬達啟動，讓風扇葉片吹出泡泡。

組裝:首先把[4.UNO主板]、[5.電源底板模組]和[10.塑膠螺斯/螺帽/柱]組合在一起，讓UNO主板能和積木底板結合，同時提供簡便的電源介面提供電源給其他模組，詳細組裝過程請看[模組介紹 : faya電源底板]，完成後如下圖所示:

接著把[16.步進馬達模組]、[17.直流馬達模組]、[18.觸碰開關模組]的四個角落裝上[13.積木柱]，記得步進馬達的需要疊三個柱子，詳細組裝過程請看[功能介紹 : faya電子積塊與LEGO積木的結合]，完成後如下圖所示:

把步進馬達模組的軸心也裝上兩顆積木柱子，完成後如下圖所示

接下來開始組裝積木，請大家注意，由於模組所組裝的位置須配合程式才能正常運作，因此建議第一次組裝時，可以先跟著這個範例組裝，配合所提供的程式，先熟悉此作品的運作原理，之後再自行更改成想要的造型!

首先從[9.積木包]中拿出下列4顆大小相同的積木(顏色不拘)，置於[15.積木底板]如下圖中同樣的位置

接著在如下圖相同位置建一個立方體 (長 x 寬 x 高 = 6 x 5 x 4)，稍後會在它的上方擺觸控開關模組，為了避免到最後積木數量不足，此立方體穩固就好，無須實心。長和寬的數字大表積木上圈圈顆粒的數量，如下圖所示:

高 = 4代表4層積木高

接著在底板中央，下圖中相同位置蓋另一個立方體 (長 x 寬 x 高 = 4 x 12 x 5)，此立方體可用各種大小的積木組合而成，穩固就好，無須實心，但最上一層須補滿。

另一個角度

接著用積木製作一個 (長 x 寬 x 高 = 2 x 8 x 6) 的立方體，此立方體同樣可用各種大小的積木組合而成，4個角落需使用轉90度的積木，如下圖所示

上視圖長這樣

右視圖長這樣

背面看起來長這樣

完成後把這個扁扁的立方體組在剛剛最高的立方體上，位置如下圖所示

接著用兩顆2 x 4的積木組在最上方

完成後就可以開始組裝步進馬達模組，如果前幾步的組裝過程沒錯的話，步進馬達的四個柱子應能夠穩穩地垂直安裝在立方體上，如下圖所示

正面圖如下

再來把觸空開關模組和UNO主板安裝在下圖白色圈圈的位置

完成後如下圖所示

另一個角度

接下來拿出最後一個還沒用到的直流馬達模組，把風扇葉片安裝在馬達軸上，然後將整片模組安裝在(長 x 寬 = 6 x 8)的平板積木上。

將這塊結合直流馬達模組的6x8的平板積木安裝在圖下的位置

接著拿出吹泡泡桿子，此桿子的一端可直接套在在步進馬達軸上的白積木柱子上固定，另一端則對準直流馬達上的風扇，如下圖所示。

接線:
(1) 電源線連接
如下面幾張圖所示，連接的說明請看這篇文章或簡易版，先用一跳電源線(A)將Arduino的電源引到電源底板

接著用一條電源線(B)將電源從底板引到觸控開關模組

然後用另一條電源線(B)將電源從觸控開關模組引到直流馬達模組

最後用一條電源線(B)將電源從觸控開關模組引到直流馬達模組，注意不要讓電源線卡到風扇的葉片。

(2) 訊號線連接

Arduino_A1 ===> 步進馬達模組_A
Arduino_A2 ===> 步進馬達模組_B
Arduino_A3 ===> 步進馬達模組_/A
Arduino_A4 ===> 步進馬達模組_/B

Arduino_A0 ===> 觸控開關模組_OUT

Arduino_4 ===> 直流馬達模組_DIR
Arduino_5 ===> 直流馬達模組_SIG

範例程式:

	// 2017/5/3
	// Faya-Nugget 範例程式 (BubbleMaker_1.ino)
	// 單元: 創意組合-夢幻泡泡機
	// 網址: http://fayalab.blogspot.com/2017/05/blog-post.html
	// 目標 (1) 按下觸控開關
	// (2) 步進馬達逆時針旋轉180度，轉至下方泡泡水容器中
	// (3) 停頓2秒讓泡泡桿子沾泡泡水
	// (4) 步進馬達順時針旋轉180度，轉回風扇葉片處
	// (5) 直流馬達啟動，讓風扇葉片吹出泡泡
	// 注意事項: 泡泡桿子起始位置請對準直流風扇葉片

	// 接線: Arduino ==> faya模組
	// A ==> A (步進馬達)
	// A2 ==> B (步進馬達)
	// A3 ==> /A (步進馬達)
	// A4 ==> /B (步進馬達)
	// 4 ==> DIR (直流馬達)
	// 5 ==> SIG (直流馬達)
	// A0 ==> OUT (觸控開關)

	#include<Stepper.h>

	//步進馬達腳位和參數設定
	int StepMotorPin_A = A1;
	int StepMotorPin_B = A2;
	int StepMotorPin_AP = A3;
	int StepMotorPin_BP = A4;
	Stepper fayaStepper(32, StepMotorPin_A, StepMotorPin_AP, StepMotorPin_B, StepMotorPin_BP);

	//直流馬達腳位設定
	int DCMotorPin_SIG = 5;
	int DCMotorPin_DIR = 4;

	// 觸控開關腳位設定
	int ButtonPin = A0;

	void setup() {
	//設定連接馬達的Arduino的腳位皆為輸出
	pinMode(StepMotorPin_A, OUTPUT);
	pinMode(StepMotorPin_B, OUTPUT);
	pinMode(StepMotorPin_AP, OUTPUT);
	pinMode(StepMotorPin_BP, OUTPUT);
	pinMode(DCMotorPin_SIG, OUTPUT);
	pinMode(DCMotorPin_DIR, OUTPUT);

	fayaStepper.setSpeed(768); //設定步進馬達轉速
	//轉子768rpm = 馬達轉軸768/64 = 12rpm = 5秒轉一圈
	digitalWrite(DCMotorPin_DIR,LOW); // 配合風扇葉片結構，設定直流馬達順時針旋轉
	// 風才會往前吹
	}

	void loop() {
	if((analogRead(ButtonPin) > 400)) //當按下觸控開關時
	{
	fayaStepper.step(-1024); // 步進馬達逆時針旋轉半圈 (2048為旋轉一圈，1024為旋轉半圈)
	delay(2000); // 桿子在泡泡水中沾2秒
	fayaStepper.step(1024); // 步進馬達順時針旋轉半圈回到原來位置
	DCMotor_Run(); // 直流馬達啟動吹氣
	}
	}

	void DCMotor_Run()
	{
	delay(500); // 等待0.5秒
	analogWrite(DCMotorPin_SIG,250); // 風扇轉速調整:160 ~ 255, 超過範圍或無法正常動作
	delay(3000); // 3秒鐘吹泡泡時間
	analogWrite(DCMotorPin_SIG,0); // 風扇停止運轉
	}

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備註:
- 程式裡面的語法和各模組的用法都在之前的文章介紹過了，請參考本文前面各相關文章的連結
- 泡泡桿的起始位置請對準直流馬達
- 由於此泡泡機的風扇位置和泡泡水位置剛好差180度，因此L55和L57的steps值填1024，讓步進馬達轉半圈，不同的泡泡機結構須修改這兩行的參數
- 請先測試是否達到以下影片功能後，再使用泡泡水