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arduino測試電池電壓與內阻

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週末看到SciCore社團裡,江老師出了一道問題,要用SciCore量測電池電量


一般大家家裡都有很多充電電池,乾電池,相機電池,如果能夠準確知道電量就可以更方便使用跟掌握充電時機。電池電量的量測不只是電壓還包括內阻的大小,本周使用SciCore有能力量出電池的狀態而也可以完美的顯示出來,期待有巧思跟願意解救大家的朋友能來解決這問題!

先前在《Arduino自造指南:從65個專案玩透Arduino》這本書裡看過量電池電壓的方式,基本上照著作就行,比較麻煩的是要量電池內阻,這我就從來沒經驗,因此上網找了一些資料。


1.電壓源內阻測量儀
2.電池內阻測試儀
第一篇和第二篇作的方法類似,就是先直接測量電池電壓(開路電壓),再把電池和一個電阻串聯之後再量電池有負載的時候的電壓(負載電壓)。因為那個電阻是已知的,所以就可以用這樣的公式去求得。
電池內阻=(開路電壓-負載電壓)/(負載電壓/負載電阻)


3.簡易電池內阻測試儀製作
而這第三篇是使用交流阻抗的方式來測電池。零件為555IC加上LM317定電流給予50mA,1K Hz的交流訊號,使用電錶的交流200mV檔,測量電池兩端的電壓降,如果測得10mV,則電阻就是100毫歐。不過我還不知道arduino怎麼測得交流電壓,所以就先記著,以後再做。


現在就來看成品,測量的結果會輸出到LCD上面,分別顯示電壓和電池內阻。電池老化,或是沒電,電池內阻就會越大。




配線則是這樣,會用到的零件包括
10歐姆、1k歐姆、2.2k歐姆、10k歐姆兩個、一個2n2222的電晶體,還有一個100nF的電容




這個電路分三個部份來看

分壓電路
右邊的部份是用兩個10k歐姆的電阻作分壓電路,目的在提供外部參考電壓2.5v給arduino(連接AREF)。因為arduino預設都是用5v來作參考電壓,把參考電壓減少,就可以增加解析度。兩個電阻務必用電錶先量過,確定兩個都一樣電阻。理論上我這樣作可以提供2.5v的電壓,不過我這樣分出來的電壓卻不到2.5v

液晶螢幕
使用I2C的LCD,連接SDA、SCL、VCC和GND

電池測量
一般使用A0的腳位測量開路電壓,當D13送出高電位的訊號後,會讓電晶體像開關一樣,讓電池和10歐姆的電阻串聯,這時候A0測的電壓就是負載電壓了。


Arduino的程式
就直接貼這了

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用洗滌瓶測植物的呼吸作用

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這個作法是從別的老師那學來的,不過我不知道是誰想到的,只記得是某個外校老師告訴我,他們學校生物老師會這麼作,然後我就這麼學來了。

這個實驗作的是檢測發芽綠豆是否產生二氧化碳,而取得瓶中氣體的方式,課本上的作法是用廣口瓶或是錐形瓶,弄個塞子塞住之後,上面插漏斗和一根玻璃管,藉由倒水進入瓶子後,把瓶內氣體擠出。

上述的作法,其實用到的工具很多,要塞子、玻璃管、廣口瓶、燒杯...,替換成用洗滌瓶就可以搞定了。

生物複習課-雙向連接的概念圖

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要複習生物,也別總是老師一個人在講。怕是老師講了一整節,增長的只有老師對課程的熟稔而已,而學生沒有建立完整概念,聽也枉然。

既然我要複習,我想做的就是「幫助學生建立概念」,過去學的片段知識,就像是個別的神經細胞,我得創造機會讓學生把神經細胞串連起來。

這個複習活動就是要作這樣的事情。黑板中間畫一條線,左邊寫上光合作用,右邊寫上呼吸作用,每個名詞外面都要框起來,接下來分成四個階段進行。

全班分兩大組,一組負責光合作用,另一組則是呼吸作用。

一次一個人上台,在黑板現有的名詞旁邊拉線寫上直接相關的名詞,例如光合作用可以連葉子,呼吸作用可以連氧氣。而第二個上台的人,可以就黑板上已經有的兩個名詞連線寫新的名詞。看起來好像越後面越好寫是嗎?不過這不太一定。

整個進行的過程因為得不斷搜尋名詞尋找連結,我相信此時腦中應該也會建立一些真實的突觸連結吧?








當所有人輪完之後,第二階段就是兩組交換寫,並且改用黃筆來書寫,這也可以再度促進零碎概念的提取。






第三階段,把中間分隔線擦掉,抽籤請同學上台,一次一個,不寫字,只畫線,用紅筆把左右相關的名詞連線。


這步的規則可以很多種,一開始可以規定「連過的不能再連」,當最後都連不動時,可以開放「同一名詞可以連兩次」,或者允許「寫一組名詞,將左右名詞連結」

全班輪完之後,應該還有數個名詞沒連到,再進入第四階段,請自願學生找出沒連線的名詞組,將其串連起來。

在整體的進行過程中,學生一定會有寫錯的,所以我會規定一次都是一個人上台,這樣才能讓我即時指導,或是讓學生在台上直接說明連結的理由。

「尋找葡萄糖」的生物複習活動

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學期到了最後,上完了全數六個單元,每個看似獨立的小單元,其實有著數條軸線貫穿整個生物課本。

有別於下冊談的個體之間的關係,生物上冊講的則是生物個體內的運作,而那條貫穿各單元的軸線在哪呢?其實就是「葡萄糖」,這是一個從第一章到第六章都在談的概念-生物需要能量才能活下去。


怎麼讓學生把這些散布各章節的概念抓出來統整呢?我試了不同的方法,剛開始是讓學生們分組去找整冊的概念寫在紙上,再分組上台報告。後來改讓各組找不同章節,由我來在黑板統整成這樣的圖。





後來我改成每組自行上台寫黑板,寫出來的東西就密密麻麻一堆了。怎麼找關鍵字呢?直接翻找課本或筆記,找「葡萄糖」、「醣類」、「養分」就一堆了。









寫完了,然後呢?

重點在於提問引導思考,以下是我提問的順序與希望引導的概念,回答問題的同時我也從學生寫的黑板整理中,帶學生看這些答案。


為什麼我們需要葡萄糖?(需要葡萄糖來產生能量)葡萄糖能產生的能量有多少?(4Kcal/g)能量可以幹嘛?摸自己的身體感覺一下(提供熱能,維持體溫)為什麼要維持體溫?(酵素活性)你的哪裡在控制體溫恆定?(下視丘)因為要維持體溫,所以你得一直作哪些事情(吃吃吃吃)我們用什麼方式從葡萄糖裡得到能量?(呼吸作用)呼吸作用是在細胞的哪裡進行?(粒線體,又稱細胞的發電廠)呼吸作用需要哪些物質?(氧氣、葡萄糖)呼吸作用是分解養分的過程,這是細胞的代謝作用之一。能夠促進細胞代謝的激素是?(甲狀腺)葡萄糖怎麼進入細胞的?(通過膜上蛋白質通道)氧氣怎麼進入細胞的?(擴散作用)我們身體細胞需要的葡萄糖是從哪邊來的(血液運送來的)是血液裡的血球還是血漿運送來的?(血漿)呼吸作用的另一原料,氧氣又是怎麼送的?(紅血球)血漿運送葡萄糖,那在血液裡的葡萄糖叫做什麼?(血糖)我們需要什麼激素來促進血糖要進入細胞(胰島素)血糖進入細胞,除了拿來用以外,還可以拿來幹嘛?(存起來)。存到哪裡去?(肝臟、肌肉)存起來,如果要用的話,怎麼拿來用?哪些激素會促進把存起來的肝糖拿來用?(腎上腺、升糖素)腎上腺素和升糖素作用時機、作用方式有什麼不同?(腎上腺素應付緊張、戰鬥...,還會影響心臟、血管)血液裡頭的糖是怎麼來的?(肝糖分解、飲食)飲食得到的糖,通常都是吃下醣類大分子來變成葡萄糖的。那個醣類的大分子是什麼?(澱粉)澱粉怎麼變成葡萄糖?(酵素)哪些地方分泌的酵素?(唾腺、胰臟、腸腺)變成葡萄糖以…

Arduino+IR發射接收製作水波記錄器

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這次的目標是要測水波的擾動,基本上是希望能把水波視覺化呈現出來。
本想用超音波發射和接收器,直接偵測水面的高低,不過想到解析度可能沒那麼高,於是換了別的想法。

用光線來偵測好了,基本原則就是光線水面下打上來,另外擺一個偵測器在水面上偵測光照的改變量。

第一個想到的是光敏電阻,不過光敏電阻的響應時間太長,我覺得不太適用。於是改用了兩種組合,

第一種水面下放超亮白LED燈,水面上用光電二極體SP1KL,呈現結果就如下面影片囉。

接法是參考這邊的簡單接法,SP1KL的Datasheet在此






第二種則是水面下放紅外線LED,水面上則是用紅外線接收的光電二極體,我覺得這個效果比較好。



測試的接法是這樣,用個固定夾子把IR接收抬高,底下則是用IR LED照射



LED要讓它放在水裡,一定要作防水,我找了相機的防水盒,就把光源放在裡頭。



不過目前還沒想到怎麼固定在水下,所以測試時暫時用手壓著。



至於Arduino裡的寫法,非常簡單,就這樣。最後用終端機接收後,把資料複製下來就可以作進一步利用了。


int sensorPin = 0;
int val =0;
unsigned long time;
void setup()
{
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
  time=millis();
  val = analogRead(sensorPin);
  Serial.print(time);
  Serial.print(',');
  Serial.println(val);
}

Arduino+DS18B20+SD卡的應用

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昨天用了DS18B20加上PLX-DAQ去測水溫度,然後即時將溫度傳到Excel。今天繼續作這樣的專題,看的是冰塊放在室溫下自然融化的溫度變化。

這回沒打算用電腦即時溫度,可是溫度還是要紀錄下來啊,怎麼辦?找出SD Card模組裝上去,就紀錄在SD卡裡頭囉。

接線方式
SD Module--Arduino
MISO--D12
SCK--D13
SS--D10
MOSI--D11
GND--GND
5V--5V

然後找SD卡的範例程式,和之前作的程式重新組合一下,就放下面這
https://sites.google.com/site/pancala/Home/DS18B20_LCDI2C_SDCard.ino
數據呈現方式,除了送到LCD螢幕外,Serial Port也會送資料出去(給PLX-DAQ),然後還會存資料到SD卡裡頭。




測量方式同樣用雙線,鋼杯裡放冰塊,一個測線放裡頭,另外一個測線就測室溫




約50ml的冰塊融化過程,我收集了將近六個小時的數據,最後畫出的圖就長這樣。


有很多跟理論不符的地方,第一是「冰塊和水」同時存在時,溫度應該都是零度,但是實際上作的時候,得要不停攪拌,讓水混合均勻才有可能達到一直維持低溫。圖形的左邊呈現的狀況就是,一陣子不去管他,還有冰塊的水,溫度就一直上升。想到的時候去喇一喇,溫度才又下降,看得出來我至少喇了七次吧。




第二,室溫是18度,相當於是一個穩定熱源,而水溫上升時,並沒有呈現完美一直線,越接近18度,溫度上升就越慢。水溫最後有沒有可能到室溫18度呢?有可能,但是就這樣的趨勢看來,我覺得還要好幾個小時。

嗯...「理想狀態」要怎麼達到呢?

Arduino+兩個DS18B20溫度感應器的應用

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上個月,小p問我可不可以用arduino去作一個專題,

「例如拿冰塊用酒精燈加熱,然後資料直接傳給電腦,直接畫出曲線。目標要能看到冰塊融化的直線,和後面沸騰的直線,但是人不用一直讀數據,線直接畫出來」
我想想,其實以前作過耶。就這個..arduino的數位溫度計。可是那時候沒有懂很多,也沒有拿來作測水溫,這次就再來作一次吧。不過要多一些東西,我要有兩個感測器,還要有LCD輸出,輸出時還要有時間戳記。

先講結論,最後的成品就是這短短影片秀出來的

溫度感測器,選擇這種DS18B20的不鏽鋼防水測線的產品,一條在100元以內。選擇它的原因是因為可以用很簡單的方式接多個DS18B20。液晶螢幕用的是1602 I2C的產品

我用的是這種實驗板,底下有個壓克力,上面黏上麵包板,再加上I2C的液晶螢幕。



接線方式

液晶螢幕
LCD--Arduino
GND--GND
VCC--5V
SDA--A4
SCL--A5


溫度感測器
DS18B20--Arduino
藍線(Data)--D2
紅線--5V
黑線--GND
還要在紅線藍線之間再加一個4.7k的電阻

要加入第二個DS18B20,也很簡單
就照著上面接就可以了,意思就是把第二顆感測器的三條線和第一顆的三條線接在一起就行了。


Arduino的韌體部份
我作好的程式就在這
https://sites.google.com/site/pancala/Home/DS18B20_LCDI2C.ino

不過不是光用那個程式就好了,還得先去各地下載幾個函式庫,

OneWire
http://playground.arduino.cc/Learning/OneWire

DallasTemperature.h
https://github.com/milesburton/Arduino-Temperature-Control-Library

LiquidCrystal_I2C
http://arduino-info.wikispaces.com/file/view/LiquidCrystal_I2C1602V1.zip

這些下載後的東西,解壓縮之後,資料夾要放在arduino安裝資料夾裡的libraries資料夾裡頭,然後重新開啟arduino。如果在File/Example裡頭有看到那些資料夾的名稱就成功了。



Excel的外掛
要把資料從arduino透過c…

木材裡的導管孔

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有一陣子很喜歡去撿木頭,每次都很期待可以看到木材橫切的導管孔。看看能不能在漂流木裡看到各式各樣的環孔材和散孔材。

看了幾次的漂流木,覺得環孔材算是比較難找的




如果是要看更多的導管孔,可以去中藥行買「木通」,這種藤本植物的導管孔又更明顯了,透著光看會很漂亮喔。


幹嘛一直看導管孔呢?其實是有次看中國的一份課程文件《植物的水分關係》,裡頭有幾頁在講植物導管。列出一個表講植物導管的資料,我看表格最底下列出藤本植物的導管管徑是最大的,所以就特別去找來看。




植物的導管負責運水,自然是粗點好囉?可是越粗就越容易有大氣泡塞住它。嘿,塞住的導管可就沒用了耶。再者,越容易有結冰退冰的地方就更容易形成氣泡。所以導管並不是大的都好,還是要因時制宜、因地制宜啊。

怎麼制宜呢?這份文件《植物的水分關係》可以看看,梅子也寫了詳盡的資料-底加



盤根錯節的實例

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《後漢書·虞詡傳》「志不求易,事不避難,臣之職也;不遇盤根錯節,何以別利器乎?」

盤根錯節這詞,意思是樹木的根盤旋交錯,比喻事情紛難複雜。不過盤根錯節到底長什麼樣?

有一回去新北的田寮洋時,正好看到路邊有棵樹的樹根剛好表現了這句成語的模樣,趕緊幫它拍了下來。



其實根的這現象算是常見,只是大樹的根通常不容易看見啊。除了現象以外,倒是可以想想幾個問題,像是根這樣作會有什麼好處呢?(穩固根本?),還有裡面的維管束會不會癒合在一起呢?還是純粹只有表皮癒合呢?



想著想著,旁邊又看到一個平常埋在地下的現象,大概是邊坡的土壤流失嚴重,所以地下部份都露出來了,剛好看到竹筍長的樣子,還有叢生的根。


植物的斷捨離-離層

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植物有一種特別的能力,是動物很難作到的。這能力是這樣的,當它們的某個器官功能用得已經差不多了,它們會把整個器官直接作到斷捨離。這我們怎麼可能做得到,我們會沒事掉個腸子或是手嗎?

把器官作到斷捨離,這聽起來有點不可思議,但其實那很常見啊,最簡單的就是落葉啊。葉子是植物的重要器官,可以製造營養,又能提供體內運輸水分的動力,也能夠儲存部份養分。但是當這個器官已經功成時,植物就得讓它身退。

要作到斷捨離,首先得「斷」啊。我們斷個手指頭都擔心感染了,你有沒有想過植物斷器官時,怎麼不會擔心感染啊?

其實植物的「斷」,是有計畫的斷,事先得在要say goodbye的地方做好「離層」(abscission layer)。

只要撿起一片自然落葉,看看脫落的地方,多少能夠明白。像這些是梅子學校裡的竹柏枝條,發現了它們自然形成的離層位置嗎?






簡單開關玩警報器

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2014的思源研習時,自己明明是報名生物科,可是看到物理科有陳秋民老師的演講,就決定要落跑潛進裡頭去聽,因為每次聽都可以學到新東西啊

這次講的是「開關」,陳老師從觸碰開關講、磁簧開關、傾斜開關等的各項應用。然後還焦作簡單的警報器。

材料就這些:電池盒、衣夾、接線帽還有蜂鳴器



先用圖釘在插入夾口兩端



拿個電線分開雙股,剛好可以穿過衣夾的洞



就像這個樣子,然後再把線往前拉,讓圖釘插入電線頭,和銅線相連,這就成了簡單的開關




接線帽可以省去焊接的功夫,陳老師說因為不用焊接,才能去小學帶這樣的課程。衣夾的夾口夾了一個壓克力板,板子上有個洞,洞上牽了條魚線。把魚線跨在走道上,當有人走過時,不小心把線拉動,就會把壓克力板拉開,這樣線路就會導通,警報器就會大響。


另外也講到了磁簧開關的用法,一般的作法都是磁鐵靠近磁簧開關,讓開關導通。有沒有方法讓磁鐵遠離使得開關導通呢?原來只要讓磁簧開關在A磁鐵和B磁鐵的中間(這時不會導通),當A磁鐵離開時,開關就會導通。


這白板上講的是多段式開關的應用,用了三個多段開關作AND電路,這樣就可以變成很複雜的密碼鎖了。

鴨肉飯與雞肉飯

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雞肉飯



鴨肉飯


有一陣子常常吃附近的鴨肉飯,吃到後來產生了一個疑問,為什麼雞肉是白的,鴨肉是紅的呢?

我的假設是這樣的,不過我也無從證實是對是錯就是了:鴨肉比較紅,大概是有比較多的肌紅蛋白,比較能進行長期的有氧運動,例如拍翅飛行,大部分家鴨的祖先是綠頭鴨,就是那種可以長距離飛行的鴨子。我想這應該就是和具有比較多的肌紅蛋白有關係了。

雞呢?一派的科學家認為家雞的起源是紅色叢林雞,是陸地活動比較多的鳥類,雖然也會飛行,但是就沒有那麼常拍翅了,胸肉的肌紅蛋白就沒那麼多了。

不過後來看了一些資料,卻又有資料說鳥類的肉都算是白肉,我就不太懂這些分法到底是怎麼分的了。

看動物標本展覽裡的眼睛長哪裡

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2014暑假在台北華山有個野生動物大遷徙的展覽,裡頭展示的都是動物的標本。既然有機會進去一探,必定得看些不同的主題。我在野牛旁邊想了一會,決定就來拍「眼睛長哪裡」好了!

先來點我們比較習慣的眼睛位置好了,咱們人類的雙眼長在臉前方,這些動物跟我們相似,眼睛都在臉前面。


孟加拉虎




美洲黑熊



阿拉斯加大棕熊



鼬獾



熊鷹




因為我們眼睛長前面,所以我們很習慣那樣的長相。為了擬人化,所以我們會把卡通裡的動物都畫成那樣,但你可能沒有仔細察覺過。以下幾種動物的眼睛都長在旁邊,你仔細想想這些動物的卡通畫,眼睛應該都跟真實的位置不同吧?

野牛


美洲野牛頭骨









直角劍羚





斑馬。看到斑馬眼睛的時候,我突然領悟一件事情,如果要斑馬往前看,其實就相當於我們眼睛的鬥雞眼哪。另外還有一件我很難驗證的事情,人類的眼睛往左看時,是兩隻眼睛都朝左。但如果斑馬的眼睛都「朝左看」時,那是不是會變成斑馬的右眼往前看,左眼往後看?真的會這樣嗎?




白犀牛。看到犀牛時,我想起一張插畫,主角是一隻犀牛畫家,他正畫著風景,可是他的風景畫裡都有一根角(圖片請看這連結)。然後我就想啊,犀牛往前看的世界真的有根角嗎?從這張照片看來,你覺得呢?



犀牛頭骨








某羊?




北美鬃羊頭骨




河馬







駱馬