阿簡生物筆記: 2016-07

2016年7月31日

SciBrick作全景相機的腳架

上週，有朋友在說要拿LG360全景相機作直播，需要把相機接上USB線，但又要立在腳架上，偏偏相機的USB插孔蓋設計，會讓蓋子卡住，所以就想要找有延長的螺絲。

我手邊有SciBrick的H板，就拿來試試看，再加上1/4"x1"的螺絲，剛好可以讓鎖相機，又可以讓USB線順利連接。

作法是這樣，外加的螺絲是鎖在H板的凹槽，然後腳架的螺絲是旋入H板的螺絲孔，然後USB線可以剛好從凹槽通過。

這部份其實沒有辦法完全鎖入，因為腳架螺絲是1/4吋，可是H板的螺絲孔是6mm，兩個差了一咪咪，但是還是可以鎖進去部份。

Arudino的光電閘計時裝置

前陣子突然很想用Arduino來作一些物理實驗的量測，一想到就來作個光電閘計時裝置吧。拼拼湊湊，一下子就完成了。

整個裝置運作的過程是這樣的。

按下按鈕之後，立架上的電磁鐵會釋放鐵球，鐵球通過光電閘的同時，液晶螢幕會顯示從釋放鐵球到鐵球通過光電閘的時間，單位是微秒。

電磁鐵的部份，就是去書店買那種給小學生玩的電磁鐵勞作，一包裡頭有一根鐵釘和漆包線，這要自己繞成電磁鐵。一開始我還老老實實的用手繞，但是繞了幾圈就想偷懶，乾脆把鐵釘裝在電鑽上面，一秒鐘直接繞好線。

立架是用4分的PVC水管組成的，而光電閘則是用了6片Scibrick的H板，兩片用來夾住垂直立柱，另外四片就是延伸閘口，而H板中的螺絲孔，剛好可以塞IR的發射與接收器，用這樣來作光電閘。

接線的方式，我參考了Photoduino的一些接線，像是連接電磁鐵或是光電閘的，因為剛好都是Photoduino有用過得。

連接電磁鐵，用了另外一顆9V電池，還有以下零件
IRL 520
1N4004
10k電阻

按鈕用了10k電阻

光電閘的紅外發射和接收，用了100歐姆和10k歐姆的電阻，另外IR接收的接法要注意

程式碼如下，比較特別的是用了中斷（interrupt），Arduino的D3會一直偵測是否有電壓下降，如果有就會立刻計算釋放到通過的時間，然後loop的迴圈會讓時間呈現在LCD上。

在9V電池上電之後，電磁鐵會立刻有磁性，所以可以把鐵球吸附上去（或是使用迴紋針包覆黏土成球），按下按鈕之後，會立刻斷電磁鐵的電，所以球就會掉下。

這個量測裝置目前有些問題
1.我覺得電磁鐵可能很耗電，平常不要讓9V電池一直上電
2.調整落下到通過的鉛直線有點耗時，可能可以用水滴或是什麼東西來協助定位。
3.時間量測不太穩定，理論上裝置固定，應該量出來的通過時間都一致，但實際上量測時，數據沒有那麼漂亮。

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#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

// Set the LCD address to 0x27 for a 16 chars and 2 line display
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);

unsigned long startTime;
unsigned long duration; // 持續時間

const int ledPin = 13; // the number of the LED pin
const int EMPin = 7;

const byte buttonPin = 2;
const byte barrierPin = 3;

volatile byte state = LOW;

// variables will change:
int buttonState = 0; // variable for reading the pushbutton status

void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
pinMode(buttonPin, INPUT);
pinMode(EMPin, OUTPUT);

pinMode(barrierPin, INPUT_PULLUP);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(barrierPin), showTime, FALLING);

Serial.begin(9600); // 開啟 Serial port, 通訊速率為 9600 bps

lcd.begin();
lcd.backlight();
lcd.clear();

}

void loop() {
buttonState = digitalRead(buttonPin);

if (buttonState == HIGH) {
lcd.clear();
duration = 0;
startTime = micros();

digitalWrite(ledPin, HIGH);
digitalWrite(EMPin, LOW);
} else {
digitalWrite(ledPin, LOW);
digitalWrite(EMPin, HIGH);
}
Serial.println(duration);
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(duration);
}

void showTime() {
duration = micros() - startTime;
}

棘山蟻的蟻后培育

7/19的時候，國偉老師說他晚上在學校抓到了兩隻蟻后，可能是棘山蟻屬(Polyrhachis sp.)的，問我有沒有興趣飼養，不過不知道有沒有受精就是了。

其實我不太養生物的，因為太容易分心做其他事情以致於沒養好。不過想到如果可以養成一個族群，好像照顧上就可以比較簡單。

國偉給了我一些飼養工具，是他在研究所養螞蟻所用的，不過現在因為要養蟻后，我就先用試管養看看。

飼養的資料是從螞蟻帝國看來的
試管飼養的培育方式
圖解新后或新群培育試管巢/

拿個試管（我是用瓶胚），底部裝水到1/3，再塞入棉花。棉花會吸收水分，提供巢內濕度，螞蟻也會自己去取水來喝。（其中有一隻螞蟻，晚上都會趴在那團棉花上睡覺）

另外瓶口也再塞一團棉花。一開始的餵食我是用棉花棒剪斷一頭後，塞入瓶內，由外面滴糖水到棉花棒的小管子裡，讓螞蟻自己去吃。

後來在螞蟻帝國的臉書留言串裡，看到有另外一種餵食方式，是吸管剪成一小段之後，塞入棉花滴糖水在裡頭，再放入管內讓螞蟻取用，我覺得不錯，就用這種方式了。

另外為了讓管子不會滾來滾去，我就用OpenSCAD設計了一個客製化的試管架，專門用來放管子的，還讓管口傾斜向上3度，想說這樣比較不會滑出來。

因為是OpenSCAD作的，所以之後要調整給其他尺寸的試管，也是非常方便的。
檔案就放在Thingiverse
http://www.thingiverse.com/thing:1697394

2016年7月29日

高鐵上的氣壓變化-新竹至台北

從新竹搭高鐵到台北的時候，常常都會有耳膜不舒服的感覺。這種感覺就像是開車上合歡山，或是開車從林口台地下平地的感覺。因為這種不舒服，所以我覺得這段高鐵行程中，一定有氣壓變化。

可是要怎麼去偵測呢？剛好我手邊的小米2手機就有氣壓計的功能，然後我找了一個很棒的App來作紀錄，叫做Sensor Recording。
https://play.google.com/store/apps/details?id=net.braun_home.sensorrecording.lite
https://play.google.com/store/apps/details?id=net.braun_home.sensorrecording.pro

這個App，可以同時偵測多個感測器的數值，然後加上時間戳記後，把數值存成CSV檔，剛好就是我需要的。

我同時紀錄了光照感測值和氣壓感測值，因為光照可以用來辨識是否進入隧道。

在上台北的時候，選定靠窗座位，把手機放在靠窗的位置，藉此感測外界光線。

先來看看亮度跟時間的變化關係圖。紅線是亮度，當數值低下時，代表列車進入隧道。為了清楚呈現，所以我把隧道段用灰色底色表示。

根據此表，從新竹到台北，會經過這些隧道：犁頭山隧道、湖口隧道、桃園站地下化隧道、桃園三號隧道、桃園二乙隧道、桃園二甲隧道、桃園二號隧道、桃園一號隧道、林口(龜山)隧道、迴龍隧道。

其中桃園X號隧道因為長度短，所以在下圖裡頭，都是很短的線段。除了隧道的光線變暗外，在新竹往桃園，過了湖口隧道之後，也有幾個地點，外頭的光線會變暗。看圖想不出來那裡是哪裡？怎麼會變暗？

了解隧道和光照的關係之後，接下來再加上一個氣壓變化線（藍線），就看到好玩的事情了，似乎只要是進「山洞」的隧道，氣壓就會明顯降低，而在出隧道後氣壓升高。

但是在桃園地下化隧道和板橋站地下化隧道，這種應該是明挖覆蓋式的隧道，氣壓就反而是升高。

這種變化有沒有可能是各地天氣系統不同所致呢？我下午回程時也做了一樣的偵測，也是產生一樣的變化，所以可以排除是不同地點的天氣系統影響。

林口隧道中段到板橋站之間，氣壓變化很大，大約是25個百帕，所以這段氣壓變化，有點像是在5分鐘之內，改變高度200多公尺。我印象中也是搭乘高鐵時，耳膜也是這段特別不舒服。（氣壓與高度的變化關係是每上升9 公尺氣壓下降1個百帕; ）

在觀察桃園X號隧道、林口隧道、迴龍隧道的時候，看到氣壓有一些微小的起伏

這部份是林口隧道的氣壓起伏。在這篇文章中《台灣高速鐵路林口隧道之施工探討(上)》，有林口隧道的豎井分佈，我覺得某方面這些起伏可能就反應了豎井的分佈處。

而這是迴龍隧道。迴龍隧道似乎就只有兩個豎井。

以上製作的圖，都是利用gnuplot所製作的，以下是命令稿。

set xdata time
set datafile separator ","
set timefmt "%H:%M:%S"
set format x "%H:%M"
set xrange ["08:23:00":"09:00:00"]
set xlabel "Time"
set ylabel "light"
set y2label "pressure"
set ytics nomirror
set y2tics
set term svg
set output "presure.svg"
plot "light" using 2:4 with lines title "light" axis x1y1,\
"pressure" using 2:4 with lines title "pressure" lc rgbcolor "blue" axis x1y2

pause -1

迷你細菌管柱

之前玩這種細菌管柱的時候，用的都是寶特瓶，主要原因是看到的資料都是用大管子。
難道都只能用大管嗎？我覺得未必，於是我拿了這種小型的管子（類似試管）做了測試，結果這樣的尺寸也是可以養菌的，長得也不錯。

為了以後進行實驗，所以我用OpenSCAD設計了一個管柱放置架，下面連結可以下載到。因為是用OpenSCAD這種參數化設計的軟體，所以也可以作客製化的設計。像是把原有的五個管孔改成十個二十個都行。
http://www.thingiverse.com/thing:1695058

架子設計好了以後，就把管子插進去，為了穩固，其實孔裡還塞了黏土。這樣的架子剛好可以用來進行實驗和展示。

3mm球形透鏡的單式顯微鏡(含直徑與焦距對照表)

最近做了另外一種單式顯微鏡，是用3mm玻璃珠的球形透鏡做成的。很適合放在手機或平板的前鏡頭，作為倒立顯微鏡觀察之用，而且效果很不錯呢。

這類型的顯微鏡，我在看日本的網路資料看到的。最早是看到Leye這種稱為「タブレット顕微鏡」的。然後偶然又看到有個日本的臉書社團「Life is small」，成員經常性的使用這種單式顯微鏡來觀察。

其實之前看到社團貼文的時候，一直很好奇3mm透鏡使用的基材是什麼？像我用2mm透鏡就是用卡紙和卡典西德。納悶很久之後，終於看到在ＹＰＣ例会的貼文，原來是用珍珠板。

於是我就仿效來製作，以下來看看怎麼作。

所需要的材料包括：
1mm珍珠板：這個要去美術用品社買，一般文具店大概沒賣到這麼薄的
3mm的玻璃珠：玻璃工廠特別去買的，我是在學校附近的「明晟玻璃儀器有限公司」買的雙面膠帶
2mm的皮帶沖子：這工具我還蠻少用的，網拍找一下可找到，通常用來作皮件的，像是皮帶鑽孔。

這就是皮帶沖子，其實有很多種類型，找一下英文Screw Punch，可以看到其他類型的。

先在珍珠板上貼上雙面膠帶，然後用皮帶沖子，搭配2mm的頭，在珍珠板上打洞。打洞的時候要注意，底部要有緩衝材料，例如切割墊。像這樣打洞的珍珠板，要準備兩片，其中一個可以不用貼雙面膠（當然你要貼也是可以，只是貼上雙面膠之後，會比較難打洞喔）

撕開雙面膠之後，把3mm透鏡，放進這個2mm的洞。（下圖是沒有撕開雙面膠的示意圖喔）

接下來把另外一片珍珠板蓋上去，這樣就完成了。把這個顯微鏡放在手機或平板的前鏡頭上面，再用黏土作簡單固定就可以使用了。

雖然一買就是買一公斤的玻璃珠，但並非所有的都可以使用，有一些內部有氣泡的，會影響觀察，那就盡量避免。像本文頂部那張照片，黑點其實就是氣泡造成的。

以下附上一些換算資料，可以知道挑選不同直徑的玻璃珠，能夠達成怎樣的放大效果。直徑越小，倍率當然越高，但是操作上就會相對困難喔。

2016年7月17日

地震模型(2)-用QGIS作地震模型

還好我有寫紀錄的習慣啊，為了這個模型，我可是自己看了自己的影片呢

要作的東西其實就跟這差不多《QGIS作透明的立體等高線地形模型》，只是把等高線換成震央分佈罷了。

所以我就只要把前一篇做出來的earthquake.csv匯入QGIS當一個圖層就好。

匯入圖層的方式很簡單
圖層(L)/加入圖層/加入分隔文字圖層..
選擇好檔案之後，記得把X座標設成第三欄，Y座標設成第四欄

接著再按照這篇《QGIS製作行政區圖》，到政府開放平臺，找直轄市、縣市界線(TWD97經緯度)的SHP檔案，拿去匯入QGIS就可以了。

有縣市界線，又有地震資料，就可以做出像這樣的圖

可是還沒完啊，不是說要作立體模型嗎？那就依照前篇的觀察資料結果，每10公里的震源放一張圖，反正台灣地震大多數都在100公里以內的深度。

至於切的方法，就照著這篇的作法來弄就可以了《QGIS作透明的立體等高線地形模型》，要記得深度是第5個欄位就是了。

製作好的PDF檔就在此，有分兩個，是把震源標示的點用不同大小來作的，就看看哪個比較清楚了。

https://drive.google.com/file/d/0Bzwhi7Oh9a5ZMFRNREh3TjloZzg/view?usp=sharing&resourcekey=0-SYTizUzhbhCOR2qLh4LVlA

https://drive.google.com/file/d/0Bzwhi7Oh9a5ZVHFCR0FXQ0FVdEE/view?usp=sharing&resourcekey=0-omPk0TR9CF_NaFqxwC9_mw

這個檔案呈現規模4以上的地震，並且把震央的點圖示調小，台灣的縣市邊線加粗
https://drive.google.com/file/d/0Bzwhi7Oh9a5ZVzZWckl0cmlBLTA/view?usp=sharing&resourcekey=0-1z9BUQw9p2_kZFBmyOQjfg

7/29補寫
為了將這個地震模型拿來作更多應用，我重新做了第四次。有三種不同的尺寸。都放在這個雲端硬碟裡頭

https://drive.google.com/drive/folders/0Bzwhi7Oh9a5ZVHRlUVNVcE1MelE?resourcekey=0-vS3G6LqfDM2bJ2NNgjjmiA&usp=drive_link

地震模型(1)-地震數據分析

前幾天看到yenwen貼了一個連結，是台灣地震活動分布立體模型

覺得很有意思，想到去年去車籠埔斷層保存園區看到的這個模型：
「1973-2012年台灣規模四以上地震震源及活動斷層分布」

我猜是壓克力作的，然後用雷射雕刻在不同深度，這樣就可以藉由震源看到板塊交界的位置呢！既然興趣來了，我就想來自作一下。

但是數據打哪來呢？在中央氣象局的「地震活動彙整」中，可以下載到歷年的資料

http://www.cwb.gov.tw/V7/earthquake/rtd_eq.htm

本來我想一口氣把所有資料都下載，不過那樣作，反而伺服器不給下載，後來我只好500筆500筆的抓，抓了19個csv檔案，再把這些檔案用cat 和資料流導向的>符號，把所有的檔案結合在一起
cat *.csv > all.csv

統計了一下從1995年1月到抓到資料的當下，合計9433個地震，顯著有感地震3063個，小區域地震6370個。

然後，就是整理資料的部份了，首先是每個csv檔都有標題，所以我就直接用複製取代的方式把所有的標題都刪掉了。
編號,地震時間,經度,緯度,深度,規模,震央位置

再來是時間的部份，把預設的12時制轉換成24時制，這樣才能送給gnuplot去處理。
12時制實在有點難搞
上午12點是凌晨12點，也就是24時制的0時
下午12點就是中午12點，也就是24時制的12時

這部份一樣用複製取代的方式去作，得到的檔案就在這
earthquake.csv

先用gnuplot看看地震規模的直方圖和地震深度的直方圖吧，gnuplot用的命令稿我就寫在圖片底下。

這是地震深度和次數的比較圖，台灣的地震深度少數可以到300公里之下，多數都是在50公里以內的。

set datafile separator ","
plot "earthquake.csv" using 5:(1) smooth frequency with boxes

這個是特別把10公里之內的深度放大來看

地震規模大約是3到5之間是最多的

set datafile separator ","
plot "earthquake.csv" using 6:(1) smooth frequency with boxes

這是把深度和規模放在一起看，深度深的，地震規模都蠻大的。淺源地震的規模有大有小

plot "earthquake.csv" using 5:6 with dots

既然有了一些資料，就想來看看很多年前有學生問的問題，他問地震是不是都在晚上。我認為不會和時間有關係，不過那時候沒證據，現在就拿已有的數據來分析。圖在此。

set datafile separator ","
gnuplot> set timefmt "%Y/%m/%d %H:%M:%S"
plot "earthquake.csv" using (tm_hour(timecolumn(2))):(1) smooth frequency with boxes fill solid 0.25

「那麼哪一天地震多呢？」既然資料都有了，就分析一下囉。如預期一般，31號果然很少（廢話），但有幾天的次數看得出來低些（但不一定有顯著差異）

set datafile separator ","
gnuplot> set timefmt "%Y/%m/%d %H:%M:%S"
gnuplot> plot "all-cuttitle-adjustdate.csv" using (tm_mday(timecolumn(2))):(1) smooth frequency with boxes fill solid 0.25

哪一年地震多呢？這答案不一定能從數據中得到，也許測站變多，或是精密度提高，都會讓地震的數據增加。不過單就圖上來看，1999年之後，數據是比較多了

set datafile separator ","
gnuplot> set timefmt "%Y/%m/%d %H:%M:%S"
gnuplot> plot "all-cuttitle-adjustdate.csv" using (tm_year(timecolumn(2))):(1) smooth frequency with boxes fill solid 0.25

ㄟ...不是說好要作地震模型嗎？哎呦，總是得把數據收集好，先分析觀察一下囉。下一篇就來講怎麼製作成模型

2016年7月13日

修復看片箱

幾年前，一位獸醫朋友送我一個壞掉的看片箱，我高高興興拿回家之後，就放進櫃子裡，過了好幾年才想起「啊，有這個東西啊」

其實當初是有拆開來看哪裡有問題，不過當時年紀小，什麼都看不懂。阿現在懂得多一些了，看一看之後，交叉檢驗就發現是燈管出問題了。

這麼細的燈管叫做冷陰極螢光燈管（CCFL），以前真的不知道這個東西，是後來逛電子材料行才知道有這個的。這種管子常用在電腦螢幕裡頭，不過現在很多都是改用LED了。知道材料之後，要修復就簡單了，上網拍找一下，看到尺寸合適的買回來換上去，就成功了。

前面幾篇文章裡，拍照的背景亮亮的就釋放在這看片箱上拍照的，像是以下幾張照片。拍照的時候，EV值要再調高一點。

DIY玻片放置架-第二版

六年前寫這篇「DIY玻片放置架」之後，其實沒有怎麼常使用，還是都讓學生把載玻片洗乾淨插在講桌前面的架子。

不過早上我在整理東西的時候，看到之前這些隔板，突然想到另一種的組合方式。試了一下，覺得非常好用，好拿好放，底部還能通風滴水。這種尺寸的隔板剛好可以拆成7格的兩片和12格的兩片，組合成這樣，就可以放9片玻片了。算一算手邊的隔板，每小組放個兩組放置架是足夠的呢。