智能自动换水水族箱（二）

上期谈及了智能自动换水水族箱的设计和原理，以及其科学相关概念。接下来就是让大家理解相关的电子组件和感应器的相关知识。

今期会以 Arduino 通过超声波测距器控制水泵。换水系统最主要透过 Arduino 微控制器开关水底水泵，以及用超声波测距器监控水位，现在让我们认识当中的各部分元件及接线图：

智能自动换水水族箱与各组件接线关连图。

继电器

一般家用电器（如换水系统中的水底水泵），香港电压是 220V 运作，而 Arduino 输出的电压是 5V，我们怎样以 Arduino 控制它们呢？使用继电器就可以了。

继电器模组能利用小电压控制大电压，运作原理为利用电磁铁的磁力，吸引开关的切换。继电器的一端需连接至 Arduino 的数位输出（Digital Out），而另一端则连接至电器并与市电电源接通。

NO 是常开（Normal Open）的意思，代表于继电器未通电的情况下电路是断开的。当 Arduino 的相应数位输出被指定为高输出（1 or HIGH）时，继电器的开关便会使电路闭合，电器便会开始运作。相反当 Arduino 的相应数位输出被指定为低输出（0 or LOW）时，电器便会停止运作。

继电器连接至电器的一端。把电器的火线断开，断开的两端分别连接至继电器的 COM 及 NO 接口。（注意： 因涉及大电压的使用，必须由合资格人士处理，并于接驳好后把整个装置绝缘。）

继电器连接至 Arduino 的一端。IN 接口需连接至 Arduino 其中一个数位输出，而 DC+ 及 DC- 分别连接至 Arduino 的 5V 输出及接地（GND）接口。

超声波测距器

超声波测距器是由超声波发射器、超声波接收器和控制电路所组成。

声音在空气中的传播速度大约是每秒 340 米。要得知声音传播 1 厘米所需的时间，可用下例数式计算：

1 / 340米 = 1 / 34000 厘米 = 0.00002941118…秒

经换算后约等于 29.4 微秒，即声音传播 1 厘米需时 29.4 微秒。
由于超声波从发射到返回是两段距离，因此在计算时必须将结果除以 2 才是正确的物体距离。我们可以利用下例公式以 Arduino 编程计算出以厘米为单位的物体距离：

测量得到音波来回传播所需时间 / 2 / 29.4

超声波测量距离的方法，是测量声音在模组与物体之间往返经过的时间。

左方的是模组的超声波发射器，而右方的为超声波接收器。

WEMOS D1 微控制器用作连接无线网络。

物联网程式设计

即使不在家中也能随意控制家中的一事一物，这就是物联网的强大优势，让我们的换水系统也接上网络，解决学校长假期水族箱维护的难题。

因为整个系统以 Arduino 编程，所以必须把 Arduino 微控制器接上网络。我们所使用的是能兼容 Arduino 编程的 WEMOS D1 微控制器，这个微控制器已经安装了一个能够连接无线网络的模组，只要下载 Arduino IDE 编程软件就能够为系统编写程式并连接至网络。

WEMOS D1 微控制器：https://www.wemos.cc/product/d1.html
Arduino IDE 编程软件：https://www.arduino.cc/en/main/software

Arduino IDE 编程软件支援Windows、macOS 及 Linux
平台。

整个系统的操控，会利用 Blynk 这个智能手机应用程序处理。它提供多种元件（Widget）用来自行设计 App 界面，透过 Blynk Cloud 端与各式硬件设备例如 Arduino、Raspberry Pi 等连结。其功能可让智能手机控制远端设备，同时也可以撷取远端设备状态显示于手机上。

于手机或平板下载了 Blynk 后，申请一个免费账户，或以 facebook 登入。除此之外，还需下载 Blynk 函式库，利用当中的固件程式及例子，就能以 Arduino IDE 编程透过 Blynk 控制我们的换水系统。下期会进入程式设计的部分。

Blynk 智能手机应用程序，官方网站可下载 Android 及 iOS Apps。

Blynk：http://www.blynk.cc
Blynk函式库：https://goo.gl/7C0h2F