利用雲教授遠端遙控家電開關,不用連接電腦、最快速跨越 Maker 門檻的入門套件 宏碁「雲教授」是針對 Maker 以及物聯網趨勢所推出的一款 Maker 套件,也是宏碁積極朝雲端、物聯網領域轉型的一項代表作品。雖然近幾年全球颳起了 Maker 風潮,很多人都想要自己動手創作一些東西,但若沒有師傅領進門,對初學者來說還是存在著些許門檻,而「雲教授」的誕生就是希望將門檻降低,讓任何人都能快速上手。

宏碁針對雲端、物聯網趨勢,提出了「BYOC 自建雲」概念,這個概念的核心精神是「Build Your Own Cloud」(建立你的私有雲),你可以利用電腦或是智慧型手持裝置,搭建自己的私有雲端,並連接到平板、手機、電腦、網絡儲存裝備等任何手邊的裝置上。

而與目前市場上五花八門的 Maker 應用裝置相比較,雲教授的特色是建立在 BYOC 的概念上,所有你需要的東西,不管是軟體工具、程式碼或是驅動程式,雲教授都已經預先幫你準備在雲端上,使用的時候不需要再多花時間去找尋資源,一切都由雲教授幫你搞定。

接下來我們就透過雲教授的開箱以及實作過程,帶你瞭解雲教授究竟有哪些特色、與其它 Maker 方案有多麼不同。

雲教授開箱

首先來看看這次開箱的主角,下圖為「雲教授物聯網智造套件」的整體包裝。

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從包裝你可能想像不出來,裡頭其實包含了這麼多東西。整個攤開來看實在是相當的驚人,所有創客入門所需要的套件都包含進來了。

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簡單介紹一下整個物聯網智造套件包含的內容:

  • 圖左上角是一本精美的「智造手冊」,基本上這就是初學者的「課本」,手冊中收錄了許多的範例,指引初學者跟著範例一步一步進行,完成自己的前幾個 Maker 計畫,簡而言之,就是從做中學的概念。
  • 圖中央黑色的長方形體就是這次的主角:雲教授。關於雲教授的功能及細節,在後面的篇幅再來詳述。
  • 而位於圖左下角的則是整個雲教授套件中會使用到的開發板,採用的是 Arduino 原廠的 Leonardo 開發板。

緊接著,你可以看到有很多個紙盒上寫著數字,這些紙盒代表著各種可以透過雲教授來打造的智慧套件組件,宏碁依照學習的目的、功能性,將它們分別用不同的紙盒包裝來進行區格。除此之外,數字的標示也方便初學者尋找以及管理。更細一點來看,這些組件的內容分別是:

  • 編號 (1) LED 101 燈組:可用來學習如何控制白光 LED 以及 RGB 3 種色光的 RGB LED 燈組。
  • 編號 (3) Speed Arduino Shield:這是擴充板,用來插上 Arduino 開發板,可以提供更多的擴充連接埠,最多可以插入 16 種不同的控制與感應元件。
  • 編號 (4) 各種感應元件:提供包括光感應元件、白光 LED 燈元件、溫度感應元件、RGB LED 燈元件、風扇馬達元件。
  • 編號 (5) USB 線以及 USB 延長線
  • 編號 (6) 電源供應器
  • 編號 (7) BYOC 雲型燈座:紙模型,用來搭配 LED 101 燈組的套件進行實做。

《附註:在這張照片中並沒有編號 (2) 的紙盒,因為編號 (2) 就是 Arduino Leonardo 開發板》

下圖是把所有套件都從紙盒中取出的樣貌。看得出來其實相當的壯觀啊!如果從頭到尾所有的套件都實做一遍,一定可以學到很多東西!

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雲教授功能以及細節

接下來,我們就來看看「雲教授」的本體。從外觀上來看,有點像是一款大號的隨身碟。不過,你不能小看這個「雲教授」,因為它事實上就是實現整個入門套件,帶你進入 IoT 物聯網的核心。

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過去你不管使用哪一種 Maker 的開發板,玩的是樹莓派或是 Arduino 或是其他開發板,除了開發板之外,一台電腦或是筆電都是必要的工具。原因就在於你必須要透過電腦來載入 IDE 開發環境,然後透過電腦來將程式上傳寫入到開發板中,這些幾乎就是基本的流程。

但是,使用雲教授,你完全不需要電腦。你可以透過手機來上傳或是修改程式,並且直接進行與開發板的互動。

為什麼呢?答案很簡單,就是其實「雲教授」本身就是一台跑著 Linux 系統的電腦。

利用雲教授遠端遙控家電開關,不用連接電腦、最快速跨越 Maker 門檻的入門套件▲在右側,有一個電源開關,以及一個 USB 3.0 插槽。

利用雲教授遠端遙控家電開關,不用連接電腦、最快速跨越 Maker 門檻的入門套件▲左側邊為 MicroSD 卡插槽以及散熱孔

利用雲教授遠端遙控家電開關,不用連接電腦、最快速跨越 Maker 門檻的入門套件▲在上方有 Micro USB 的接口,這裡為電源輸入端,插上電源即可。

雲教授安裝以及設定連接環境

由於雲教授是透過手機或是平板裝置來進行操作,所以,在開始的第一步,首先你必須要在手機或平板上,安裝雲教授的 App(CloudProfessor App,iOS、Android 都有),並且將「雲教授」這台小電腦開啟電源,然後透過設定,手機以及雲教授都能夠連上 Internet 網路。

在這裡你會想到,「雲教授」在沒有螢幕的情況下,你要怎麼樣設定它讓他連上你家裡頭的網路呢?在這裡宏碁的設定很貼心,首先你可以利用藍牙的方式讓手機或平板與手中的「雲教授」進行配對,配對之後就可以在手機或平板上針對雲教授的網路進行設定。設定好之後,雲教授就可以連上 Internet 了。

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首先,還是要先將雲教授插上電源。接下來,在平板上安裝「雲教授」App。一開始進入的時候,介面上會顯示「未配對雲教授」,在這裡要到「設定」裡頭的「裝置」,去進行配對的動作。

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詳細的軟體設定步驟在下一段會再講解,在這裡先說明平板與雲教授配對的方法,基本上是依照每一台雲教授背面有一個 QR Code 來進行配對。

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在平板中開啟雲教授的 App,在配對的流程中,可以用相機直接對準這個 QR Code 來進行平板與雲教授的配對。這個配對基本上只需要一次,是用來將平板與雲教授進行綁定的動作,以及協助雲教授針對 Wi-Fi 連網進行設定。設定完成後,接下來雙方的溝通都是直接透過 Internet 來進行,藍牙就用不到了。

設定藍牙配對以及讓雲教授連上 AcerCloud

現在從軟體操作來看,當第一次使用的時候,要在平板上怎麼設定,讓平板與雲教授進行配對,並且設定讓雲教授連上 Wi-Fi 連接上 Internet。

1. 首先你第一次登入會看到「未配對雲教授」的資訊,這時點選右上角的「設定」。

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2. 進入設定之後,點選「配對雲教授」。

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3. 確定雲教授電源已經開啟、WiFi 連線也暢通,手機或平板的藍牙也開啟之後,再來就進行到下一步。

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4. 現在透過掃描雲教授背面的 QR Code,進行藍牙配對。

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5. 找到之後就會顯示配對的過程。

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6. 接著會進入雲教授可以選擇的 Wi-Fi 熱點。

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7. 輸入設定連線的密碼。

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8. 設定完畢後,介面會顯示「雲教授正在登入 Acer Cloud」,表示雲教授已經連接上雲端了。

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9. 當你設定完畢之後,未來登入這個介面會顯示「雲教授已連接」的資訊。

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連接上 Arduino Leonardo 開發板,實做 CPF 遙控風扇

當我們將雲教授連上雲端之後,現在一切的環境都已經準備好了,要讓你理解雲教授的優點,最快的方式還是實際跟著做一個範例來玩玩看。我們就依照「智造手冊」中的「CPF 遙控風扇」的範例,來實際玩玩看。

「CPF 遙控風扇」是什麼?主要是利用白光 LED 來當作光源開關,當 LED 打開的時候,可以控制風扇開始轉動。因此,在這個範例中,我們會用到?Arduino Leonardo 開發板,還會用到擴充板,加上白光 LED 燈元件以及風扇馬達元件。

1. 首先下面就是這次實作會用到的套件,左上角為 Arduino Leonardo、左下角為擴充板,右上角為馬達風扇組件、右下角為 LED 白光燈組件。

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2. 先來簡單的示意一下,擴充板與 Arduino Leonardo 為模組化的設計,基本上只要把擴充板下方的針腳對準 Arduino Leonardo 的插槽插入即可。

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3. 接著組裝組件,將風扇套入馬達的轉軸,然後把電線插入插槽。基本上每一個組件的電線以及插槽都是一對一的,所以很難會接錯,而且因為接孔都有做防呆設計,也不容易插反。

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4. 再來把 LED 燈光組件組好。

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5. 然後把組好的 LED 組件插入擴充板的 D2 上。

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6. 把風扇組件插入擴充板的 D3 插槽。

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7. 完成後正式把擴充板插到 Leonardo 板子上。

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8. 如下圖示範,兩邊必須均勻的施力,否則很可能會插入不平均。不過因為擴充板的針腳很長,基本上就算是插入不平均,充其量是不美觀而已,基本上還是可以工作。

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9. 這是組裝完畢之後的樣貌。

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10. 最後在?Leonardo 板子上,插入 MicroUSB 與雲教授的 USB 端連接。這是用來進行雲教授到 Leonardo 板子的資料傳輸,同時也有供應電源的作用。

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11. 下圖是全都連接好的狀態。這時你可以把雲教授打開,讓電流通過。

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12. 如果你不確定自己是否連接成功,可以觀察 Leonardo 板子上的這兩個燈號,只要下圖中紅框範圍內兩個 LED 燈光有亮,就表示連接成功了。

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從軟體介面看,如何實做 CPF 遙控風扇

硬體組裝完畢後,我們來看看怎麼樣上傳程式以及執行操作的步驟。

1. 首先進入雲教授 App,當你將雲教授連上了開發板,你會在下方的「USB 裝置」中找到?「Arduino Leonardo」。

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2. 點選進入「Arduino Leonardo」之後,你會切換到以下這個畫面,這些是雲教授針對不同的套件可以使用的教案以及程式,而針對我們的智造套件,選擇的是「CPF Arduino」。

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3. 點選進入後,就會看到這個介面,這裡會列出目前宏碁為智造套件所準備的所有課程。我們選擇第二課「CPF 遙控風扇」。

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4. 進入第二課「CPF 遙控風扇」之後,在下方會列出這個方案所有需要用到的組件。

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5. 雖然在「智造手冊」中已經有列出詳細的課程說明,不過在這裡你也可以試著點選不同的組件,介面上方會透過畫面顯示這些組件彼此之間要怎麼組合。

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6. 例如風扇組件就以圖示告知你要插入到 D3 的插槽上。而點選介面中的「Play 執行」按鈕,就可以進入實際的操作介面。

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7. 下圖就是使用介面,要讓風扇轉動首先要先開啟白光 LED 燈元件,開啟之後,下方的風扇馬達元件就可以準備使用,你可以利用手指頭拖曳這個馬達元件右測的滑桿調整出力的大小,藉此控制馬達的轉速。

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8. 如果你想要進一步學習程式的內容,或是想要自己修改程式碼的話,則回到上一頁,點選左側的編輯按鈕。

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9. 點選之後畫面會展示出本專案所使用的程式碼,如果有程式底子的人,可以直接在上面修改來觀察變化。

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10. 下圖為完成之後的風扇實際控制畫面。

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進階版實作:加入繼電器控制板,學習如何遠端控制家電

到目前為止,介紹的是「雲教授物聯網智造套件」基本的用法以及教學。緊接著我們要進行稍微進階一點的實作。在這裡我們要用到的是 Arduino 另外一個官方套件「Arduino 4 Relays Shield」。

Relay 的意思就是「繼電器」,作用是在自動控制電路中,用較小的電流去控制較大電流的一種自動開關,具有自動調節、安全保護、轉換電路等功能。而「Arduino 4 Relays Shield」這個套件,提供了 4 組繼電器,可以讓使用者控制 4 組電器。

利用雲教授遠端遙控家電開關,不用連接電腦、最快速跨越 Maker 門檻的入門套件▲Arduino 4 Relays Shield

在這次的實作中,還是要用到原本的「雲教授物聯網智造套件」,因此一共會使用到三塊板子。

利用雲教授遠端遙控家電開關,不用連接電腦、最快速跨越 Maker 門檻的入門套件▲由左到右:?Arduino Leonardo、Speed Arduino Shield?、Arduino 4 Relays Shield

(如果你不會用到一些外接組件來進行互動感應的測試的話,也可以省略 Speed Arduino Shield 這塊板子,直接用 Arduino Leonardo、Arduino 4 Relays Shield 來實做即可。)

在使用前,繼電器有三個接點名詞我們必須要先複習一下:

  • COM(Common)表示共接點。
  • NC(Normally Close)表示常閉接點(俗稱 b 接點)。平常處於閉路(與共接點 COM 接通),線圈通電後才成為開路(斷路)。
  • NO(Normally Open)表示常開接點(俗稱 a 接點)。平常處於開路,線圈通電後才與共接點 COM 接通。

而在 Arduino 4 Relays Shield 上提供了四組繼電器開關,每一組都有三個接點,縮寫即為「C」、「NC」、「NO」。

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而在這次的課程中,我們要先把電線串聯在「C」與「NO」上,才能讓這個電路平常處於開路的狀態,當下指令後才會與共接點接通,形成通電的電路。

小編也提醒一下,由於這個課程會實際用到插座的電源,還需要自製用來串連繼電器的電源線,因此還是存在一定的危險性,並不適合小朋友在沒有大人陪同的情況下進行,容易發生危險。

利用 Arduino 4 Relays Shield 遠端控制家電硬體組裝

在這之前,我們必須要先製作一組電線,來與繼電開關做串聯。我們到光華商場買了幾組如下圖的 110V 公母雙頭電線組。

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接下來就是手工 DIY 時間了,先用斜口鉗將電線的一端從中間切斷。

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然後沿著切斷處,把一側的電線向兩邊撕開,然後用斜口鉗將切成兩段的電線端尾端的包裹的外層剝開。

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再來就是將露出的電線用手捲一下讓電線緊密一點(正規來講最好還是要用烙鐵銲一下這些外露的電線部分,才會比較妥當)。

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接著使用一字起將繼電器接點上方的螺絲鬆開。

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再來就是將電線插入接點。

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記得要接在「C」以及「NO」兩個接點上,才會形成一個常開的電路。如果你接在「C」以及「NC」上,之後的測試就會變成相反的效果(沒按開關電器處於開的狀態,按下開關之後電器關閉)。

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在 Arduino 4 Relays Shield 上接好電路之後,再來就是將 Arduino 4 Relays Shield 再插在之前我們接好的 Arduino 開發板以及擴充板之上。

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這就是插好的樣貌,一層層往上疊加,其實跟組樂高積木的概念也滿像的。

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接下來就是依照前面的教學,將 Arduino 板子插上雲教授,這樣硬體環境就已經組建完成了。

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利用 Arduino 4 Relays Shield 遠端控制家電軟體設定

硬體建置好之後,剩下來軟體的部分就很簡單了。步驟與前面的作法大同小異,只要知道到哪裡找到相關的課程下載就好。

1. 在「CPF Arduino」課程的主頁面中,點選左上角的「Arduino」旁邊的選單。

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2. 選擇「雲端遙控開關」這個課程。

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3. 進入之後選擇「四組繼電器擴充板」。

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4. 進入課程之後,點選「執行」按鈕。

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5. 下方就有 4 組繼電器的開關,在這裡可以任意選擇要開啟哪一組開關。

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6. 當你開啟了開關之後,在 Arduino 4 Relays Shield 板子上,會有燈號顯示目前是哪一組繼電器開關被打開,可以透過這個方式偵測除錯。

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7. 然後你只要在繼電器開關對應的那條插座線上插入風扇,將風扇開關打開,之後就可以透過繼電器套件來遙控風扇了。

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8. 由於這個套件最多可以同時控制 4 組開關,接下來我們再多接上一組,插入到 4 號繼電器開關上。在這裡要提醒一下,由於 4 組繼電器之間的腳位相隔距離很近,而我們自製的電線線材插入接孔後,還是有部分電線會外露,為了安全起見,相鄰的隔壁一組繼電器開關還是盡量不要用,以避免兩邊外露的電線不小心接觸到,可能會造成短路進而引發危險。

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9. 在平板上進行兩組開關同時開啟。

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10.我們分別在 2 號以及 4 號繼電器開關後面接上一個風扇以及 LED 燈光,進行雲端遙控的測試。

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由於照片看不出來實際的動作,以下是簡單的測試影片。

誰適合用雲教授物聯網智造套件?

經過了這一連串的實作過程,不難發現雲教授真的是我們用過門檻最低的 Maker 入門套件。過去許多人可能都卡在電腦與 Arduino 或是樹莓派這些開發板之間的連接,忙著如何上傳或下載程式、設定 IDE 開發環境,如果沒有人帶著入門的話,可能初始階段就面臨卡關,無法再往下一步走。

而雲教授的中心概念,則是把初始階段的環境都幫你整理、設定好了。整個前置作業中,你唯一需要做的就是把手機或是平板,與雲教授進行配對而已。因此,雲教授特別適合學生教育市場,或是超新手入門使用。如果是學校教育用途的話,將可以讓學生更專注在研究程式與硬體之間的互動關係,如果有程式底子,還能自己發揮想像力,針對程式進行改寫。而如果是新手,則可以用比較安全而且無痛的方式,依照 App 以及「智造手冊」的說明,一步一步的踏上智造之路。

若你是已跨過入門門檻的 Maker,或許雲教授能提供的玩法又不一樣了。你可能不需要雲教授預先準備的這些課程內容,你需要的只是雲教授這個硬體本身。因為對於 Maker 來說,要怎麼樣讓自己的作品連上 Internet,成為物聯網的一份子,也是一個相當重要的議題。而雲教授提供的硬體加上雲端的服務,的確是一個非常方便的物聯網解決方案,甚至可以這樣說,雲教授本身實際上就是一個電腦棒,其實對於進階者來說,玩法也可以很多樣化。

總而言之,雲教授物聯網套件可以發揮的用途相當廣泛,一切都要視使用者本身的目的以及想法,才能有效發揮它的威力。

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