如果你是被標(biāo)題“騙”進(jìn)來(lái)的，筆者得在這里先道個(gè)歉，這篇文章不是要告訴你怎么自己做開(kāi)關(guān)或電位計(jì)，而是反過(guò)來(lái)要請(qǐng)教大家有沒(méi)有什么想法或建議，可以利用家里現(xiàn)成可取得的材料來(lái)制作這些小家伙？

 

會(huì)想問(wèn)這個(gè)問(wèn)題，是因?yàn)槲以谌ツ?2月出席了在美國(guó)硅谷舉行的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)大會(huì)(ESC)，在一場(chǎng)我自己的簡(jiǎn)報(bào)結(jié)束后，與Arduino.org的營(yíng)運(yùn)副總裁聊了一下；我們談的話(huà)題之一，是吸引年輕學(xué)子對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)(STEM)產(chǎn)生興趣的重要性。

 

談話(huà)中我提到坊間有很多不錯(cuò)的Arduino書(shū)籍與工具，但是因?yàn)樗鼈円幌伦映霈F(xiàn)一大堆，讓讀者們最后雖然知道該怎么去動(dòng)手自己開(kāi)發(fā)，但是卻不能真正了解他們?cè)谧鍪裁?，以及「在幕后」到底發(fā)生了什么事。

我教過(guò)幾個(gè)人怎么使用Arduino，年齡從12歲到超過(guò)60歲都有，這些學(xué)生們的一個(gè)共通點(diǎn)是，他們以前都沒(méi)有接觸過(guò)電子、微控制器或是編程技術(shù)；要一次學(xué)習(xí)所有這些知識(shí)會(huì)把人嚇跑，所以我們都是從最基礎(chǔ)的概念起步，然后再以自己的方式努力前進(jìn)。

 

通常我們做的第一件事，是把一顆9V電池連結(jié)到18V的白熾燈泡，然后觀(guān)察燈泡只能發(fā)出微弱的光；我們還把電池引線(xiàn)換成燈泡的端點(diǎn)，比較以?xún)煞N方式讓燈泡發(fā)亮的差異，然后導(dǎo)出那是一種非極化(non-polarized)零組件的結(jié)論。

 

接著我們會(huì)用兩顆9V電池串聯(lián)，連接同樣18V燈泡，然后觀(guān)察燈泡發(fā)光亮度比較高；所有這些步驟讓我們了解電壓、電流、電阻等等概念，以及這些元素如何相互關(guān)聯(lián)。

 

下一步是讓一顆LED跟9V電池連結(jié)，然后觀(guān)察LED燈在非常短的時(shí)間內(nèi)就發(fā)出很亮的光；這能讓我們了解限流電阻(current-limiting resistor)的概念，利用這種電阻(以及一顆LED)，我們發(fā)現(xiàn)LED是一種極化零件，得用正確的方式連結(jié)，而電阻則是非極化零件。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)得出，電路是“+5V→電阻→LED→0V”或“+5V→LED→電阻→0V”都沒(méi)關(guān)系。

 

接著導(dǎo)入的概念是單極單擲(SPST)以及單極雙擲(SPDT)開(kāi)關(guān)，包括上拉電阻(pull-up resistor)；我們會(huì)用這些小家伙來(lái)控制LED燈。在完成所有這些“打地基”的工作之后，我們才能啟動(dòng)Arduino工具，進(jìn)入下一個(gè)階段。

 

 

做了以上所有事情的結(jié)果是，我被邀請(qǐng)編寫(xiě)一系列的“小冊(cè)子”，專(zhuān)門(mén)教授基礎(chǔ)的電子、微控制器與計(jì)算機(jī)程序撰寫(xiě)等知識(shí)；這些小冊(cè)子會(huì)很薄、內(nèi)容親和不具威脅性，而且每一本都有連貫性。除了提供個(gè)人使用，也考慮將這些小冊(cè)子推廣至學(xué)校，以及使用它們做為在全世界各地舉行之周末小型工作坊的教科書(shū)。

 

這一系列小冊(cè)子的大標(biāo)題訂為“如何用Arduino統(tǒng)治世界”(How to Rule the World with Arduino)，我在上周末在第一本冊(cè)子的第一段解釋了為何要用這個(gè)在某種程度上有點(diǎn)狂妄的名字：

 

如果你能用一顆微控制器讀取一顆傳感器(例如一個(gè)開(kāi)關(guān))的數(shù)值，根據(jù)該數(shù)值做出一個(gè)決策，控制某樣?xùn)|西(例如一盞燈)，然后你就統(tǒng)治了世界；這是在我們的生活周遭可見(jiàn)、所有運(yùn)算系統(tǒng)的基礎(chǔ)，從智能手機(jī)、平板電腦、機(jī)器人到太空探測(cè)器，它們做的事情是一樣的，只是復(fù)雜程度多寡。

 

還有一個(gè)腳注解釋“微控制器”這個(gè)名詞，因?yàn)槲覀儾荒芾硭?dāng)然認(rèn)為讀者一定知道那是什么；而在第一頁(yè)下半部，兩段文字之后，我寫(xiě)道：

 

我不知道你是誰(shuí)，但如果我沒(méi)有讓什么東西嗶嗶叫、吱吱叫、發(fā)光或是爆炸──而且有時(shí)候是在同時(shí)──我會(huì)覺(jué)得很無(wú)聊...所以，讓我們一起來(lái)做第一個(gè)實(shí)驗(yàn)吧！

 

然后從這一刻起，我們忘我地投入充滿(mǎn)樂(lè)趣的實(shí)驗(yàn)以及學(xué)習(xí)各種很酷的東西…

 

而我會(huì)寫(xiě)這篇文章討論這件事情的原因，是希望能把這種活動(dòng)的成本盡可能降低，想請(qǐng)教大家有沒(méi)有什么建議？

 

除了Arduino以及小型面包板，我知道我們還需要在隨附這系列小手冊(cè)的工具組中，包括像是幾個(gè)9V電池夾具、18V白熾燈泡座、一串LED燈，以及很多電阻器；這些零件的總成本如果大量采購(gòu)，可能單價(jià)只要幾美元。

 

我們還可以提供像是開(kāi)關(guān)、電位計(jì)等零件，但是如果不小心一點(diǎn)，成本可能就會(huì)超過(guò)；因?yàn)槲覀儠?huì)需要幾個(gè)SPST開(kāi)關(guān)、幾個(gè)SPDT開(kāi)關(guān)，還需要至少5個(gè)瞬間開(kāi)關(guān)按鍵(momentary push button)，以及至少3個(gè)10KΩ電位計(jì)(或是微調(diào)器)。

 

不論其他，如果我們能用日常生活中容易取得的東西來(lái)打造這些零件，將會(huì)非常具教育性──而且會(huì)讓讀者能更充分理解相關(guān)知識(shí)、取得成就感；舉例來(lái)說(shuō)，我在想是不是能利用自動(dòng)鉛筆芯來(lái)制作電位計(jì)，但我擔(dān)心那可能會(huì)太脆弱。

 

所以要在這里要拜托大家熱心提供意見(jiàn)──你的腦袋里有什么好點(diǎn)子可以分享嗎？讓我們一起來(lái)為基礎(chǔ)電子DIY (培養(yǎng)未來(lái)工程師人才？)貢獻(xiàn)一點(diǎn)力量吧！