硬體元件選購與 Raspberry Pi Arduino 整合

在嵌入式系統開發中，硬體元件的選型和平臺整合至關重要。本文整理了常用硬體元件的供應商資訊，並提供 Raspberry Pi 和 Arduino 兩大開發板的整合應用，協助開發者快速上手。從 PyFirmata 的安裝與使用到步進馬達的控制，本文涵蓋了軟硬體整合的關鍵步驟，並提供程式碼範例，讓讀者能快速應用於實際專案。

硬體元件供應商列表

以下是各種硬體元件的供應商列表，供您購買和使用：

視訊模組

Raspberry Pi Camera Module：可在 Adafruit（3099）和 Cool Components（1932）購買

微控制器

Arduino Uno：可在 SparkFun（DEV-11021）、Adafruit（50）和 CPC（A000066）購買

電平轉換器

四路電平轉換器：可在 SparkFun（BOB-12009）和 Adafruit（757）購買
八路電平轉換器：可在 Adafruit（395）購買

電源管理

LiPo 電池增壓轉換器/充電器：可在 SparkFun（PRT-14411）購買

遙控開關

PowerSwitch Tail：可在 Amazon 購買

伺服器控制器

16 通道伺服器控制器：可在 Adafruit（815）購買

馬達驅動器

1A 雙馬達驅動器：可在 SparkFun（ROB-14451）購買

Raspberry Pi 擴充板

RasPiRobot 板 v4：可在 Amazon 購買
Pi Plate：可在 Adafruit（801）購買

感測器

PIR 動作感測器：可在 Adafruit（189）購買
Ultimate GPS：可在 Adafruit（746）購買
甲烷感測器：可在 SparkFun（SEN-09404）購買
氣體感測器分離板：可在 SparkFun（BOB-08891）購買

加速度計

ADXL335 三軸加速度計：可在 Adafruit（163）購買

顯示器

4x7 段 LED 顯示器 with I2C 揹包：可在 Adafruit（878）購買
雙色 LED 方形畫素矩陣 with I2C 揹包：可在 Adafruit（902）購買

時鐘模組

RTC 模組：可在 Adafruit（3296）購買

LCD 顯示器

16x2 HD44780 相容 LCD 模組：可在 SparkFun（LCD-00255）和 Adafruit（181）購買

感測器 HAT

Sense HAT：可在 Adafruit（2738）購買
Adafruit Capacitive Touch HAT：可在 Adafruit（2340）購買
Stepper Motor HAT：可在 Adafruit（2348）購買
16 通道 PWM HAT：可在 Adafruit（2327）購買

OLED 顯示器

I2C OLED 顯示器 128x64 畫素：可在 eBay 搜尋「I2C OLED Arduino」

加速度計感測器

MMA8452Q 三軸加速度計分離板：可在 SparkFun（SEN-12756）購買

二氧化碳感測器

MH-Z14A 二氧化碳感測器模組：可在 eBay 搜尋「MH-Z14A」

RFID 模組

RC-522 RFID 模組：可在 eBay 搜尋「RC-522」

智慧卡套件

MonkMakes Clever Card Kit for Raspberry Pi：可在相關商店購買

距離感測器

Pimoroni VL53L1X 距離感測器：可在 eBay 搜尋「VL53L1X」

Raspberry Pi 零相機

Raspberry Pi Zero Camera：可在相關商店購買

圖表翻譯：

  graph LR
    A[硬體元件] -->|供應商|> B[Adafruit]
    A -->|供應商|> C[SparkFun]
    A -->|供應商|> D[Amazon]
    A -->|供應商|> E[eBay]
    B -->|產品|> F[Raspberry Pi Camera Module]
    B -->|產品|> G[Arduino Uno]
    C -->|產品|> H[四路電平轉換器]
    D -->|產品|> I[PowerSwitch Tail]
    E -->|產品|> J[MH-Z14A 二氧化碳感測器模組]

內容解密：

以上列表提供了各種硬體元件的供應商資訊，包括視訊模組、微控制器、電平轉換器、電源管理、遙控開關、伺服器控制器、馬達驅動器、Raspberry Pi 擴充板、感測器、加速度計、顯示器、時鐘模組、LCD 顯示器、感測器 HAT、OLED 顯示器、加速度計感測器、二氧化碳感測器、RFID 模組、智慧卡套件、距離感測器和 Raspberry Pi 零相機。每個元件都有多個供應商選擇，方便使用者購買和使用。

硬體與電子元件選購

在進行電子與機械相關的專案時，選擇合適的硬體和電子元件至關重要。本文將提供一些常用元件的選購，包括Adapter、各種電子元件和工具。

Adapter選擇

Wemos D1 Mini: 可在eBay搜尋「Wemos D1 Mini」進行購買。
Adafruit: 提供多種Adapter選擇，如Adafruit 3157。

電子元件選購

以下是一些常用電子元件的選購：

1200mAh LiPo電池: 可在Adafruit（編號258）購買。
5V繼電器: 可在SparkFun（編號COM-00100）購買。
5V面板計量表: 可在SparkFun（編號TOL-10285）購買。
標準伺服馬達: 可在SparkFun（編號ROB-09065）或Adafruit（編號1449）購買。
9g迷你伺服馬達: 可在Adafruit（編號169）購買。
5V 2A電源供應器: 可在Adafruit（編號276）購買。
低功耗6V DC馬達: 可在Adafruit（編號711）購買。

其他元件和工具

0.1寸接頭針: 可在SparkFun（編號PRT-00116）或Adafruit（編號392）購買。
5V 5-pin單極步進馬達: 可在Adafruit（編號858）購買。
12V 4-pin雙極步進馬達: 可在Adafruit（編號324）購買。
底盤和齒輪馬達套件: 可在eBay搜尋「2WD Smart Robot Car Chassis」進行購買。
4xAA電池盒: 可在Adafruit（編號830）購買。
6xAA電池盒: 可在Adafruit（編號248）購買。
觸控按鈕: 可在SparkFun（編號COM-00097）或Adafruit（編號504）購買。
迷你滑動開關: 可在SparkFun（編號COM-09609）或Adafruit（編號805）購買。
旋轉編碼器: 可在Adafruit（編號377）購買。
4x3按鍵盤: 可在SparkFun（編號COM-14662）購買。
壓電喇叭: 可在SparkFun（編號COM-07950）或Adafruit（編號160）購買。
** 霍爾效應開關**: 可在Adafruit（編號375）購買。
主控臺線: 可在Adafruit（編號954）購買。

Raspberry Pi介紹

Raspberry Pi是一系列的小型單板電腦，廣泛用於各種專案中。瞭解其pinout對於連線外部元件至關重要。

Raspberry Pi 4/3/2 Model B, B+, A+, Zero Pinout

Raspberry Pi 4/3/2 Model B, B+, A+, Zero都具有40-pin的GPIO介面，提供了豐富的外部連線選擇。圖B-1顯示了這些型號的pinout。

Raspberry Pi Model B Revision 2, A Pinout

如果您使用的是Raspberry Pi Model B Revision 2或Model A，請參考圖B-2瞭解其pinout。

Raspberry Pi Model B Revision 1 Pinout

Raspberry Pi Model B的第一個版本（Revision 1）有一些pinout的差異，與後續版本不完全相容。圖B-3標記出了這些差異。

數學符號與運算元

在使用Python進行程式設計時，會遇到各種數學符號和運算元。例如：

$提示符
&命令
*萬用字元
.句點
/路徑分隔符
=指定運算元
[:]和[ ]表示法

加速度測量

加速度測量可以使用Inertial Management Unit或MMA8452Q模組進行。這些模組能夠提供準確的加速度資料，適用於各種應用。

地址ABLE RGB LED燈條

地址ABLE RGB LED燈條可以用於建立多彩的燈光效果。這些燈條可以透過各種控制器進行控制，實作複雜的燈光效果。

別名

別名是給變數或函式取別名的方法，可以簡化程式碼的閱讀和維護。

鹼性電池

鹼性電池是一種常用的電池型別，具有較長的壽命和較好的效能。

類別比輸入

類別比輸入可以用於讀取類別比訊號，例如音訊訊號或感測器訊號。

類別比電壓表

類別比電壓表可以用於顯示電壓值，常用於測量電路中的電壓。

類別比數位轉換器(ADC)

類別比數位轉換器可以將類別比訊號轉換為數位訊號，適用於各種應用。它可以用於測量溫度、電壓等物理量。

Android控制硬體

Android可以用於控制硬體，例如透過藍牙或Wi-Fi連線控制機械裝置。

以上內容提供了一些基本的電子元件選購和Raspberry Pi介紹，同時也涉及了一些基本的數學符號、加速度測量、地址ABLE RGB LED燈條、別名、鹼性電池、類別比輸入、類別比電壓表、類別比數位轉換器和Android控制硬體等內容。這些知識點對於電子和機械專案的開發具有重要意義。

Raspberry Pi 與 Arduino 的整合應用

Raspberry Pi 和 Arduino 是兩種非常受歡迎的開發板，各自有其優勢和特點。Raspberry Pi是一種根據Linux的迷你電腦，適合於複雜的計算任務和多媒體應用，而Arduino則是一種專注於物理計算和互動的開發板，非常適合於實作各種互動和控制功能。

使用PyFirmata控制Arduino

PyFirmata是一個Python函式庫，允許您使用Raspberry Pi控制Arduino板。透過PyFirmata，您可以輕鬆地讀取Arduino的模擬輸入，控制數字輸出，甚至可以使用PWM（脈寬調製）控制伺服馬達。

安裝PyFirmata

要使用PyFirmata，您需要先安裝它。您可以使用pip安裝PyFirmata：

pip install pyfirmata

連線Arduino

連線Arduino到Raspberry Pi後，您需要上載標準Firmata韌體到Arduino板。然後，您可以使用PyFirmata函式庫來控制Arduino。

讀取模擬輸入

以下是使用PyFirmata讀取Arduino模擬輸入的例子：

import pyfirmata

# 連線到Arduino
board = pyfirmata.Arduino('/dev/ttyUSB0')

# 讀取模擬輸入
analog_input = board.get_pin('a:0:i')
print(analog_input.read())

控制數字輸出

以下是使用PyFirmata控制Arduino數字輸出的例子：

import pyfirmata

# 連線到Arduino
board = pyfirmata.Arduino('/dev/ttyUSB0')

# 控制數字輸出
digital_output = board.get_pin('d:13:p')
digital_output.write(1)

使用RasPiRobot Board控制步進馬達

RasPiRobot Board是一個為Raspberry Pi設計的機器人板，允許您控制步進馬達和其他機器人元件。以下是使用RasPiRobot Board控制步進馬達的例子：

import RPi.GPIO as GPIO

# 初始化GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# 設定步進馬達引腳
step_pin = 17
dir_pin = 23

# 控制步進馬達
GPIO.setup(step_pin, GPIO.OUT)
GPIO.setup(dir_pin, GPIO.OUT)

# 旋轉步進馬達
GPIO.output(step_pin, GPIO.HIGH)
GPIO.output(dir_pin, GPIO.HIGH)

##玄貓的技術世界

命令列與檔案管理

在 Linux 系統中，命令列是用於與系統互動的重要工具。常用的命令包括 cd、chmod、chown 等。檔案管理也是非常重要的，包括檔案的建立、複製、刪除等。

從技術架構視角來看，本文詳細列舉了各類別硬體元件及其供應商，並深入探討了 Raspberry Pi 與 Arduino 的整合應用，涵蓋了從硬體選型到軟體控制的完整流程。藉由 PyFirmata 函式庫，使用者可以便捷地實作 Raspberry Pi 對 Arduino 的控制，充分發揮兩者各自的優勢，例如 Raspberry Pi 的運算能力和 Arduino 的硬體控制能力。然而，文章並未深入探討不同整合方案的效能差異以及潛在的相容性問題，例如不同版本的 PyFirmata 與 Arduino IDE 的相容性。展望未來，隨著物聯網技術的蓬勃發展，Raspberry Pi 與 Arduino 的整合應用將更加普及，預計會有更多便捷的工具和框架出現，進一步簡化開發流程並提升系統效能。對於有意搭建軟硬整合系統的開發者而言，深入理解不同硬體平臺的特性以及通訊協定至關重要，才能構建出高效穩定的應用系統。玄貓認為，掌握 Raspberry Pi 和 Arduino 的整合技術將成為未來物聯網開發者的核心競爭力之一。

玄貓

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。