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# 硬體
該頁面講述多元感測模組 (VMSM) 的硬體組成。VMSM 大致是由防水盒、壓克力板、PCB板、電池、感測器等五大項組成。下方是 VMSM 連接光合有效輻射感測器 RS-GH-N01-AL 的示意圖，可從該圖窺探 VMSM 的組成要素有哪些

## 電路配置
以下是 VMSM 的電路配置，ATTiny13a 喚醒電路接 3.9V，Arduino 通訊電路接 5V。以上兩個不同的電壓來自於三顆串聯的 18650 電池(一顆 18650 電容量為 3400mAH)，因此，18650 們的原始電壓輸出在 10.8V。所以，實際上是有兩個降壓模組做降壓，將 10.8V 變成 3.9V 和 5V 後，再供給 MCU 使用


## 系統元件和購買連結
以下是 VMSM 的各項元件購買連結或公司，供學弟妹或其他研究者參考

| 元件名稱 | 購買連結 or 公司 |
| -------- | -------- |
| Arduino Pro Mini 3.3V | [Link](https://www.ruten.com.tw/item/show?21442481326906&_gl=1*saby6i*_ga*MTM0NjUyMzg1MC4xNjcyODMyMzc0*_ga_2VP4WXLL56*MTY3NTIzOTQ5Ny4xMy4xLjE2NzUyMzk3ODMuNTkuMC4w) |
| AVR ATTiny13a | [Link](https://shopee.tw/ATTINY13A-PU-1%E7%B5%842%E5%80%8B-IC%E8%85%B3%E5%BA%A7-%E7%9B%B4%E6%8F%92DIP-8-AVR%E5%96%AE%E7%89%87%E6%A9%9F-%E5%BE%AE%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%99%A8%E8%8A%AF%E7%89%87-i.78933626.2299728129) |
| RTC Module DS3231 | [Link](https://shopee.tw/%E3%80%90%E5%82%91%E6%A3%AE%E5%89%B5%E5%B7%A5%E3%80%91DS3231-%E9%AB%98%E7%B2%BE%E5%BA%A6%E6%99%82%E9%90%98%E6%A8%A1%E7%B5%84-%E6%99%82%E9%96%93%E6%A8%A1%E7%B5%84-%E5%84%AA%E6%96%BCDS1302-Arduino-i.20917936.407975983) |
| SD 卡模組 | [Link](https://shopee.tw/%E3%80%90%E7%A5%A5%E6%98%8C%E9%9B%BB%E5%AD%90%E3%80%91Arduino%E7%B3%BB%E5%88%97%E5%A5%97%E4%BB%B6-Micro-SD%E5%8D%A1-%E8%AE%80%E5%8F%96-%E6%A8%A1%E7%B5%84-SPI%E6%8E%A5%E5%8F%A3-TF%E5%8D%A1%E8%AE%80%E5%AF%AB%E5%8D%A1%E5%99%A8-i.27742636.7360707885) |
| Modbus RTU 轉 RS485 | [Link](https://shopee.tw/TTL-UART%E8%BD%89RS485-%E5%BA%8F%E5%88%97%E5%9F%A0Serial-ESD-TVS%E9%98%B2%E8%AD%B7-%E5%90%AB%E9%9B%BB%E6%BA%90%E7%87%88-TX-RX%E7%87%88-ESP32-Arduino-i.293276804.3446122089) |
| HC-08 | [Link](https://shopee.tw/%E3%80%90%E9%88%BA%E7%80%9A%E7%B6%B2%E8%88%96%E3%80%91%E3%8A%A3-%E5%8C%AF%E6%89%BF%E5%8E%9F%E5%BB%A0-HC-08-%E8%97%8D%E7%89%99-%E8%97%8D%E8%8A%BD-4.0-%E4%BD%8E%E5%8A%9F%E8%80%97-BLE-CC2540-%E7%84%A1%E7%B7%9A%E6%A8%A1%E7%B5%84-%E5%B8%B6%E5%B1%8F%E8%94%BD%E7%BD%A9%E5%BA%95%E6%9D%BF%E7%84%8A%E6%8E%92%E9%87%9D-i.4101109.2155211212) |
| 防水盒 | [Link](https://www.ruten.com.tw/item/show?22119317430115&_gl=1*1g0wfoa*_ga*MTM0NjUyMzg1MC4xNjcyODMyMzc0*_ga_2VP4WXLL56*MTY3NTIzOTQ5Ny4xMy4xLjE2NzUyNDA0MTAuNTIuMC4w) |
| PCB板子 | [Link](https://www.ruten.com.tw/item/show?21407137761188&_gl=1*l92isl*_ga*MTM0NjUyMzg1MC4xNjcyODMyMzc0*_ga_2VP4WXLL56*MTY3NTIzOTQ5Ny4xMy4xLjE2NzUyNDA2NzIuOC4wLjA.) |
| 土壤感測器 PR-3000-TR-N01 | [Link](https://shopee.tw/%E7%8F%BE%E8%B2%A8%E7%86%B1%E9%8A%B7%E5%9C%9F%E5%A3%A4%E6%BA%AB%E6%BA%BC%E5%BA%A6%E5%82%B3%E6%84%9F%E8%AE%8A%E9%80%81%E5%99%A84-20mA%E5%A4%A7%E6%A3%9A%E8%BE%B2%E6%A5%ADrs485%E6%B0%B4%E5%88%86%E9%9B%BB%E5%B0%8E%E7%8E%87PH%E5%80%BC%E6%AA%A2%E6%B8%AC%E5%84%80-i.193876824.17502443062) |
| 土壤感測器 Teros12 | 緯成企業股份有限公司 / 孫國治先生 |
| 光合有效輻射感測器 RS-GH-N01-AL | 海博特股份有限公司 / 林孟璇小姐 |
| 電池解決方案 | 露天鋰鐵鋰 / 馬全雄先生 |

## 壓克力板
使用游標卡尺量測防水盒和電子元件的尺寸後，以 SolidWork 繪圖，再搭配雷射切割機，切割透明壓克力製作而成。壓克力板的用途是將PCB板固定在防水盒內部，防止晃動而造成電子電路零件鬆脫

## PCB 板
使用 KiCad 設計電路板，再將設計稿送給露天上的 PCB 廠商製作。PCB板的用途是製作一個 IO Board，方便系統上的電子零件和線路相接，減少組裝時的麻煩。KiCad 在網路上能搜尋到相當多的教學文件，以下舉出兩個網站以供參考：
* [如何自己做一個鍵盤 (上) – KiCad 教學](https://ergotaiwan.tw/self-keyboard-kicad-1/)
* [KiCad論壇](https://forum.kicad.info/)

以下便是 VMSM 的電路板設計圖和實際樣貌，板子上有針腳排針和端子台，適合單晶片和線路的插拔，若零件有損毀，不需解焊也能立即更換，相當方便。圖中有 BJT 和二極體。此處的 BJT 作為開關，功能是啟動通訊電路；二極體則是為了限制電流流動方向，使電路能正常運作。另外，該電路板上除了橘色的下拉電阻 (該電阻使得 ATTiny13a 喚醒電路與 Arduino 通訊電路間能透過高低電位兩種變化，來進行簡易的溝通) 以外，還有一顆藍色的電阻。該電阻為 BJT 基極電阻，阻值 1620 歐姆，功能是控制流經 BJT 集極的電流量。


## 硬體組裝
硬體組裝分成壓克力板切割、PCB 板印製、整體元件整合三項，以下分別說明
1. 壓克力板直接下載實驗室雲端的 DXF 檔後，用雷射切割機切割，即可獲得壓克力板
2. PCB 板拿設計稿件給露天廠商即可印製。印製結束後，需要為之焊上端子台、排針、電阻、二極體、IC 晶片底座...等元件。注意，焊接溫度不要太高，以免造成電路損傷
3. 將 PCB 板的孔位對準壓克力板的孔位，並以 M3 螺絲鎖上。另外，PCB 板上都有文字顯示電子元件的插法，對照文字，將相關的電子元件按角位插入即可。完成該項組裝後，同樣用 M3 有螺牙的螺絲，將壓克力板固定在防水盒內，並拿燒錄好的 ATTiny13a 和 Arduino，插入對應的孔位，再連接鋰鐵鋰提供的電池後，VMSM 便組裝完成了

*P.S. 電池指示燈、電源鍵、充電孔目前都是鋰鐵鋰提供的，可將 VMSM 直接寄至他們公司做處理，不必自己動手組裝*

## 未來建議
VMSM 在硬體上仍有不足之處，有以下幾點建議：
* 電路板可以再更新，為 Arduino 新增多個 IO 腳位，讓 VMSM 可以一次性連接多個感測器
* 可以設計快速的感測器接頭，讓農民可以單獨拔下白色防水盒並拿去充電，減少農民充電的功夫
* 將電池內的降壓模組拿掉，減少降壓所帶來的能耗損失。實際操作方法是 18650 可以直接接給 ATTiny13a，但是， Arduino 和感測器的部分，就需要額外做升壓才能正常運作。建議可以在 18650 的原始電壓輸出端，添增升壓模組給 Arduino 和感測器使用
* 上面這點完成後，電池不限制是 3 的倍數，可以考慮將電池添加到 4 顆以上，以增長使用時間