專題構想庫
本課程的總整專題現在是一台標準化的儀器，但這十六個經過審核的專題構想， 仍然是「開發板＋客製載板（carrier）＋AI 軟體」這套方法幾週內能做出什麼的絕佳目錄。瀏覽它們，可以為你的儀器找到軟體方向 （警報、儀表板、控制迴路、特性量測方法），也可以為課程結束後在自己實驗室要打造的下一個東西找靈感—— 如果你有充分的理由想改做其中一個，也可以找講師談。
分級代表的是風險，不是優劣：A＝低風險，C＝有企圖心。所有專題共用同一套架構：感測器／致動器 ↔ 客製載板 ↔ 開發板 ↔ Python 主機 ↔ 網頁／機器人，裝在自製的機殼裡。
A 級——低風險、高完成度潛力
冷卻水流量監測與連鎖保護
霍爾效應流量感測器＋ESP32；具故障安全設計的繼電器／光耦連鎖輸出；即時繪圖；在磁鐵燒壞之前發出機器人警報。用水桶和碼表校正。
雷射光束快門
伺服馬達或步進馬達驅動的葉片，裝在光學桌固定座上；TTL（BNC）＋序列埠控制；用光電二極體量測開關時間與抖動（jitter）。市售品要價 $500 以上。
實驗室環境記錄器
透過 WiFi 連線的溫度／濕度／氣壓節點；資料庫＋網頁儀表板；漂移警報；把你的雷射漂移和室溫做關聯分析。
IP 控制的繼電器與警報節點
ESP32 搭配隔離輸入與低電壓繼電器輸出，可由網頁／機器人／MQTT 控制；故障安全的預設值、看門狗、身分驗證、事件記錄。
通用實驗室放大器
BNC 輸入／輸出的電壓放大器或儀表放大器，具可切換增益、輸入保護、50 Ω 驅動能力、偏移微調。最理想的第一塊 PCB；量測它的頻寬與雜訊。
B 級——真材實料的類比、運動或混合訊號內容
可變增益 TIA 光偵測器
光電二極體＋轉阻放大器（TIA），2–3 段增益、頻寬限制、板載 ADC 串流、有屏蔽的機殼。佈局品質在這裡真的有差。
PID 溫度控制器
熱敏電阻電橋＋MOSFET 加熱器或 H 橋 TEC 驅動器；含抗積分飽和（anti-windup）的數位 PID；以 AI 協助、從記錄下來的步階響應調整參數；過夜 mK 等級穩定度圖。
電動濾光片輪／旋轉座
步進馬達＋光學定位索引；歸零（homing）與定位點；為 Ø25 mm 光學元件 3D 列印的輪盤——真正的公差設計；用雷射量測重現性。
任意波形產生器＋BNC 子板
Teensy 或 ESP32-S3＋外接 DAC → 緩衝後的 BNC 輸出；由 Python 上傳波形表；透過 ESP32 提供的網頁用手機控制。已併入全班統一儀器（AWG／DAC 那一半）。
精密 ADC/DAC 前端
16–24 位元轉換器、精密參考電壓、抗混疊濾波器、BNC 輸入輸出——量測得出來比任何微控制器內建的都好；實測 ENOB。多個其他專題共用的硬體。
數位控制的放大器／濾波器
由 ESP32 設定增益與截止頻率（數位電位器、PGA 或切換電容濾波器）——用手機就能調整；掃描各種設定並繪出實測的轉移函數。
有真正時基的 DDS 函數波形產生器
由 MCU 驅動 AD9833 等級的 DDS，可達 12 MHz；用 TCXO 或 OCXO 升級時脈，並加上外部 10 MHz 參考輸入；量測改善幅度（拍頻、艾倫方差 (Allan deviation)）。已併入全班統一儀器（DDS 那一半）。
數位濾波器盒
ADC → Teensy 上的 FIR/IIR／陷波濾波器 → DAC；係數用 Python（scipy.signal）設計；量測延遲與響應，並與設計值比較。
C 級——有企圖心
數位 PID「迷你鎖箱」
類比誤差訊號輸入 → Teensy 上的高速 PID → 壓電／電流輸出；10–50 kHz 迴路；含示波器畫面的 GUI；最低展示是鎖定一個模擬的受控體，鎖定真實雷射則是進階目標。
鎖相放大器（數位式）
產生參考訊號、取樣訊號、解調為 X/Y（R/θ），串流到主機 GUI 並提供時間常數控制。最低展示：在室內光線下還原 1 kHz 調變的 LED 訊號。整份清單中每顆元件能換到最多物理的專題。
多通道實驗室連鎖保護與狀態中樞
把門禁／流量／溫度／市電正常等訊號整合到一個壁掛盒，含繼電器、狀態面板、事件記錄、網頁與機器人；看門狗設計；逐級通報機制為進階目標。
基於正當理由被剔除的項目（好奇可以問）：任何切換市電的裝置、機械手臂／龍門架、波長計／光譜儀、高壓壓電驅動器。