01 認識軟硬體

(2020/01/08)

貓咪盃硬體組培訓

零、全國貓咪盃首頁：http://cc.ilc.edu.tw/

一、硬體介紹

• 認識【數位訊號】及【類比訊號】

  • 數位(Digital)訊號：簡單來說，數位訊號只有兩種狀態。高電位跟低電位或者說1（ON）跟0（OFF）。舉凡像是電腦、手機等電子產品都是傳送數位訊號，其訊號只有0或1而已。

  • 類比(Analog)訊號：簡單的說，除了數位訊號以外的訊號都叫作類比訊號。像是溫度的高低變化，聲音的大小變化等連續訊號都是類比訊號。類比訊號為連續訊號，不像數位訊號只有0、1兩種狀態，而是在0、1間還有其他的值，像0.1、0.3888…等。

• 認識【輸入裝置】及【輸出裝置】

  • 以大家熟悉的電腦為例：

    • 輸入裝置（我們利用【什麼】來告訴電腦做事情）：鍵盤、滑鼠、麥克風、搖桿 ...

    • 輸出裝置（電腦利用【什麼】來告訴我們它執行的結果）：螢幕、喇叭、印表機 ...

  • 今天的主角 Arduino 也可看成是一台電腦，如下圖所示 (Arduino是一個開源的軟體與硬體)

    • 原廠 Arduino Uno (資料取自Arduino Uno功能簡介)

• • • 所以與Arduino連接在一起的元件或感應器，也有輸入及輸出之分！整理這些感應器或元件，分類一下：

    • 輸入裝置 ：

      • 又有分【數位輸入(DIGITAL IN)】(就像開關 ON/OFF)及【類比輸入(ANALOG IN)】

      • 人可操控的：按鍵、搖桿、麥克風（聲音）、滑桿（可變電阻）、遙控器、串列埠...

      • 環境控制的：聲音、光度、溫度、紅外線、各式偵測器

      • 除了【按鍵】及一些【關關】為【數位輸入(DIGITAL IN)】，其他大都為【類比輸入(ANALOG IN】)，有些感應器是可以同時採用【數位輸入(DIGITAL IN)】或【類比輸入(ANALOG IN】)

    • 輸出裝置：

      • 又有分【數位輸出(DIGITAL OUT)】(ON/OFF)及【類比輸出(ANALOG OUT)】

      • Arduino的數位腳位D3、D5、D6、D9、D10、D11這6個腳位(上圖編號前有 ~ 圖案)，可模擬成【類比輸出】腳位(又稱PWM腳位)。

      • 常見的輸出裝置有：

        • 數位輸出：LED燈及各式顯示器（LCD、OLED、8x8LED、7段顯示器、燈條）、蜂鳴器、繼電器、串列埠...

        • 類比輸出：LED燈、馬達...

• 2020貓咪盃硬體規範

  • 109年度全國貓咪盃scratch競賽硬體組Arduino套件規格 108.11.28

• 1. Arduino UNO R3 副廠開發板，FCC認證(含以上)。

  2. USB傳輸連接線1~1.5米長。

  3. 收線用AB魔術帶2條。

  4. 通用型彩色Sensor shield v5.0感測器擴充板，以杜邦公座延伸輸出入接腳，同時必需以彩色區分G/V/S、具有I2C、藍芽插座、獨立電源輸入座、並可直接跨接在Arduino UNO板上運作。

• 1. 標準2.54杜邦雙母頭彩色40P排線，線長20~30CM，Pin腳需獨立分離，3條(排)。

  2. 2cm長2.54雙頭等長杜邦排針，2條(排)。

  3. 可堆疊收藏之格狀套件收納盒，盒內可分類收藏零件，並以貼紙或印刷適當標示(類比輸出、類比輸入、數位輸出、數位輸入、函式庫型輸入、主板與擴充板、USB線材)。

  4. 各類感測器均以模組為主，不得直接採用電子零件，模組採用杜邦頭2.54公頭，腳位3Pin者必須按G/V/S順序排列，3Pin以上者不限，電源3/5V通用。

     • A. 數位輸入型：按鈕3個、滾珠開關1個、霍爾磁性1個。

     • B. 類比輸入型：可變電阻(直推或旋轉)1個、光線1個、土壤溼度1個、避障紅外線1個。

     • C. 數位輸出型：大顆單色LED模組(高電位啟動)紅/黃/綠各1個、繼電器(高電位啟動)1個、大顆LED紅綠燈整合模組1個。

     • D. 類比輸出型：RGB LED共陰模組1個、電晶體MOS模組1個、兩路L9110S馬達模組1個、微型N20直流減速馬達6V(48~120RPM)共2個。

     • E. 函式庫型：無源蜂鳴器1個、SR-04P超音波1個、DHT11溫溼度1個、舵機0-180度1個、LCD1602液晶模組(I2C介面)1個、Max7219 8X8 矩陣LED模組1個、WS2812 RGB12燈燈環模組1個。

二、軟體介紹

• 2020貓咪盃軟體規範

  • 109貓咪盃暫定安裝軟體如下：

1.系統基本安裝，適用動畫組、遊戲組、硬體組

• • • (1) win10作業系統

    • (2) Scratch 3 離線版 V3.6.0

    • (3) Inkscape 0.92.4

    • (4) GIMP 2.10.14

    • (5) LibreOffice 6.3.4

    • (6) Java 8u231

    • (7) Audacity 2.3.3

    • (8) MuseScore-3.3.4

    • (9) vmpk-0.7.2

    • (10) 7-Zip 19.00

    • (11) Xmind 8 update9

    • (12) Hydrogen 0.9.7

2.硬體組另加安裝，以下軟體下載處

• • • (1) WFduino-win32-ia32

    • (2) Transformer-140比賽專用免註冊版

    • (3) mblock-V5.1.0

    • (4) Kittenblock Setup 1.8.4

    • (5) bDesigner-setup30-13dlib

    • (6) arduino-1.8.10-windows

    • (7) ardublock-beta-20140702

    • (8) moto_iot_blockly-20191231(含broker)

3.原歷年CC素材不再提供

• 本次教學，採用motoblockly的軟體來教學

  • 下載 離線版 (1.3.0版)

  • motoblockly離線版軟體安裝

  • 讓D13的LED燈一閃一滅

  • 由於本文採用motoblockly並沒有用到SCRATCH的界面設計，因此在人機界面的使用上會較吃虧，因此建議改採用有SCRATCH的軟體(2020.02.10)

  • 推薦bDesigner，教學教材如下

    • 新竹縣成功國中 康文耀 老師、桃園市龜山國中 李厚承 老師製作

三、出題方式與評分標準 (計畫於附件)

• 出題方式

  1. 命題範圍為國中小各領域、非政治敏感之議題、學校教育學習、家庭生活...等範圍，無限定在學科上。

  2. 命題方向為指定內容之封閉式命題,並提供題目說明，國中小遊戲組範例如下：

     • “智慧家庭舒適生活─自動化居家設施”:未來是AI 的世界,大部分的事電腦都能幫你處理,居家環境也都會自動化。你是一個家庭用品的設計公司的工程師,請你設計一個自動化的居家設施,來讓將來的人類享受貼心便利的生活。

     • 注意:

       • 本競賽會檢核您的設計、思考、創作歷程，同時會檢視你的作品與聆聽你的解說，因此你和你的隊友必需在 A4 紙上留下你們設計、討論、思考、創作的歷程，以及所使用的相關技術、軟、硬體架構等，並於評審時展示你的作品、並提供以上文件，同時說明你們的創作歷程。

       • 本競賽場地並不提供網路，因此作品無法使用網路的控制方式，但這不影響你們的設計與創意，但呈現的作品因為無法使用網路，因此要自行確認網路部分附加功能之比重，或以模擬、其他方式解決。

• 評分標準