20221124 鳳山國中

主題：micro:bit基礎感測器應用

本教材網址：http://gg.gg/20221124fs

研習日期：111.11.24 (四)上午08：30~11：30

地點：鳳山國中藝術大樓二樓

講師：黃文玉老師 (shspswenyu@gmail.com)

• 高雄市新上國小電腦老師

• 高雄市SCRATCH推廣教師

• 教育部中小學教師運算思維增能研習種子教師

• Facebook S4A社團管理員之一

• 第一屆聯發科 2022 STEM造課師

• 致力Scratch、Arduino、micro:bit、Web:Bit、凱比機器人... 等程式教育及創客教育的推廣

一、認識micro:bit

• 為什麼要學micro:bit呢？

  • 國中小學生如果在程式設計上已經玩膩了SCRATCH只能控制舞台上的角色或背景

  • 可建議國中小學生利用micro:bit做加深加廣的應用

    • 【加深】資訊科技中程式設計的應用 (甚至可學習python程式語言，利用microPython的程式來控制micro:bit)

    • 【加廣】生活科技中機電整合的應用

    • 如玩玩會動的小車，可以更加增進學生的學習動機！

• 硬體部份

  • 官網：https://microbit.org/

  • micro:bit 是由英國廣播公司(BBC) 與微軟(Microsoft)、ARM、三星、蘭卡斯特大學等單位合作的可編寫程式的口袋微型電腦。

  • micro:bit雖然大小僅有4X5公分，重量5公克，但內含二個按鈕、5 x 5 LED矩陣、低功耗藍牙、加速度感測器、磁力感測器、溫度感測器、光線感測器，真是麻雀雖小，五臟俱全。由於使用者越來越多，BBC再將micro:bit的功能提升，於2020年11月推出V2版本，增加了內建麥克風、蜂鳴器及電容式觸控感應器等元件 。

• • V2.2：其中一個USB相關的控制元件缺料，所以更換其他同功能的控制元件，才更新版本到V2.2，功能與V2完全一樣，外觀看不出來有甚麼改變，差別是電路板上會標註V2.2而已！

• micro:bit的影響：

  • 在micro:bit之前的開發板，最有名大概是Arduino系列，但使用的人不多，更別說國中小學生

  • 因為具備顯示屏幕、按鍵(老師也可以把它稱為一個小電腦)及各種感測器，再加上MakeCode的積木式程式編輯器(類似SCRATCH)，很受國中小學生喜歡，所以漸漸打響名號。

  • 其中【金手指的設計】，可連接各種擴展板，已被其他開發板來模仿設計(如下)，形成一主流介面

    • Web:Bit(慶奇科技Webduino)、PocketCard(凱斯電子)，這兩塊板子都採用ESP32的晶片，優勢是可以直接連上網路，PocketCard還採用OLED顯示屏幕

    • Meowbit：一款為MakeCode Arcade而設計的一款小型掌上遊戲機

    • EZ Start Kit+ (ICShop)：可接三種開發板(micro:bit(Web:Bit、PacketCard)、7697、ESP32)

• 軟體部份

  • MakeCode：微軟設計的積木式推疊的程式語言平台

    • 網址：https://makecode.microbit.org/ (今天以此平台的教學為主)

    • 線上編輯器，還有模擬器可用

    • 也有離線版，但我很少用：https://makecode.microbit.org/offline-app

    • 適合國中小學生的使用

  • Python編輯器：文字模式

    • 網址：https://python.microbit.org/v/2

    • 適合國中高中學生的使用

二、基本教學

1.屏幕(基本類積木)的使用

1. • 基本類積木的使用：很簡單

   • 關鍵一：跟其他積木程式不同，各顯示積木占有時間的(不用等待積木)，此稱為顯示的預設時間

     • 心臟噗通噗通跳 https://makecode.microbit.org/_U6xCpTVu2a3t

     • 如何計算各顯示積木的【顯示預設時間】？

       • https://makecode.microbit.org/_iqf5ixTubdbf

1. • • • 【顯示 數字】積木：750ms（毫秒）

       • 【顯示 LEDs】積木：400ms

       • 【顯示 圖示】積木：600ms

       • 【顯示 文字】積木：750ms (顯示單一字母)

       • 【顯示 箭頭】積木：600ms

     • 如何讓心臟跳慢一點？

     • 如何讓心臟跳快一點？

       • 使用javascript模式 https://makecode.microbit.org/_CpJWh03wWbJw

1. • 關鍵二：積木位置的高低有差別

     • 程式一開始一定先執行【當啟動時】積木，可以同時有多個【無複無限次】積木，但哪一個先執行呢？

     • https://makecode.microbit.org/_Ls5FPt2VYi04

2.輸入類積木的使用

1. • 按鍵的使用

     • 剪刀、石頭、布的遊戲(指定出拳) https://makecode.microbit.org/_V1c1cd8bL2HF

     • 讓學生們去PK

   • 姿勢改變的使用，如晃動

     • 剪刀、石頭、布的遊戲(隨機出拳) https://makecode.microbit.org/_a5XMvzTcK6hH

     • 關鍵三：邏輯積木的使用，哪者好？為什麼？

• • 在撰寫程式階段，必須特別留意程式的基本結構，以使程式容易閱讀，有助於程式的測試與維護。原則上，任何一個程式都可透過循序、迴圈、選擇三種基本控制結構表達出來。

    1. 循序結構（Sequence）：也就是程式由上而下，依序一行一行執行下來。就像水由上往下流。

    2. 迴圈結構（Loop）：部分程式片段可重複執行多次，直到某測試條件發生為止，程式重複執行部分即構成迴圈。就像水的循環一樣，雲變雨，雨水再蒸發為雲，形成一個迴圈。

    3. 選擇結構（Selection）：或稱決策（Decision）。程式流程進入判斷後，會判斷測試條件是否成立，然後，依據判斷的結果選擇程式的流向。就像水碰到石頭一樣，會選擇好流的一方來流動。

3.玩轉內建感測器

• 溫度感測器：此溫度量測是利用系統量測主處理器的溫度來代替，就像電腦有CPU溫度偵測一樣，由於是量測處理器的溫度，因此量測出來的溫度會比環境溫度高一些。

• 光線感測器：跟溫度量測一樣，micro:bit板子上沒有特別設置亮度感測器，其實是利用LED燈的反向原理，來得知外界亮度的，因此於5 x 5 LED矩陣區域就有了光線感測的能力。

• 加速度感測器及磁力感測器：三軸加速度感測器及三軸磁力感測器，又稱六軸感測器。

  • 正面朝上時pitch及roll都為0。俯仰角度(pitch)，以X軸為軸心，往前旋轉，俯仰角度是負數，往後旋轉是正數。翻滾角度(roll)，以Y軸為軸心，向左傾斜，翻滾角度是負數，向右傾斜是正數。

三、基礎感測器的應用(感測器在智能屋的使用)

1.micro:bit腳位說明：

• P5、P11：這兩個腳位分別為A鍵及B鍵，如果有用到A鍵或B鍵時，就不要使用這兩個腳位。

• P3、P4、P6、P7、P9、P10：這些腳位與LED矩陣(屏幕)顯示有關，如果要使用這些腳位，先將LED顯示的功能取消。

• P19、P20：這兩個腳位為I2C腳位(P19(SCL)、P20(SDA))，用來接I2C設備。

• P0、P1、P2、P3、P4、P10：這些腳位為類比輸入腳位，像光線感應器、聲音感應器、土壤濕度感應器等，要接在這些腳位。

2.智能屋預計會用到的元件：

• • 數位輸出(寫入) (寫入那個腳位)

    • LED燈(P8、P9)

    • 繼電器(P12)

  • 數位輸入(讀取)(讀取那個腳位的值)

    • 按鍵(使用開發板內建的(P5、P11))

    • 霍爾感應器(2支腳，另一支接3V3，未接上磁鐵前為0、接上為1) (P15)

    • 人體紅外線感測器(PIR) (P15)

    • 火焰感應器(P0)、氣體感應器(P1)、土壤濕度感測器(可數位、可類比)

    • 超音波測距感測器(P12、P13)

    • 紅外線接收器(P2)

  • 類比輸出(PWM，理論上所有腳位都可以)

    • LED燈漸亮漸暗

    • 蜂鳴器(內建)

  • 類比輸入(P0、P1、P2、P3、P4、P10)

    • 光敏電阻(內建)

    • 麥克風(內建)

    • 火焰感應器、氣體感應器、土壤濕度感測器(可數位、可類比)

    • ...

  • 由於 micro:bit只提供3.3V的電，因此使用的元件要有支援3.3V (一般常見是arduino的5V元件)

    • 繼電器(一般為5V)

    • 超音波測距感測器(HC-SR04P或HC-SR04+)

• 當有狀況時：

  • 當有人入侵時，蜂鳴器會響

    • 例如：0<距離<5公分，代表有人靠近了 (建議把0排除掉)

  • 當門窗被打開時，蜂鳴器會響

    • P15的值為0，代表門被打開了

  • 當偵測到火時，蜂鳴器會響

    • 一般時P0的值為35，當P0小於30時代表偵測到火

  • 當偵測到瓦斯時，蜂鳴器會響

    • 一般時P1的值為500(不一定，可能會越來越低)，當P1大於750時代表偵測到瓦斯(或酒精)

  • https://makecode.microbit.org/_hU94RaazRfAk

7.智能屋整合應用

• 智能屋雷雕檔

  • 在網路上找到了這個圖檔還不錯https://www.thunderlaser.tw/steamcourse/steam%e8%af%be%e7%a8%8b-%e7%ac%ac13%e8%af%be-%e6%88%91%e6%98%af%e5%b0%8f%e5%b0%8f%e5%bb%ba%e7%ad%91%e5%b8%88-%e4%b8%80%e8%b5%b7%e5%bb%ba%e9%80%a0%e5%b1%9e%e4%ba%8e%e8%87%aa%e5%b7%b1%e7%9a%84.html?fbclid=IwAR0Get1r3MZ7c8NoOepsS29Z4DmVi4SGW1cPtOzDHfelHmkJ3fpHdZfdjlA

  • 可再把這圖檔修改一下，針對各電子元件要擺放的位置進行開孔

• 自動化(按OK鍵進入自動化)，會自動偵測

  • 天黑請開燈

  • 天熱請開扇，按遙控器上下鍵來增加及減少【設定溫度】

  • 門窗變打開時(HALL變0時)會發出警報

  • 有人進來時(距離變小)會發出警報

  • 偵測到有人時(PIR變1)會發出警報

  • 偵測到火焰時會發出警報(

  • 偵測到瓦斯時會發出警報

• 非自動化(按向左鍵進入非自動化)

  • 按1鍵會打開燈、按2鍵會關閉燈，且自動進入非自動化

  • 按4鍵會打開扇、按5鍵會關閉扇，且自動進入非自動化

• https://makecode.microbit.org/_JAJbXk9mi7ap