20241005鳳西國中

主題：高雄市貓咪盃創客組競賽的教師培訓研習 (micro:bit組)

本教材網址：http://gg.gg/1005mb 、https://twgo.io/1012m 

研習日期：113.10.12 (六)上午09：00~16：00 (原本是10/5，因山陀兒颱風延期)

地點：鳳西國中崇德樓2樓電腦教室(二)  (輔導團洪維謙邀請)

講師：黃文玉老師 (shspswenyu@gmail.com)

課程內容(表定)：

• 09:00-09:10 報到

• 09:10-10:00 

  1. 認識國小資訊教育議題課程參考說明。

  2. 了解國中科技領綱的運算思維及解決問題

  3. 認識micro:bit V2開發板及makecode離線版積木式程式語言單機版，初始化實作。

• 10:00-10:30 休息

• 10:30-12:00 micro:bit 創客設計指導(一)之課程設計、教學示例、程式實作、測試與修正，以及多元評量設計。

• 12:00-13:00 午餐時間

• 13:00-13:50 micro:bit 創客設計指導(二)之課程設計、教學示例、程式實作、測試與修正，以及多元評量設計。

• 13:50-14:20 休息

• 14:20-15:50 micro:bit 創客設計指導(三)之課程設計、教學示例、程式實作、測試與修正，以及多元評量設計。

• 15:50-16:00 Q&A時間 

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，我的一系列文章：

      • Web:Bit：https://sites.google.com/site/wenyuwebbit/ 

      • PocketCard：https://sites.google.com/site/wenyunotify/10-%E5%87%B1%E6%96%AFpocketcard/01-%E8%AA%8D%E8%AD%98pocketcard%E5%8F%8A%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E9%A1%AF%E7%A4%BA%E5%8A%9F%E8%83%BD 

    • 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，由於這次競賽為無網環境，所以競賽時要使用離線版：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

    • 新版：https://python.microbit.org/v/beta  

    • 適合國中高中學生的使用

  • 無網環境的使用：

    • 下載離線版：https://makecode.microbit.org/offline-app  、 https://educase.kh.edu.tw/s/KAUA3MU2 

    • 內建5個元件擴展積木的原始檔：https://educase.kh.edu.tw/s/R9FOC2YQ 

二、基礎課程

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 

• 關鍵三：邏輯積木的使用，哪者好？為什麼？

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。

  • 加速度感測值(單位為mg)：直接利用模擬器來看不同翻轉時，各值的變化

    • 平放朝上時：0,0,-1023；平放朝下時：0,0,1023

    • 左右翻轉時：左轉90時，X是-1023；右轉90時，X是10234；

    • 前後翻轉時：前轉90時，Y是-1023；後轉90時，Y是1023；

  • 旋轉感測值(單位為度)：正面朝上時pitch及roll都為0。俯仰角度(pitch)，往前旋轉，俯仰角度是負數，往後旋轉是正數(最大到90)。翻滾角度(roll)，向左傾斜，翻滾角度是負數，向右傾斜是正數。

  • 應用：水平儀

4.P0、P1、P2及標誌按下或鬆開

• P0、P1、P2

  • 使用時，先一手放在GND腳位上，另一手輕按P0、P1、P2，輕輕碰到即放開

  • 按下及鬆開積木不要同時使用！！鬆開會比按下更快感應到！`

• 標誌，於下圖程式：

  • 輕按放開時會顯示：1、2、0

  • 長按放開時會顯示：1、2、3

P0、P1、P2的觸碰

• 先宣告觸碰

  • 下方程式：https://makecode.microbit.org/_Xj6b3JExzAF8 

序列埠監控

• 線上版：比較簡單，直接配對即可

• 離線版：下載putty 

  • 下載網址https://the.earth.li/~sgtatham/putty/latest/w64/putty.exe 

  • 序列埠由裝置管理員取得，鮑速：115200 

  • 觀察P0、P1、P2的類比輸入值，再做條件判斷

三、進階課程

 1、認識【輸出裝置】及【輸入裝置】

• 以大家熟悉的電腦為例：

  • • 輸出裝置（電腦利用【什麼】來告訴我們它執行的結果，電腦對外部裝置的控制）：螢幕、喇叭、印表機 ...

    • 輸入裝置（我們利用【什麼】來告訴電腦做事情，外部裝置對電腦的控制）：鍵盤、滑鼠、麥克風、搖桿 ...

    • 電腦   <===> 外部裝置

  • 今天的主角 micro:bit開發板也可看成是一台電腦，所以與micro:bit連接在一起的元件或感應器，也有輸出及輸入之分！

    • 輸出裝置：(micro:bit可控制的【外部裝置】，就是輸出裝置，寫入設備)

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

        • 數位輸出(DIGITAL OUT)：

          • 像我們對【外部LED燈】做亮滅(不是亮就是滅)控制

          • micro:bit的腳位大都可以當數位輸出腳位來控制外部元件(或裝置)

          • 輸出高電位3.3V(1)與低電位0V(0)的數位訊號

        • 類比輸出(ANALOG OUT)：

          • 像我們對【外部LED燈】做漸亮或漸滅的控制

          • micro:bit的腳位有一些可以當類比輸出腳位

          • 上面的類比輸出腳位為PWM腳位，是將數位腳位模擬成類比腳位。(不像arduino只有幾個~腳位可用)

    • 輸入裝置 ：(外部裝置可將訊息傳給micro:bit的，就是輸入裝置)

      • 又有分【數位輸入(DIGITAL IN)】及【類比輸入(ANALOG IN)】

        • 數位輸入(DIGITAL IN)：

          • 【按鍵】是我們最常見的數位輸入裝置(相當於鍵盤)，我們可以利用是否按下【按鍵】來控制micro:bit的相關動作，micro:bit已內建A鍵及B鍵了。

        • 類比輸入(ANALOG IN)：

          • 【可變電阻器】、【光敏電阻】是我們最常見的類比輸入裝置，我們可以根據接收到的類比值來控制micro:bit的相關動作，如天黑請開燈....

          • P0、P1、P2、P3、P4、P10：這些腳位為類比輸入腳位

2.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。(燈光/啟用設為false)

• 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。

3、常見的元件(或裝置)及積木的擴展

• 超音波測距感應(測)器

  • 超音波測距感測器要用支援3.3V的HC-SR04P或HC-SR04+

• WS2812 RGB燈條

  • 只使用一個腳位

• I2C 1602LCD顯示器

  • I2C腳位(P19(SCL)、P20(SDA))

  • I2C位址：0X27=39、0X3F=63

  • 如果1602LCD只支援5V，這時顯示的內容會不清楚，要使用3.3V顯示器，或提供5V電源

  • https://makecode.microbit.org/_FXWgw62Du6vc 

• OLED顯示器

  • 這次並無提供OLED的套件

• DHT11溫濕度感測器

  • 可能電壓不足，常出現-999

  • https://makecode.microbit.org/_MWTMH5ehCegX 

• 請教奧斯丁有關常出現-999的問題

  • 他們建議修改成如下圖的寫法

• MAX7219  8X8 LED點矩陣顯示模組 

• 繼電器

  • • 它不用擴充積木，就像一般的數位輸出裝置

    • 程式就像點亮一顆燈一樣，寫入引腳1或0

    • 它的功能是利用小電壓去推動大電壓(如市電)的裝置

    • NO(常開)、NC(常閉)、COM(共通點)

• 伺服馬達

  • • 它不用擴充積木，引腳內有其相關積木

    • 如果使用時有問題，注意是否主板負荷太重

• L9110馬達驅動模組 

  • 參考文章：https://sites.google.com/site/wenyumaker2/01-microbit%E7%A0%94%E7%A9%B6/15%E8%87%AA%E8%B5%B0%E8%BB%8Al9110s 

  • 不能用主板供電，一定要用擴展板或其他供電

  • L9110S 控制馬達的正轉

    • 右馬達：B-1A為LOW、B-1B為HIGH(可用類比)

    • 左馬達：A-1A為LOW、A-1B為HIGH(可用類比)

  • L9110S 控制馬達的反轉

    • 右馬達：B-1A為HIGH、B-1B為LOW(可用類比)

    • 左馬達：A-1A為HIGH、A-1B為LOW(可用類比)

  • L298N控制馬達的停止

    • 右馬達：B-1A為LOW、B-1B為LOW 或 B-1A為HIGH、B-1B為HIGH

    • 左馬達：A-1A為LOW、A-1B為LOW 或 A-1A為HIGH、A-1B為HIGH

  • 轉動一輪：https://makecode.microbit.org/_3wiJY39686Ys 

• 電晶體MOS模組

  • • 可接3~18V的電源做為馬達的電源

    • 類比輸出腳位控制馬達的轉速

    • 馬達正負接反時，馬達轉向相反

• 廣播的使用

  • 心情傳送器

    • 從甲同學傳送訊息給乙同學

    • https://makecode.microbit.org/_C6kJiuJTPXMC 

  • 可利用【收到的封包(訊息強度)】來判斷兩個板子間的距離

    • 兩者接近時，其值約-25

    • 離遠時，其值為負更多，相隔50公分時，其值約-50

• 藍牙

  • 與廣播不能共存

• 如何移除已擴展進來的積木

  • • 先點擊【JavaScript】

    • 再展開【資源管理器】

    • 找到不要的擴展積木，點擊後方的【垃圾桶】，即可刪除該積木

三、micro:bit應用

• 競賽提供的材料及工具

  • 目前材料：

    • 紙盒*1、紙杯*3、紙碗*1、冰棒棍*12、竹筷*10支、棉線1M、鋁線*3、橡皮筋*10、錫箔紙、吸管*4、紙盤、麥克筆(紅、黑)*1、A4紙*2、色紙、雙面泡棉、膠帶*1、魔鬼氈*1、鋼珠*2、保麗龍膠(小)*1、半開圖畫紙

  • 工具

    • 剪刀、美工刀、白膠
      
      

• 看看別人玩什麼：

• • 廣達游於智作品：https://www.ai.quanta-edu.org/works.php?cid=5 

  • 我的一些範例 https://sites.google.com/site/wenyunotify/00-%E4%BD%9C%E8%80%85%E4%BB%8B%E7%B4%B9 

    • 13 師生互動答題機

    • 03國小專題

      1. 01搖搖杯計數器

      2. 02人體樂器

      3. 03測試Easy Module Shield

      4. 04智慧垃圾桶

      5. 05視力保健機

• 利用各式感測器偵測，符合條件後，再利用元件去達到所要的目的

  • 天黑請開燈系列

    • 天黑請開燈

      • 感測器：可使用本身的光線感測值或外接光感電阻

      • 外推元件：可使用本身的LED顯示器或外接LED燈

      • 本身的：https://makecode.microbit.org/_40h7XfLoFChp 

      • 外接的：https://makecode.microbit.org/_UmjHrJaULL4C  (光敏電阻接P1、LED接P2)

    • 天熱請開扇(天熱請噴水)

      • 感測器：可使用本身的溫度感測值或外接DHT11(或DHT22)的溫濕度感測器

      • 外推元件：可用繼電器來推動市電家電或設施

    • 天濕請除濕

    • 天雨請收衣

    • 地乾請澆水(智能澆水系統 )

      • 感測器：土壤濕度感測器

      • 外推元件：繼電器+水泵馬達

  • 智能垃圾桶 ：(或智能掀蓋馬桶) 

    • 感測器：超音波測距感測器(P12、P13)

    • 外推元件：伺服馬達(P1)

    • https://makecode.microbit.org/_9LpWR4gj9KCH 

  • 防盜警報系統 ：

    • 超音波測距感測器

    • PIR人體紅外線感測器(無提供此元件) 

    • 霍爾感應器

    • 蜂鳴器

  • 與車子相關

    • 倒車雷達系統 

      •  超音波測距感測器

      • 蜂鳴器

      • https://makecode.microbit.org/_D09YdjMMJ7oP 

    • 停車場匣門開關系統

      • 伺服馬達

      • https://makecode.microbit.org/_atiXWMY2Df1D 

    • 停車格是否有車

      • 架上：超音波測距感測器

      • 地上：紅外線感測器

      • https://makecode.microbit.org/_5sKAvLXmEbfK 

  • 智慧家庭環境控制 (智能屋)

  • ...
    
    

• 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(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+)

    • 最好是有提供5V的電源

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