20230506高科大

主題：HaloCode與物聯網入門

時間：112年5月6、7日(六、日)13:00-17:30

地點：建工校區 資訊大樓8樓 809教室

本教材網址：http://gg.gg/0506nkust 

講師：黃文玉老師

一、認識Halocode

• 官網資料：

  • https://www.mblock.cc/doc/zh/hardware-guide/halocode.html 

  • 文件：http://docs.makeblock.com/halocode/zh/  

• 認識ESP32

• 前一代晶片是ESP8266(可以連上網的晶片)

• 參考文章：

  • • https://jimirobot.tw/esp32-micropython-tutorial-basic-101/

    • https://youyouyou.pixnet.net/blog/post/119410732

    • https://youyouyou.pixnet.net/blog/post/120250897-%e7%ac%ac%e4%ba%8c%e7%af%87-esp32%e7%9a%84hello-world

  • 各開發板所使用的模組

    • 樂鑫科技(ESPRESSIF)：開發ESP32晶片 (工作電壓：3.0~3.6V)

      • 主要特色：雙核心、32位元、支援Wi-Fi(2.4GHz)與藍牙低功耗通訊(4.2版)

    • 樂鑫科技(ESPRESSIF)：整合【ESP32-D0WDQ6雙核心系統單晶片】+【石英震盪器】+【4MB快閃記憶體(flash)】，組成一個【ESP32-WROOM-32模組】

      • 最高階是ESP32-WROVER，主要是比ESP32-WROOM多了8MB的PSRAM的設定

    • 各開發商：將【各類WROOM模組】+【直流電源降壓元件】+【UART轉USB通訊晶片】，就能組成一個基本的ESP32開發板。

      • Web:Bit：ESP32-WROOM-32

      • PocketCard：ESP32-WROOM-32D

      • DOIT NodeMCU：ESP32-WROOM-32

      • NodeMCU-32S：ESP32-WROOM-32

      • HaloCode：ESP32-WROVER

      • ...

    • 晶片/模組/開發板的關係，可從下面腳位那張圖中看出

二、mBlock 5程式學習

• • 認識mblock5 (內容參考https://sites.google.com/site/wenyunotify/07-halocode%E5%85%89%E7%92%B0%E6%9D%BF/02-%E8%AA%8D%E8%AD%98halocode )

    • 基於Scratch3所修改的軟體，增加硬體的支援

    • 下載及安裝mblock5

      • 下載網址：https://mblock.cc  (目前最新的版本為V5.4.0版)

      • 官網下載 https://dl.makeblock.com/mblock5/win32/V5.4.0.exe

      • 另外提供一個下載網址 https://educase.kh.edu.tw/navigate/a/#/s/B2BBFD45BF7F4E36AC26D0D747719E0E6BL 

      • 安裝(都按下一步即可)

        • 使用的USB晶片為CH340晶片，最後要安裝此的驅動程式 (下載:https://educase.kh.edu.tw/navigate/a/#/s/DD4DC31A1D644C08ABA3F695BC1F63506BL ) 

• 簡單玩一下Scratch (重溫一下Scratch)

  • • 跳恐龍遊戲

      • 兩個角色：

        • 熊貓(內建)：按空白鍵向上跳

        • 一顆樹(自選一內建角色，如Tree48)：自舞台右方向左方水平移動

      • 程式：

        • 熊貓：按空白鍵時，從(-170,-120)移動到(-170,40)，等個0.6秒，再回到原位

        • 一顆樹：一開始位於(240,-110)，接下來一直重複X座標改變-10，直到X座標小於-220

        • 互動部份：如果熊貓碰到了樹就GAME OVER，如果跳過一顆樹就得1分

        • 程式下載：https://drive.google.com/file/d/1UuQEVpqVkCUG5WSe1EVrfjqjfue8mSpY/view?usp=drive_web 

三、Halocode的使用

• • Halocode與電腦連接

    • 添加硬體設備(找到Halocode，並設為常用設備)

    • 連接硬體 

    • 更新韌體 (設定/更新韌體，最新韌體 25.01.009 )

      • 【韌體】就是官方針對Halocode硬體所寫的程式，因此當官方有新功能或發現漏洞時，就會提出新的韌體，我們就要進行更新！

  • 有兩種方式來互動：

    • • 即時：先要安裝廠商提供的韌體，開發板可以與舞台上的角色互動，達到虛實互動，不可離線操作。

      • 上傳：

        • 把寫好的程式，直接寫入開發板內，可離線操作

        • 也可利用【上傳模式廣播】積木與舞台互動 ！(設備與角色都要去擴展【上傳模式廣播】積木)

  • 以【即時方式】玩遊戲

• • • 跳恐龍遊戲：(虛實互動)

      • 利用按Halocode的【按鍵】來向上跳

      • 利用【廣播】的方式，按下按鍵時，讓熊貓往上跳

      • 利用【變數】的方式，按下按鍵時，讓熊貓往上跳

• • • 射擊遊戲：下載https://scratch.mit.edu/projects/537277191 

      • 利用【左右傾斜】來控制飛碟左右移動

      • 利用按按鍵來發射子彈

      • 自己練習看看

      • 檔案：https://drive.google.com/file/d/1XomnZKPB0UoYlejrpegdzNT4xPuL8uH7/view?usp=share_link 

四、Halocode硬體的基本使用

• • 詳細內容：https://sites.google.com/site/wenyunotify/07-halocode%E5%85%89%E7%92%B0%E6%9D%BF/03-%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E4%BD%BF%E7%94%A8 

  • 【照明】積木的使用 

    • 播放彩虹動畫 (即時模式下)

    • 讓亮燈順時針或逆時針跑動 (第1顆燈的位置在1點鐘方向)

    • 呼吸燈

  • 【偵測】積木的使用

    • 按鍵的使用

      • 鍵按下按鍵開燈

      • 按一下按鍵開燈、再按一下按鍵關燈(方法有很多種)

• • •  麥克風的使用 

      • LED光環顯示 % 

        • 0~100%，每顆燈約8.3%，所以超過8.3%會亮第1顆燈，以此類推，如果99%，只亮11顆燈，100%才亮12顆燈

    • 觸控點的使用 

      • 顥示各觸點的值

      • 利用觸摸觸控點來點亮不同顏色或不同地方的燈

    • 陀螺儀的使用 

      • 顯示翻轉時傾斜的角度值

        • 平放時，各個值均為0，各方向都一樣，翻轉到垂直時為90 (或顯示0)

      • 水往低處流 

        • 不管如何翻轉，讓最下方的三顆燈亮起

  • 【腳位】積木的使用 

    • 認識數位、類比、輸入、輸出

      • 數位：0或1(不連續訊號) ,就像開關燈，不是開燈就是關燈

      • 類比：0與1間，還有其他值(連續訊號) ,就像開關瓦斯，還可以調開關大小

      • 輸入：外面設備提供給控制器感測到的值，如偵測到光亮度

      • 輸出：控制器控制外面設備，如點亮一顆燈

    • 可外接很多元件，如

      • 按鍵模組 (數位、輸入)

      • 光敏電阻 (類比、輸入) (接腳位2或3)

        • 實作【天黑請開燈】

      • LED燈 (數位、輸出)

      • 蜂鳴器(XX、輸出)

        • 播放全家便利商店歡迎音樂(測試時，腳位2無法出聲音！?)

          1. 簡譜：3 1 5(低音) 1  /  2 5~ 2  /   3 2 5(低音) 1

          2. 所使用的頻率：330、262、196、262、294、392、294、330、294、196、262

      • 繼電器 (數位、輸出)

        • 用小電壓(如3V或5V)控制大電壓(如市電110V)

      • 伺服馬達 (PWM、輸出)

    • 可外接很多mBuild模組

      • mBuild模組就是Halocode可外接的感應器或元件

      • 可參考 https://sites.google.com/site/wenyunotify/07-halocode%E5%85%89%E7%92%B0%E6%9D%BF/07-mbuild%E6%A8%A1%E7%B5%84 

五、Halocode的進階使用

• • 詳細資料：https://sites.google.com/site/wenyunotify/07-halocode%E5%85%89%E7%92%B0%E6%9D%BF/04-wifi%E5%8F%8A%E5%B1%80%E5%9F%9F%E7%B6%B2  

  • 【WIFI】積木 

    • 連接WIFI網路

    • 需要註冊帳號才會有很多功能可用(如語音辨識、AI、雲訊息...等) 

      • 有分大陸帳號及國際帳號，兩者不互通！！【因為是大陸網站，暫時先不註冊】

      • 連網的基本程式，如下

• • 【雲訊息】的使用 

    • 什麼是帳號雲廣播？

      • 可以實現同帳號作品間跨設備和跨作品的互相通信（收發消息和附加值）。不受物理距離的限制，不管在哪裡，只要登錄同一個慧程式設計帳號，進入上傳模式，連接上Wi-Fi後，就可以實現光環板和舞臺角色之間、不同光環板之間的遠距離控制。

      •  這雲訊息就類似MQTT的功能

        • MQTT在物聯網上的應用非常廣，後續再做詳細介紹

        • 雲訊息就是主題(Topic)

        • 附加數值就是payload

        • 發現makeblock有自己的MQTT Broker：mq.makeblock.com (埠號為1883)，測試此Broker，但無法與此雲訊息互通，不知是不是另外用別的Broker？

      • 使用帳號雲廣播功能前請做如下準備：

        • 1、慧程式設計切換到上傳模式。

        • 2、登錄慧程式設計帳號。 (由於沒有註冊帳號，僅做示範)

        • 3、連接 Wi-Fi。

      • 使用【雲訊息】(或MQTT)，自己可以同時當接收端及發送端，所以可以寫下面程式來測試

        • 自己發送讓自己來接收，如下

• • 虛實互動 

    • Halocode與舞台、角色間的互動，除了之前使用【即時模式】來互動外，在【上傳模式】也可做互動

      • 方法一：由於上傳模式的【設備】已有【雲訊息】的積木，所以在角色裡再擴展【使用者雲訊息】的積木即可通信（收發消息和附加值）。

        • 下載：https://drive.google.com/file/d/1bJClGvLTrl3uOQERF3eA_0dKVwTgDTho/view?usp=share_link 

• • • • 方法二：在【設備】及【角色】上，同時都擴展【上傳模式廣播】的積木

        • 不用登入帳號

        • 不能離線，上傳程式後，一樣要【連接】，如果程式已寫入，斷線後，按【連接】，選擇【COM號】即可，不能關閉mblock5

        • 設備並沒有連上網，所以可能採用【區域網路】的方式來連線

        • 自己不會接收到自己發送的資料

        • 下載：https://drive.google.com/file/d/1c2LMji_uw0T5xVLrnEAVtXyZ8acU9Kqe/view?usp=share_link 

• • 上傳資料到Google 試算表 

    • 發現【設備】及【角色】都有【谷哥表格】，但設備上的非官方釋出，角色上的才是官方釋出

    • 使用Google試算表要先把【共用】改為【知道連結者都可以編輯】，然後複製網址

    • 發現：

      • 設備下的【谷哥表格】(非官方)，沒有成功

      • 採用上面介紹的【上傳模式廣播】及角色的【谷哥表格】積木，將【聲音值】上傳到Google試算表

      • Google試算表的共用設為所有知道連結者都可以編輯

      • 不能離線，上傳程式後，一樣要【連接】，如果程式已寫入，斷線後，按【連接】，選擇【COM號】即可，不能關閉mblock5

      • 下載：https://drive.google.com/file/d/1QfFMkwr7YcqE400i9aGlPCAU805EWVTR/view?usp=share_link 

• • 取得氣象資料

    • 設備的【天氣資訊】積木要帳號登入才可使用

    • 可擴展角色的【天氣資訊】積木，先找到城市

    • 如果要使用這些氣象資訊，可利用熊貓角色來顯示，也可透過【上傳模式廣播】來互動

• 區域網路的使用

  • 什麼是區域網路(局域網)？

    • 局域網是指在某一區域內由多台計算機組成的電腦組，電腦組內的電腦可以相互通信來交換資訊。

    • 光環板之間可以組成局域網，由一個光環板建立局域網，其餘光環板都需要加入這個局域網，然後就可以用一個光環板就可以控制其他所有光環板了。 

    • 我發現這好像就是【ESP NOW】

  • 一開始的設定：

    • 不用登入官網帳號

    • 第一塊建立局域網，第二塊(、第三塊...)加入局網

    • 最多可連線64塊光環板

  • 開始的宣告：

    • 【區域網】名稱請自訂獨一無二的名稱，只有第1個人(或老師)用設定，其他人都用加入

• 兩塊板子間的互動：觸摸觸控板0亮紅燈、觸摸觸控板1亮綠燈、觸摸觸控板2亮藍燈、觸摸觸控板3關全部燈

  1. • 下載：https://drive.google.com/file/d/1dc4osH7Tsw-MCAojJtFKVphcsEk8N_uX/view?usp=share_link 

• 發現：自己不會廣播給自己！

六、MQTT再介紹

• • MQTT介紹：

    • 這是目前物聯網最夯的應用

    • 相當於youtube的訂閱機制(youtuber為【發布者】、youtube網站為【Broker】、你我為【訂閱者】)

    • MQTT由三種角色構成，分別是Publisher(發布者)、 Broker(代理人)和Subscriber(訂閱者)

    • MQTT的主題（Topic）名稱：MQTT主題名稱是UTF-8（萬國碼）編碼的字串，我們可以自行決定主題名稱，例如，傳送溫度的訊息主題可命名成「溫度」、傳送亮度的訊息主題叫做「照度」…等等。主題名稱也支援類似檔案路徑的階層式命名方式  ，如： wenyu/home/1f/led

    • 免費的Broker資料，其他常見的Broker

      • MQTTGO.io：mqttgo.io 、TCP Port：1883

      • HiveMQ：broker.hivemq.com 、TCP Port：1883

      • EMQX：broker.emqx.io、TCP Port：1883 / 8883(TLS)

      • MakeBlock：mq.makeblock.com、TCP Port：1883

  • 利用MQTTgo.io網頁工具來控制遠端設備的開關燈

    • 利用電腦網頁當【發布者】 http://mqttgo.io/

    • Halocode當【訂閱者】

    • Broker：mqttgo.io 、TCP Port：1883

      • 主題：wenyu38(獨一無二即可)

      • Payload(訊息)為ron時，Halocode的全部LED燈亮紅燈

      • Payload(訊息)為gon時，Halocode的全部LED燈亮綠燈

      • Payload(訊息)為bon時，Halocode的全部LED燈亮藍燈

      • Payload(訊息)為off時，Halocode的全部LED燈滅掉

    • Halocode除了當【訂閱者】外，也可以當【發布者】

      • 當按下按鍵時，發送Payload(訊息)為off發送

      • 當觸摸觸控板0時，發送Payload(訊息)為ron發送

      • 當觸摸觸控板1時，發送Payload(訊息)為gon發送

      • 當觸摸觸控板2時，發送Payload(訊息)為bon發送

• 添加MQTT積木

  • 選下圖的左邊那個MQTT(非官方)

• 程式如下：https://drive.google.com/file/d/1Y2NsEqfSLFEtfTnoUvX-zMC_PyrunL7D/view?usp=share_link 

• • • 利用電腦網頁當【發布者】 http://mqttgo.io/

• 安裝電腦版軟體MQTTBOX

  • MQTTBox - Chrome 線上應用程式商店

  • 參考資料：https://sites.google.com/site/wenyunotify/05-esp32/03-%E7%B6%B2%E8%B7%AF%E6%87%89%E7%94%A8  

• 安裝手機版APP-IoT OnOff APP

  • 好處是：Android手機及Iphone手機均可使用

  • 參考資料：https://sites.google.com/site/wenyunotify/05-esp32/03-%E7%B6%B2%E8%B7%AF%E6%87%89%E7%94%A8