遙控小車-吳志文老師研發版V2-mblock馬達與超音波測試篇

遙控小車-吳志文老師研發版V2-mblock馬達與超音波測試篇

安裝程式

1. 安裝Arduino的驅動程式(影片)
2. 因為下載板用的是CH304晶片，因此要另外安裝驅動程式(影片)
3. 安裝mblock的軟體(影片)

連接mblock與小車

1. 將小車的下載板、USB連接線、杜邦排線接妥，如圖1，檢查電腦是否抓到小車的驅動程式，並檢查其與電腦的連接窗口代號，如圖2，開啟mblock軟體，設定UNO板、串列窗口，並上傳韌體，如圖3，按下使用馬達的Switch，如圖4，並將小車架高使車輪懸空。(影片)

圖片1：連接下載板、電腦、小車

圖片2：檢查驅動與通訊窗口

圖片3：確認mblock與小車連接

測試馬達運作

先拉出「設置數位腳位積木」並將其設定成10、高電位，然後拉出「設置PWM腳位積木」，設定為5、0，將其兩個積木連接在一起後，快點兩下滑鼠左鍵後你會發現右輪全速向前旋轉；接下來修改第5腳輸出為50、100、150、200，你會發現速度會越來越慢，255時會停止，你也可以手動輸入0~255其中任何數值，例如20、89、241...，最後你會發現當第10腳是高電位時，第5腳的PWM數字越小，轉動越快，這是因為它們(D10到D5)的電位(電壓)差比較大，而第5腳的PWM數字越大，轉動越慢，這是因為它們的電位差比較小；

圖5：右輪正轉速率調整

※P.S.電位差小於某個數值時，馬達無法啟動，因為馬達在啟動的瞬間需要比較大的動能，類似最大靜摩擦力的概念，當已經在轉動時，電位差即使小，也還會轉動，就像動摩擦力比最大靜摩擦力小的意思一樣。

接下來，將10設為低電位，調整5的PWM在0~255之間，你會發現，10設低電位，輪胎會倒轉，5腳PWM的數字越高，則轉動越快，越低，則轉動越慢。

圖6：右輪逆轉速率調整

知道原理以後，你可以再測試左輪，左輪的使用方式和右輪相同，不再贅述。之後我們得出一個左右輪運作的列表：(P.S.使用L293模組的會跟這種方式不同)

	左輪	右輪
前進	D11 高電位	D10 高電位
前進時功率調整	D6  0最快←→255停止	D5  0最快←→255停止
後退	D11 低電位	D10 低電位
後退時功率調整	D6  255最快←→0停止	D5  255最快←→0停止

然後我們要想像一下，如果車要前進，就是兩輪一起向前，向後倒退，就是兩輪一起後退，而左轉(原地旋轉)就是左輪後退右輪前進，而右轉(原地旋轉)就是右輪後退左輪前進，停止則是將兩腳位設定成一樣是低電位，或一樣是高電位即可；因此我們可以利用“廣播功能積木”將車子的前進、後退、停止、左轉、右轉的功能組合出來，而且因為每一顆馬達的輸出不一定會相同，因此也能在這裡做微調，如下圖：

圖7：各個輪子的控制

圖8：車子的控制

超音波感測器的使用

這裡的超音波用的是SR-04，mblock裡有專屬的積木，可以測試前方障礙物的距離，單位是公分，最遠約到160公分左右；但是S4A就無法使用了，這也沒辦法，無法兩邊兼顧，因此如果是S4A的使用者，只好自己另購U-016了

超音波感測器部分：Trig/D2、Echo/D4

圖9：超音波感測器的控制

殘念

1. P.S.因為mblock支援UNO的部分BUG其實還很多，在按下綠旗旁的停止按鈕時會造成右輪仍然持續轉動，還是得手動按一下程式中的右輪停止。(用S4A沒這問題)
2. 至於紅外線的部分也是，mblock對於連續讀取A0~A5的輸入，好像非常的不穩定(單一個又好像可以)，又很當，因此無法測試...
3. mBlock支援自家的產品mBot很穩定，可惜支援開放硬體的部分好像沒有很積極改進，許多地方不是很穩定，不管是輸出的控制、或是輸入的偵測，總是有許多狀況，這就是我還不敢在學校推行mBlock的理由，畢竟目前還是S4A最穩！

待續

1. 最近(105.02.01)在宜蘭的研習見識到Webduino，很適合拿來做進階感測器的使用和上雲端互動，除了沒有S4A的多媒體和mBlock的燒錄外，進階的感測器、元件的控制、與雲端的結合超級簡單，雖然是新公司(慶奇科技)，到是很值得關注。
2. 至於吳組長自製的感測器，他尚未大量生產，工程樣本測試起來很正常，請稍待文章與影片...
3. 另外由於這車子是UNO的標準擴充座，因此UNO能玩的他都可以用，我建議國中小買一下通用的感測器擴充板V5，來連接各式各樣的感測器和元件；或是購買motoduino即將出版的第二代S4A學習板，作為一般教學的擴充，畢竟.... Arduino不是只有機器人一條路，可以用在生活上很多的創意！

專題-S4A-燈光調色盤-PWM輸出與類比輸入的練習

專題-S4A-燈光調色盤-PWM輸出與類比輸入的練習

利用S4A偵測旋轉電位計或滑動電位計模組輸入，在RGB全彩LED模組上輸出想要的顏色。

教學目標：

1.         了解Arduino如何使用基礎類比輸入與類比輸出

2.         了解基礎電路運作原理

3.         了解RGB全彩LED與電位計模組使用方式

4.         能使用Scratch程式設定讀取類比輸入、PWM輸出至RGB全彩LED

5.         能使用Scratch程式做多媒體輸出與控制流程進行

6.         能運用上述學習天馬行空產生多元的創意

7.          能克服困難將創意展現製作出自己的作品

設計理念：

學習Arduino所需要的電路基礎常識，這些常識國小五年級其實就已經具備，這裡，我們運用簡單的模組(初步組裝即可)或電路(進階電路DIY)，讓學生知道開放式硬體的電路部分其實很簡單，利用簡易的硬體加上千變萬化的程式設計，就能讓自己的創意無限延伸，創gk4ru4sxu3su04造出屬於自己的獨特作品，成為小小發明家。

主題架構：

材料：(本教案使用預設為粗體設備)

1.      Arduino開放式硬體，建議預先上傳好S4A韌體

2.      感測器擴充板，V4或V5均可使用，有擴充板接線比較簡單，無擴充板也能使用

3.      旋轉電位計(0~1023)、滑動電位計模組均可使用

4.      RGB全彩LED共陰模組(0-255)，共陽極也行(數值要取255補數)。

5.    雙母頭杜邦彩虹排線

電路連接：

電位計模組電路連接說明：

電位計模組為類比輸入，因此其訊號輸出(OUT)要接到Arduino的A0~A5輸入端(本案例三個輸入接在A0、A1、A2)，使用擴充板則接在A0~A5的S端，S代表信號的意思，連接腳位如下：

電位計1   Arduino =======    ====== OUT  ←→ S(A0) VCC  ←→ V GND  ←→ G

電位計2   Arduino =======    ====== OUT  ←→ S(A1) VCC  ←→ V GND  ←→ G

電位計3   Arduino =======    ====== OUT  ←→ S(A2) VCC  ←→ V GND  ←→ G

RGB全彩LED連接電路說明：

RGB全彩LED模組有分共陽或共陰，接線和控制方法各有不同，本例以比較直覺之共陰極模組為主，除了“-”即為接地GND外，另三隻接腳分別為三原色的控制訊號，這次我們使用PWM控制，所以我們把它分別接至擴充板上的S5、S6、S9，也就是Arduino板上的D5、D6、D9，連接腳位如下：

   RGB模組     Arduino

   =======       =======

    - (GND)   ←→ G(GND)

    R(RED)   ←→ S5(D5)

    G(GREEN) ←→ S6(D6)

    B(BLUE)  ←→ S9(D9)

模組測試、程式撰寫與說明

電位計測試：

本專題將電位計輸入接在Arduino的A0、A1、A2類比輸入接腳，因此在S4A中請觀察sensor board上的Analog0、Analog1、Analog2欄位的值，當我們將連接在A0的電位計逆時針旋轉到最左邊時，Analog0的値為0，當順時針旋轉到最右邊時，Analog0的値為1023，任意旋轉時，Analog0的値為0~1023之間，同樣的方法測試另兩個電位計，會得到一樣的結果，Sensor Board的顯示如下圖。

因為電位計模組將0~5V切分成1024份以數位方式來模擬類比輸入，所以數值1相當於0.00488V的電壓，我們可以用一個小程式來轉換顯示目前的輸入電壓，程式如下圖：

  

我們可以寫一小段程式來轉換電位計類比輸入(0~1023)，將它變成音階輸出(50~84)，因此靠著轉動電位計我們可以達到不同的音樂音階輸出，範例如下。

RGB全彩LED測試：

本例中因為要使用PWM控制全彩LED，因此將R(紅色)、G(綠色)、B(藍)三隻接腳分別接在D5、D6、D9，每一支接腳單獨控制一個顏色，由於S4A的PWM輸出可以從0~255一共有256種變化，因此三隻接腳即可變化出全彩1677萬色(256*256*256)，我們先來測試單一顏色，確認一下程式輸出與各接腳亮燈是否正常。

首先，拿出三個“analog 9 value 255 ”積木，將接腳全部改成5用來控制紅色，並將值分別改成255、128、0，然後分別雙擊點選積木，會發現模組紅燈全亮、半亮、不亮，因此可以知道“值”就是輸出的功力(PWM，脈波頻寬調變)，可以控制燈的亮度。

   

測試完畢之後，記得點選“analog 5 value 0”積木，將紅燈關掉，以免測試其他顏色時混到色，接下來請以同樣方法依序測試綠燈(D6)和藍燈(D9)，以確認你的三個顏色分別都能正常運作。

※如果你的顏色和接腳搭配錯誤，則以實際發生的情形來做設計即可，因為對岸製造的模組品質不一，有時接腳標示會錯誤，有時零件品質有問題某個燈不亮也是常有的事、還有線材接觸不良也會發生，可以交叉測試一下就會知道問題出在哪裡。

燈光調色盤程式製作

首先我們要將Analog 0旋轉電位計的輸入(0~1023)轉化成控制D5的PWM輸出範圍(0~255)，因此要做一點簡單運算，於是將Analog 0的值除以1023再乘上255，然後因為PWM輸出訊號得用整數，因此再將結果四捨五入即可，將得到的結果放進點亮D5不斷地做PWM輸出，程式如下圖：

當我們按下綠旗執行後，只要旋轉A0上面的旋轉電位計，就能調整紅燈的亮度，同時為了能將亮度數值顯示在螢幕上，我們增加一個紅燈變數“紅燈R”

然後我們將剛剛運算的結果先放在這個變數中，然後再以這個變數輸出PWM，所以程式修改成下圖：

這時，再次旋轉A0上面的旋轉電位計，除了能調整紅燈的亮度，還能顯示紅燈R的亮度數值在螢幕上，如圖。

接下來產生“綠燈G”和“藍燈B”的變數，同時將整個程式複製成三份，分別修改第二隻程式使用變數“綠燈G”、“value of sensor Analog 1”、“analog 6 value 綠燈G”、以及第三隻程式改成使用變數“藍燈B”、“value of sensor Analog 2”、“analog 9 value藍燈B”，程式如下圖：

恭喜你，完成這樣就完成本次燈光調色盤專案，你可以參考網路上的RGB配色表，分別調整三個電位計所代表的三原色，自由調配出想要的顏色了！

教學影片

專題-S4A-達標計分器-基礎數位輸出輸入的練習

專題-S4A-達標計分器--基礎數位輸出輸入的練習

本主題可用於運動計數、分組計分…。

利用S4A偵測按鈕模組輸入，在LED及螢幕上輸出，當達成目標時LED閃爍同時鈴聲大作，恭喜達成目標。

材料：(本教案使用預設為粗體設備)

1.      Arduino開放式硬體，建議預先上傳好S4A韌體

2.      感測器擴充板，V4或V5均可使用，有擴充板接線比較簡單，無擴充板也能使用

3.      按鈕模組(按下為false)、碰撞模組、紅外線模組均可使用(※模組使用不同程式寫法稍有差異)

4.      LED模組、人魚燈LED模組、RGB全彩LED模組(共陰)、七彩燈模組均可使用，或以LED+220歐姆電阻取代(※模組使用不同電路連接稍有差異)。

5.    雙母頭杜邦彩虹排線

準備工作：

電腦事先安裝S4A、喇叭、麥克風

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開始上課！

連接本專題Arduino硬體與模組如下圖

按鈕模組連接電路說明

按鈕模組為數位輸入，因此其訊號輸出(OUT)要接到Arduino的輸入端，可接到D2(或D3)，擴充板則接在S2(或S3)，S代表信號的意思，就是Arduino板子上的數位輸出入D0-D13，裡面的D2和D3在S4A裡被用來做數位輸入偵測，連接腳位如下：

   按鈕模組    Arduino

   =======    ======

    OUT  ←→ S2(D2)

    VCC  ←→ V(5V)

    GND  ←→ G(GND)

RGB全彩LED連接電路說明

RGB全彩LED模組有分共陽或共陰，接線和控制方法各有不同，本例以比較直覺之共陰極模組為主，除了“-”即為接地GND外，另三隻接腳分別為三原色的控制訊號，我們把它分別接至擴充板上的S10、S11、S13，也就是Arduino板上的D10、D11、D13，連接腳位如下：

   RGB模組       Arduino

   =======       =======

    - (GND)   ←→ G(GND)

    R(RED)   ←→ S13(D13)

    G(GREEN) ←→ S11(D11)

    B(BLUE)  ←→ S10(D10)

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按鈕程式測試、撰寫與說明

以數位輸入用法（本專題將以此為範例）：

　　本專題將按鈕輸入接在Arduino的D2數位輸入接腳，因此在S4A中請觀察sensor board上的Digital2欄位的值，當我們未按下按鈕時值為true，而按下按鈕時值變為false(※每批模組不同，有的恰恰相反)，這樣的方式將按鈕視為數位輸入，寫程式時就要用數位輸入的方法來判斷，例如下列程式會在按下按鈕時發出Do的鋼琴聲。

類比輸入用法：

　　如果你將按鈕模組接到類比輸入A0~A5也能用，但是這時就要觀察Sensor board上Analog0~5的數字，例如：我如果將它接在A0輸入，那你會發現沒按按鈕，A0值為1023，有按按鈕，A0值變成0，因此上面的程式就會變成這樣的寫法，必須找一個可以分辨出1023和0的中間的任何值(本例用500最為哨兵值，非一定要用500)，利用大於小於，甚至是等於來做判斷。

 LED程式的測試、撰寫與說明

數位控制三原色輸出(本專題將以此為範例)：

　　LED使用數位方式點亮的話，僅有兩種狀態，意即亮或不亮，而本次使用的RGB全彩彩LED，如果以數位方式控制的話，除了接地腳外，控制腳位接在Arduino的D10/11/13(S4A1.5版以後D12也能使用)，則顏色會有2*2*2=8種顏色(包含全滅)。

下圖程式即是將三原色以0.1秒的時間間隔輪流點亮(未混色)。

下面程式則是數位方式隨機混色輸出

PWM控制三原色全彩輸出：

　　如果想要全彩輸出，腳位得接在D5/6/9，則可利用PWM(脈波頻寬調變)給予0~255階不同的亮度，因此3隻控制接腳即可以256*256*256呈現16777216色組合，就是全彩的意思。下方程式即是以每0.1秒的間隔，隨機混和1677萬色全彩輸出，色彩的組合可以參考網路查詢“RGB配色表”。

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“達標計分器”專題實作開始：

本達標計分器可用於教師分組學習時為每組學生計分，每組使用1個按鈕1個顏色的燈，因此1片Arduino、6個按鈕、2顆RGB全彩燈即可做成六組的達標計分器，本專題僅以一組為例，可自行延伸。

一開始可設定本次目標分數，然後課程進行中小組得分即可按鈕1次加1分，如果達標就會燈光閃爍加響鈴大作恭賀一番。

先新增一個變數“達標分數”，然後在程式中以提問積木將達標分數設定進來。

(本程式有誤，其實不需用到變數，迴圈裡也不用減一，請等待下次修正程式)

做一個迴圈，設定執行次數為達標分數，每次在按鈕狀態切換時(由沒按→有按)，就將達標數減去1，因此如果達標分數為10分，本迴圈就會執行10次，執行完10次達標分數就會變成零，迴圈也會結束，此時利用廣播積木將訊號“恭喜達成目標”傳送出去。

利用廣播積木的原因是因為要讓文字、音樂、控制LED的動作同時多工發生，所以我們分別將文字、音樂、控制LED的動作設定在個別的接收廣播中，以達到多工的作用，聲音或音樂可先由聲音資料庫中匯入或自行錄音準備好如下圖。

廣播部分程式如下：

然後我們可再增加，當我們每次按鈕時也閃兩下燈，再播點音效以增加互動趣味性，這樣就完成我們的程式了！最後程式就如下圖。

是不是很有趣呢？

想一想，如果要擴充第二組，模組、線路該怎麼接？程式要怎麼改呢？

想一想，本專題亦可將按鈕換成觸碰感測器，也會有一樣的效果嗎？如果換成其他的感測器模組呢？會變成甚麼樣的輸入才能控制呢？程式又要怎樣改呢？

例：如果換成紅外線則運用更廣，可以測量仰臥起坐、伏地挺身、跑操場圈數的運動量…，創意可以無限發揮歐，是不是很迷人呢？

課程影片