謝作如 李敦勇 唐柳峰

Scratch是一款由美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的少兒編程工具。因?yàn)槠洳捎昧朔e木式的圖形化編程形式，只要會(huì)使用鼠標(biāo)，就能編寫(xiě)出各式各樣的作品，大大降低了編程的門(mén)檻。目前很多地區(qū)的小學(xué)生編程課，大都是基于Scratch進(jìn)行教學(xué)的。Scratch不僅是一款利用積木式工具制作二維動(dòng)畫(huà)的軟件，還是一個(gè)學(xué)習(xí)互動(dòng)媒體技術(shù)的平臺(tái)。Scratch可結(jié)合PicoBoard、樂(lè)高WeDo、Arduino、micro：bit等相關(guān)硬件，與外部世界進(jìn)行互動(dòng)，如讀取傳感器值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)等，從而設(shè)計(jì)出各種有趣的互動(dòng)作品。

PicoBoard是Scratch開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的傳感器板，通常稱(chēng)為“Scratch傳感器板”，其功能已經(jīng)內(nèi)置在Scratch的各個(gè)版本中。早在2011年，筆者就嘗試用Arduino自制了一款PicoBoard，但因?yàn)楦鞣N傳感器不好固定，外形也不看，就沒(méi)有真正在教學(xué)中使用。最近，筆者在拿到掌控板的時(shí)候，不禁萌發(fā)一種想法：能不能把掌控板模擬為PicoBoard，讓掌控板和Scratch無(wú)縫連接起來(lái)呢？

分析規(guī)劃

PicoBoard上有按鍵、光線、聲音、滑桿等傳感器，另外還有四個(gè)普通的電阻。這些信息可以從Scratch的擴(kuò)展功能模塊中看出，以Scratch2.0為例，編程模塊的界面如圖1所示。

掌控板上集成了光線和聲音傳感器，同時(shí)有A、B兩個(gè)按鈕，分別對(duì)應(yīng)了PicoBoard上的按鍵、光線、聲音這三種傳感器（如圖2）。而滑桿傳感器可以使用六個(gè)觸摸按鍵來(lái)模擬，這樣就基本上具備了模擬PicoBoard的條件。另外，掌控板的加速度傳感器數(shù)據(jù)，可以用阻力（電阻）A、B、C來(lái)輸出，這樣學(xué)生就能做出更加有趣的交互作品了。

考慮到使用習(xí)慣，筆者將掌控板的按鍵B，模擬為PicoBoard的按鈕。加速度傳感器Z軸信息，一般不太容易使用，于是舍棄，留出一個(gè)“阻力D”作為擴(kuò)展接口。確定這些信息后，再對(duì)應(yīng)PicoBoard的協(xié)議，分別進(jìn)行了通道的編號(hào)（如下頁(yè)表1）。

代碼編寫(xiě)

Scratch開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)定義了PicoBoard的協(xié)議。二者采用串口通信，波特率38400bps。當(dāng)Scratch發(fā)送0x01時(shí)，PicoBoard就發(fā)送八路的傳感器數(shù)值。這些信息都是開(kāi)源的，可以參考sparkfun分享在github的PicoBoard源碼（開(kāi)源地址：https：//github.com/sparkfun/PicoBoard）。

其實(shí)有很多人基于各種硬件，編寫(xiě)了模擬PicoBoard的代碼，如kos Vecsei的Scratchbit，能夠?qū)icro：bit模擬為PicoBoard，用MicroPython編寫(xiě)。研究這些代碼，很快就能弄明白PicoBoard的通信機(jī)制。（Scratchbit的開(kāi)源地址：https：//github.com/vecsei/Scratchbit）

我們采用MicroPython來(lái)編寫(xiě)PicoBoard的代碼，核心代碼如表2所示。

需要說(shuō)明的是，為了讓交互更加友好，當(dāng)掌控板和Scratch進(jìn)行通信時(shí)，板子上的RGB燈將會(huì)點(diǎn)亮。限于篇幅，這些沒(méi)有在上述的核心代碼中體現(xiàn)出來(lái)。完整的代碼可以在掌控板的GitHub地址的examples中下載。（掌控板的開(kāi)源地址：https：//github.com/labplus-cn/mPython/）

功能測(cè)試

打開(kāi)mPython軟件，將上述代碼刷入，并設(shè)置為默認(rèn)啟動(dòng)。掌控板顯示如圖3所示的文字，表示啟動(dòng)成功。

1.在Scratch1.4測(cè)試

打開(kāi)Scratch1.4，在“偵測(cè)”中找到PicoBoard的編程模塊，編寫(xiě)一個(gè)讀取傳感器值的程序，并單擊綠旗運(yùn)行。等待10秒左右，當(dāng)三個(gè)RGB燈都亮綠燈時(shí)，表示連接成功。這時(shí)，就能看到掌控板發(fā)來(lái)的各種傳感器信息了。

2.在Scratch2.0中測(cè)試

打開(kāi)Scratch2.0，在 “更多積木”中添加擴(kuò)展板PicoBoard。稍等片刻，軟件界面上出現(xiàn)“PicoBoard”指令模塊，當(dāng)“PicoBoard”右邊的黃色圖標(biāo)變成綠色時(shí)表示連接成功，同時(shí)掌控板上的三個(gè)RGB燈為綠色閃爍狀態(tài)[注：可直接使用網(wǎng)頁(yè)編程（https：//Scratch.mit.edu），也可以使用PicoBoard，但要安裝Web瀏覽器插件]。

應(yīng)用拓展

下面以Scratch2.0為例，利用“滑桿”來(lái)做一個(gè)“黃山日出”的效果。

1.前期準(zhǔn)備

（1）下載黃山圖片，并利用圖像編輯工具將圖片中的“山”摳出來(lái)。

（2）掌控板滑桿數(shù)值取值的測(cè)試。

掌控板對(duì)應(yīng)的滑桿為6個(gè)觸摸按鍵（p、y、t、h、o、n六個(gè)字母），滑桿的初始值約為50.0。按p鍵是0，同時(shí)按住py是10，以此類(lèi)推，剛好把100分為10檔（如表3）。

2.制作過(guò)程

（1）硬件連接。將掌控板設(shè)置為Scratch傳感器板模式，并與Scratch成功連接。

（2）角色。將黃山圖片設(shè)為背景，黃山摳圖為角色1，太陽(yáng)為角色2。

（3）腳本。

背景：因滑桿的初始值約為50，所以將滑桿傳感器值進(jìn)行四舍五入，如果其等于50的話一直等待。當(dāng)觸摸其他按鍵時(shí)，返回值將發(fā)生變化，不等于50，進(jìn)入下面的“重復(fù)執(zhí)行”，然后亮度隨著滑桿傳感器值的變化而變化（如圖4）。

角色1（黃山摳圖）：開(kāi)始移至最上層，這樣可以擋住太陽(yáng)，讓日出效果更佳。同樣在滑桿傳感器值沒(méi)有發(fā)生變化時(shí)一直等待，然后亮度隨著滑桿傳感器值的變化而變化（如圖5）。

角色2（太陽(yáng)）：開(kāi)始先將太陽(yáng)固定在（-20，-20）的坐標(biāo)位置，同樣在滑桿傳感器值沒(méi)有發(fā)生變化時(shí)一直等待。為了實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)斜向上的效果，將X、Y坐標(biāo)都隨滑桿傳感器值的變化而變化（如圖6）。這樣當(dāng)單擊綠旗運(yùn)行時(shí)，用手指從掌控板的p鍵劃向n鍵，這時(shí)太陽(yáng)會(huì)慢慢從山的后面升起，天色也慢慢變亮。

當(dāng)掌控板處在PicoBoard模式時(shí)是無(wú)法讀取文件和刷入程序的。如果想進(jìn)入讀取文件或刷入程序的編程模式，得讓掌控板進(jìn)入REPL模式，具體方法為按下按鍵B不放，然后按下REST鍵，直到OLED顯示屏上顯示“replMode”字樣才松開(kāi)按鍵B。這時(shí)，掌控板又可以恢復(fù)到自由編程模式了。

掌控板的價(jià)格比市場(chǎng)上通用的Scratch傳感器板便宜不少，還可以隨時(shí)恢復(fù)到可編程模式，可謂一板多用，價(jià)美物廉。相信很快會(huì)有更多的教育創(chuàng)客開(kāi)發(fā)出新的玩法，如利用掌控板的無(wú)線通信功能，做網(wǎng)絡(luò)版本的Scratch傳感器板等，從而讓更多的孩子愛(ài)上Scratch，愛(ài)上編程。