Classroom Sensor Pack經典感測器套件組示範專案|奧斯丁國際有限公司 OURSTEAM Internationl
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2020/12/29

Classroom Sensor Pack經典感測器套件組示範專案

 
 
零件清單

1. Classroom Sensor Pack官方使用手冊
2. Basic:bit
3. LED*2 (紅、綠)
4. Potentiometer 電位器
5. PIR sensor 紅外線感測器
6. Soil Moisture 土壤溼度感測器
7. Servo 伺服馬達
8. Rainbow LED 全彩LED燈條
(每個感測器皆附一條專用連接線)

../../_images/sensor_pack_02.jpg
 
Basic:bit介紹

Basic：bit是micro：bit的基礎擴充板，內建蜂鳴器和三組GVS引腳（P0 / P1 / P2）。每組GVS引腳分別在micro：bit上導出IO埠、3V埠和GND埠。體積小且結構簡單，足夠完成98％的micro：bit應用。

特色
  • 體積輕巧，設計巧妙，能與micro：bit完美搭配。
  • 僅需要使用螺絲釘即可輕鬆與micro：bit連接並導出電源孔和IO埠。
  • 在micro：bit上導出P0、P1、P2、3V和GND埠。
  • 讓使用者僅透過上述的三個IO埠完成98％的micro：bit應用。
  • 在Basic:bit上就能開關蜂鳴器。

如何將basic:bit組裝到micro:bit?

請注意，若您的micro:bit為V2版本，請先將basic:bit背面的圓形防撞貼撕下後再進行安裝。


1.將basic:bit的正面貼合micro:bit的背面。


2.從micro:bit的正面鎖緊5個螺絲。順序：由Pin 0依序鎖至GND(由左至右)，注意螺絲必須完全鎖緊不留縫隙。


完成圖


如何將感測器連接上basic:bit？

認識GVS：負極(GND)及正極(VCC)提供電子模組電流，另一個接口則是micro:bit的某一個腳位(P0或P1或P2)和電子模組溝通用的訊號接口(Signal)，這三個接口的英文縮寫便是 GVS。

​而basic:bit上的S由Pin的數字替代，例如圖中的P1對照右側的GV1、P2對照右側的GV2、P0對照左側的GV0。
負極(GND)的連接線是黑色，正極(VCC)的連接線是紅色，訊號 (Signal)連接線會用黃色。請以此特性來為感測器接上basic:bit。
參數
  • 電壓：3.3V（由micro：bit供電）
  • IO埠：3
  • 尺寸：51.7毫米x 29.1毫米

內含組件
  • 1 x basic：bit
  • 7 x 螺絲（只需5個）
     

應用01 LED

材料
  • 1 x micro：bit
  • 1 x Basic：bit
  • 1 x Micro USB線
  • 1 x 紅色LED
  • 1 x 綠色LED

軟體平台
MicroSoft MakeCode

硬體連接


程式設計


程式連結:https://makecode.microbit.org/_MtcPRv2e39wu

結果
程式運行時，紅色及綠色LED燈會輪流閃爍。
 

應用02 智慧燈具Smart Light

在這個應用中，將使用人體紅外線感測器和LED燈來示範我們在某些公共廁所會看到的「廁所使用狀況顯示裝置」的應用原理。當偵測到有人在使用時，顯示裝置上的紅色LED燈會自動亮起、沒有偵測到人的時候，則是亮起綠色LED燈，依此幫助我們快速判斷可以使用哪幾間廁所。

材料
  • 1 x micro：bit
  • 1 x Basic：bit
  • 1 x Micro USB線
  • 1 x 紅色LED
  • 1 x 綠色LED
  • 1 x PIR sensor 紅外線感測器
硬體連接
請將P1連接紅燈(左上)、P2連接綠燈(左下)、P0連接紅外線感測器(右上)。



程式設計
先下載擴充積木：在menu中點選Advanced、再點選Extensions(下圖一)，搜尋"Tinkercademy"並下載到編輯頁面中(下圖二)。




在forever(重複執行)中，建立if~else判斷。接著從擴充積木：Tinkercademy中，拉出「偵測動作」的積木以及「切換LED開或關」的積木。利用if(如果)來判斷當連接在P0的紅外線感測器偵測到動作時，就將連接在P1的紅燈切換為打開、連接在P2的綠燈切換為關閉；else(否則)的話，將連接在P1的紅燈切換為關閉、連接在P2的綠燈切換為打開。



程式連結：https://makecode.microbit.org/_7LY8tLLvtR7T

結果
※當人體紅外線感測器偵測到有人，亮起紅燈。


※當人體紅外線感測器沒有偵測到人，亮起綠燈。
 

應用03 特雷門琴Electro-Theremin



材料
  • 1 x micro：bit
  • 1 x Basic：bit
  • 1 x Micro USB線
  • 1 xPotentiometer 電位器
硬體連接
將電位器連接到P1，確保黃線連接到basic:bit上的1、紅線連接到basic:bit上的V、黑線連接到basic:bit上的G。



程式設計

利用「Variables」建立一個變數：「sound」來記錄電位器的讀取數值。
(電位器的操作：逆時針方向旋轉到底可以取得最小值，而順時針方向旋轉則可以取得最大值。)

電位器的類比訊號讀取值介於0~1023之間，micro:bit內建的tone從最低音的Low C到最高音的HighB，其數字範圍(聲音的頻率)介於131(Low C)~988(HighB)。
因此我們利用「Math」中的「map對應」將電位器其類比訊號的值轉換到tone的131~988之間的數。
接著再使用「Music」中的「ring tone (Hz)~」，並將變數「sound」拖曳進去，如此一來，我們轉動電位器的旋轉鈕時，就會發出介於Low C~HighB之間的聲音(包含滑音)。



補充說明：如何得知micro:bit內建的tone其最低音(131)和最高音(988)的數值？
請參考下方兩張圖，利用「Music」中的「play tone ~for 1 beat」，我們可以透過滑鼠點按最左及最右端的鋼琴，來得知其對應的聲音頻率數值。





程式連結：https://makecode.microbit.org/_UAw4TUFPo5d7
 

應用04 植栽監控裝置Plant Monitoring Device

在本應用中，我們將示範如何使用連接了濕度感測器的Micro:bit來製作植栽監控裝置，並利用Micro:bit V2其內建蜂鳴器的優勢來發出聲音，作為提醒澆水的警報器。


材料
  • 1 x micro：bit
  • 1 x Basic：bit
  • 1 x Micro USB線
  • 1 xSoil Moisture 土壤溼度感測器
硬體連接
將濕度感測器連接到P1，確保黃線連接到basic:bit上的1、紅線連接到basic:bit上的V、黑線連接到basic:bit上的G。


程式設計

首先，在forever(重複執行)中，建立show number(顯示數字)，利用它來顯示連接在P1腳位的土壤濕度感測器所偵測到的數值(介於0~1023之間)。



將此程式下載到micro:bit後即可把土壤濕度計插入盆栽中。請將土壤乾、濕程度的數字記錄下來，並重複幾次這些步驟，看看加多少水對這個植物是適當的(找出臨界值)。
請注意：要將土壤濕度感測器插入土壤中進行偵測時，只有感測器上的金屬部分能夠接觸到水。

當找到臨界值之後，接下來我們要透過下方程式來製作一個提醒澆水的警報器。



程式連結：https://makecode.microbit.org/_Msh6v35sb90E

結果
將程式下載到Micro:bit中，找一株綠色植物，將濕度感測器插入土壤中觀察。當水量不足時，micro:bit V2會發出警報，提醒您植物口渴了，請幫它澆水；當植物的水分充足時，則micro:bit V2會顯示顯示笑臉圖案，來告訴您它目前不需澆水，是不是很有趣！(如果您使用的是micro:bit V1.5，它本身雖然不帶有蜂鳴器，但可以利用basic:bit的板載蜂鳴器來發出聲音)。
 
 
應用05 害羞機器人 Shy Robot

在這個範例中我們要組裝一個害羞的機器人，透過micro:bit V2的蜂鳴器(如果是micro:bit V1.5則可以透過basic:bit的板載蜂鳴器)、土壤濕度感測器、人體紅外線感測器及電位器來打造在三種條件狀況下，機器人將透過音樂來表示其極度害羞的反應。

材料
  • 1 x micro：bit
  • 1 x Basic：bit
  • 1 x Micro USB線
  • 1 xSoil Moisture 土壤溼度感測器
  • 1 xPIR sensor 紅外線感測器
  • 1 xPotentiometer 電位器
硬體連接
將濕度感測器連接到P1、人體紅外線感測器連接到P2、電位器連接到P0(basic:bit右側的開關需切換到P0的位置)。確保黃線連接到basic:bit上的數字1/2/0(依照各腳位數字不同)、紅線連接到basic:bit上的V、黑線連接到basic:bit上的G。

 

程式設計
先下載擴充積木：在menu中點選Advanced、再點選Extensions(下圖一)，搜尋"Tinkercademy"並下載到編輯頁面中(下圖二)。


程式設計
 
在forever(重複執行)中，「if~else if」判斷。我們設定機器人只對三種情況做出反應：
  • 第一個條件：當有人觸摸連接在P1的土壤濕度感測器，會依據偵測到的濕度發出不同的聲音。
  • 第二個條件：當連接在P2的人體紅外線感測器檢測到有人在前方移動，便會發出兩拍高音C。
  • 第三個條件：當有人轉動連接在P0的電位器，會依據電位器轉動的位置不同而發出不同的聲音。


程式連結：https://makecode.microbit.org/_YtzWYd0toLsR

結果
​您已經完成害羞機器人所需要的零件的組裝，接下來您只需將它放入任何足以容納這些零件的盒子中，依您的想法為害羞機器人做造型，但要小心不要嚇到，因為害羞機器人偵測到您的時候就會發出聲音！

 
 
 
應用06 測謊儀Lie Detector

在這項應用中，利用土壤溼度感測器就能製作一個簡單的測謊儀，透過測量我們皮膚的導電率來運作。當測試者感到緊張時，人體皮膚的導電率會增加，而濕度感測器可以吸收這些水分，讓我們判斷測試者是否說謊。

材料
  • 1 x micro：bit
  • 1 x Basic：bit
  • 1 x Micro USB線
  • 1 xSoil Moisture 土壤溼度感測器
     
硬體連接
將濕度感測器連接到P1，確保黃線連接到basic:bit上的1、紅線連接到basic:bit上的V、黑線連接到basic:bit上的G。



程式設計

※此程式內容較多，您可以搭配下圖中的註解以理解相關積木的功能。

程式分為兩部分：左邊的on start(在開始時執行)、右邊的forever(重複執行)。
在on start(在開始時執行)的部分，透過測試者將手放在土壤溼度感測器30秒，來求得其導電率的標準差。
而forever(重複執行)的部分則是透過測試者將手放在土壤溼度感測器2.5秒(repeat 5 times x 500ms=2.5秒)，依其測量出的導電率來判斷是否大於或等於平均數+標準差的值。如果為大於或等於，代表測試者說謊；若小於，則代表測試者是誠實的。



程式連結：https://makecode.microbit.org/_ExAJKfbbCetp

結果
將手指放到濕度感測器的金屬板上，您可以使用橡皮筋或膠帶幫助測量。程式開始執行時請保持平靜並等待30秒的時間以讓其透過記錄皮膚的導電率計算出平均值與標準差，標準差的數值會顯示在micro:bit的leds上。


等待micro:bit顯示完標準差後，詢問測試者問題，接下來只需2.5秒的時間就能測量出測試者是否說謊。當測試者說謊，micro:bit會顯示X圖案(如下圖)；而測試者是誠實的，micro:bit則會顯示打勾圖案。

 

應用07 轉吧轉吧七彩霓虹燈

設計讓每個燈泡都依照彩虹的顏色順序顯示不同的顏色，並搭配micro:bit的按鍵來改變燈泡顏色的流轉方向及關閉燈泡。

材料
  • 1 x micro：bit
  • 1 x Basic：bit
  • 1 x Micro USB線
  • 1 xRainbow LED 全彩LED燈條
硬體連接
將LED燈條連接到P1，確保黃線連接到basic:bit上的1、紅線連接到basic:bit上的V、黑線連接到basic:bit上的G。



程式設計

在on start(在開始時執行)，利用"set strip to Neopixel at pin P1 with ~ leds"來設定燈條接到P1腳位，並且這個燈條有10顆燈(燈泡數量要設定對)，設定好後這個燈條會指定到變數_strip，之後藉由控制"strip"這個變數，便能控制整個燈條。

接著再以"strip show rainbow from 1 to 360"積木讓燈上的10顆燈每顆顯示不同的顏色，顏色變化是依據彩虹的色相變化排列。


接下來要透過設計A、B鍵讓每個燈泡都依照彩虹的顏色順序顯示不同的顏色，當按下A鍵，燈泡會依照順序輪流變換顏色100次；按下B鍵則反方向變換顏色100次；按下A+B的按鍵則所有燈泡都熄滅(顯示黑色=關閉燈泡)。

這裡主要使用的積木為："strip rotate pixels by 1"，它讓燈泡可以循環偏移，再搭配"strip show"來刷新顯示才能看出燈泡變換的狀態，pause(暫停)可依照個人觀察燈泡偏移的需求來調整，如果希望燈條可以慢速流轉顏色，請將pause(暫停)的秒數調高。



程式連結：https://makecode.microbit.org/_Ttt1UKaVcLYM

結果
設計讓每個燈泡都依照彩虹的顏色順序顯示不同的顏色，當按下A鍵，燈泡會依照順序輪流變換顏色100次；按下B鍵則反方向變換顏色100次；按下A+B的按鍵則所有燈泡都熄滅(顯示黑色=關閉燈泡)。請留意：當按下A+B鍵因變數_strip已被定義為黑色(=關閉燈泡)，因此再去按A鍵或B鍵是無法亮燈的。可以透過micro:bit背面的reset鍵重新啟動程式，再次體驗。
 

應用08 請保持安靜

在這個應用我們將學習如何透過伺服馬達搭配安靜舉牌，利用micro:bit V2其新增MEMS麥克風的優勢，製作一個能自動判斷環境聲音大小，進而適時舉起安靜舉牌的有趣實作。此應用引用自劉正吉老師著作_＜microbit V2 與感測器的小探險＞，書籍連結請點此。

材料
  • 1 x micro：bit
  • 1 x Basic：bit
  • 1 x Micro USB線
  • 1 x Servo 伺服馬達
  • 1 x自製安靜舉牌
硬體連接
伺服馬達搭配三個不同擺臂，方便依據狀況使用合適的擺臂。此專案我們以零件包中最小的擺臂來應用。馬達軸心的外緣有齒輪，擺臂軸心的內緣也有齒輪，將兩者的齒輪密合、壓緊。(如需要的話，可用附上的螺絲旋緊)。


將伺服馬達連接到P1，因伺服馬達本身已帶線，依照先前介紹過的GVS接線方式，將棕色線(GND)接G；紅色線(VCC)接V；澄色線(Signal)接1。


程式設計
在開始之前，我們先透過下方程式來了解馬達轉動範圍及轉動方向。控制伺服馬達的積木在Pins內。分別將A鍵寫入"servo write pin P1 to 0"使伺服馬達轉動到0度、將B鍵寫入"servo write pin P1 to 90"使伺服馬達轉動到90度、將A+B鍵寫入"servo write pin P1 to 180"使伺服馬達轉動到180度。請留意此伺服馬達的轉動範圍是0~180度，角度設定請勿超過此範圍，以避免損壞伺服馬達。


程式連結：https://makecode.microbit.org/_Lew4ovUbFJkk

伺服馬達轉動範圍 結果檢視
如下圖，測試按下A鍵(轉到0度)、B鍵(轉到90度)及A+B鍵(轉到180度)。測試看看伺服馬達擺臂的轉動是否跟程式設定的一樣。請同時觀察一下，馬達轉動方向。
我們可以觀察出:小角度轉到大角度時，轉動方向是逆時針；大角度轉到小角度時，轉動方向是順時針。


接下來請依照圖片中的指示，準備相關的材料：


請依照圖片中的指示，將伺服馬達與安靜舉牌連接上，並安裝到一個穩固的底座上。


接著我們要來設計「請保持安靜」的專題程式，在on start(在開始時執行)，利用"set loud sound threshold to ~"來設定當micro:bit感測聲音的臨界值。這邊假設臨界值是128(可以透過Basic積木中的show number以及Input積木中的spund level來感測您環境中的聲音數值，以找出合適的臨界值)，利用"on loud sound"使當環境中的聲音達臨界值時，透過"servo write pin P1 to 90"使伺服馬達轉動到90度以舉起"安靜"圖卡。當圖卡被舉起5秒之後，透過"servo write pin P1 to 0"讓伺服馬達轉動到0度，"安靜"圖卡就會被放下。



程式連結：https://makecode.microbit.org/_iwc9c0XryTMX

結果
假設我們將「請保持安靜」實作放在圖書館，當圖書館出現超過標準的噪音時，micro:bit藉由驅動伺服馬達以舉起安靜舉牌，提醒各位保持安靜。


 
 
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