親子編程玩Micro:bit-動力小車「麥昆」
- 2019 年 10 月 8 日
- 筆記
少兒編程之風已經吹進各大城市，編程貓、樂博機械人、童程童美等專業培訓機構逐漸進入大家的視野，年齡段已經從K12逐漸降低到幼兒園中班。其實，少兒編程的門檻並不高，它不會讓孩子一上手就去接觸代碼，而是會通過圖形、模塊、遊戲等形式，從聲音、光、外形等多種途徑，幫助孩子們走進計算機世界。本文以一個父親的角度，講述如何與孩子一起，用圖形化的方式，構建一個好玩的動力小車。
1. 基礎
首先講講基礎，從孩子和父親兩個方面來看。
孩子目前是幼兒園大班，在幼兒園中班的時候開始玩樂高，特別喜歡車，有一定的動手組裝能力（樂高的大顆粒和小顆粒都玩過，就是小顆粒有些費勁），可以在大人的指導下，拼搭模型。
父親是理工男，有編程能力和基礎，所以可以快速入門後面的圖形化編程。不過我相信，圖形化編程這麼簡單，大部分沒有基礎的父母同樣可以輕鬆入門。
2. 套件選擇
套件和品牌有很多，淘寶上都可以買到，如DFRobot、makeblock和seeed等國內廠商都會生產自己的產品，或者代理國外的產品。Micro:bit 是一款由英國BBC設計的ARM架構的單片機，板載藍牙、加速度計、電子羅盤、三個按鈕、5 x 5 LED點陣，主要用於青少年的編程教育。用戶可以利用它實現任何酷炫的小創意。淘寶上也有很多為Micro:bit設計的外圍器件，包括各類傳感器、顯示屏、按鈕、車架等等。這裡使用的是國內廠商DFRobot生產為Micro:bit設計的小車車架「麥昆」。特性如下：
- 支持Microsoft makecode，支持Scratch及python
- 體積迷你，移動靈活
- 全金屬微型減速電機，質量優良，驅動力強
- 巡線、氛圍燈、LED車燈、超聲波接口、蜂鳴器、I2C接口、金手指接口、機械擴展螺孔等等，功能齊全，擴展性強
- 獨家定製的賽鋼材料支撐輪，靈活可靠，越障能力強
- 安裝簡單，輕鬆上手
3. 構建和組裝
拿到套件以後，拆開來，得到各個組件，包括車體（出廠已安裝好電機和支撐輪）1個、輪子2個、3節7號電池盒1個、雙面膠1片。如下圖所示。
另外，如果要遠程遙控，還需要一個手柄，手柄和兩塊Micro:bit板子如下圖（小車車架用一塊Micro:bit，遙控手柄也用一塊Micro:bit）。
小車車架安裝的步驟不多，首先是安裝輪子，把輪胎套在輪轂上，再把輪轂插入到電機。小朋友自己完全可以搞定。
輪子裝好以後，就安裝超聲波傳感器，用於檢測障礙物距離，自動避障。
接着，插入Micro:bit板子到插槽，注意方向。
把電池盒粘到小車上，並把電池的接線接到車架的電池接口。完成小車的安裝。
安裝過程中要注意兩點，第一：輪胎和輪轂有方向，不要裝反。第二，電池接線要接到小車車架的電池接口上，不要連到Micro:bit板子的電池接口。小車的各個接口說明可以參考下圖。
遙控手柄的安裝比較簡單，只需要將Micro:bit插入擴展插槽就可以，需要注意的是，方向不要插反。然後為其粘好電池盒，把接線接到電池接口。如下圖所示。
4. 圖形化環境的安裝
對於小車的編程，可以使用在線的Microsoft makecode：https://www.microsoft.com/zh-cn/makecode?rtc=1，直接在線編寫下載。當然，筆者還是推薦下載應用安裝到本地的方式，這樣不受網絡的拘束。
4.1 Mind+編程
DFRobot自行發佈了一款同時支持圖形化和代碼編輯功能的環境Mind+，具體步驟如下：
1、下載及安裝軟件。下載地址：http://www.mindplus.cc 詳細教程：Mind+基礎wiki教程-軟件下載安裝
2、切換到「上傳模式」。 詳細教程：Mind+基礎wiki教程-上傳模式編程流程
3、「擴展」中選擇「套件」中的「麥昆」。 詳細教程：Mind+基礎wiki教程-加載擴展庫流程
4、進行編程 5、編程完畢以後，點擊菜單「連接設備」，選擇一個「COM-microbit」，然後點擊「上傳到設備」
在DFRobot的Wiki網頁上，包含了多個圖形化案例，包括電機控制、讀取超聲波距離、點亮LED車燈、點亮氛圍燈、讀取紅外線鍵值、紅外遙控、超聲波避障、光控精靈、無線發送和無線接收（遙控手柄）等。具體可以參考：Wiki。
4.2 Microsoft makecode編程
微軟專門為Microbit開發了一款圖形化的環境makecode，用戶可以從應用商店上直接免費下載。
下載完成，運行應用，導入小車麥昆的庫，地址是：https://github.com/DFRobot/pxt-maqueen，步驟如下。
1. 在Makecode for microbit的主頁面點擊新建項目，然後點擊設置-擴展，如下圖所示。
2. 輸入麥昆的庫，點擊搜索，就可以搜到。如下圖所示。
3. 點擊該擴展，環境會自動下載並且安裝，安裝之後，可以在左邊的控件欄中找到麥昆，如下圖所示。
環境搭建好之後，就可以開始圖形化編程了。在DFRobot的Wiki網頁上，包含了多個圖形化案例，包括電機控制、讀取超聲波距離、LED車燈閃爍、點亮氛圍燈、讀取紅外線鍵值、紅外遙控、超聲波避障、光控精靈、循跡駕駛、無線發送和無線接收（遙控手柄）等。具體可以參考：Wiki。
5. 孩子如何參與
有關這個問題，我們可以從下面幾個方面來引導。
1. 從小車的運動控制方面，可以與孩子探討，該如何控制小車的兩個輪子，以達到小車前進、後退、左轉、右轉的目的？如，左右輪同時正轉，小車就前進；同時反轉，小車就後退。
2. 掌握了小車的運動控制以後，就可以與讓孩子自己設計小車的運動路線了，比如，走個8字。
3. 小車配有兩個LED車燈，可以結合實際情況，如我們開車時，要左轉的時候，需要打開左側的轉向燈；右轉時，打開右側的轉向燈。與孩子探討如何加入LED轉向燈的功能。
4. 小車的遙控手柄案例中，只有遙控其前進、後退、左轉和右轉功能。嘗試與小孩一起探討如何加入A、B鍵的控制功能，如播放聲音、加速/減速等。
5. 用觸摸屏的電腦將有助於孩子的參與度，比如，控件的拖動、參數的設置將變得非常方便。
6. 如果要用手機或者Pad編程的話，可以使用藍牙功能下載（蘋果手機和Andorid手機均有對應的App可以下載，體驗和PC版本類似，如下圖所示）。雖然配對的過程稍微有些繁瑣，但是這將大大降低孩子參與的門檻。
當孩子們看到小車按照自己的想法運動起來的時候，會開心的歡呼和跳躍。這時，我們彷彿能夠看到童年的自己。
