2021年3月7日 星期日

小彼特開天眼：使用VIA Pixetto視覺感測器之形狀偵測功能

小彼特開天眼：

使用VIA Pixetto視覺感測器之形狀偵測功能[1]
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Mar. 7, 2021
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難易度：★★★☆☆。

主題：音效

聲音效果常能在一般場合上起畫龍點睛之效。就讓我們一起來play music吧！

任務：

小彼特特別加裝了新設備「天眼」來破解酷巴佈下的重重障礙而賺取滿滿的金幣。我們一起來看小彼特如何大顯身手吧！（利用8787的形狀偵測功能來啟動micro:bit內建的瑪莉歐撞金幣的音效「ba ding」）。

 材料

品名

數量

單位

備註

VIA Pixetto視覺感測器（含長、短micro USB專用傳輸線各一條）

1

盒

　

Grove線

1

條

　

micro:bit主板

1

片

　

micro USB傳輸線（100cm）

1

條

　

KSB034 I/O擴充板（90度排針）

1

片

　

圓形物件

1

個

 

造形分析（結構）

請參考瑪莉歐撞金幣的場景 ，將8787及micro:bit結合到讀者的情境之中，以便說一個您的設計故事。

功能分析（電路、程式）

如下表所示，將8787 Grove線的黃白Tx、Rx和micro:bit的P1、P2相接，以雙電源共地方式連接8787和micro:bit（做實驗時可將兩者都接到同一部電腦上供電）。註：因為micro:bit的P0腳和音源輸出同線路，習慣上，將它保留給外部的蜂鳴器使用。

8787

micro:bit

黃

P1

白

P2

紅

+3V3

黑

GND

 


請參考本書範例5：心情指數的設定，在Pixetto Utility上套用圓形的形狀偵測功能。

當micro:bit出現8787初始化完成圖形之後，如果8787偵測到圓形物件，則讓micro:bit播出瑪莉歐撞金幣的ba ding特效聲。

完整的micro:bit積木程式可由此（https://reurl.cc/MZ6bVn）下載。

成果展示

本文的展示影片如此（https://reurl.cc/ravqp1）所示。

教學活動設計

  1. 主題曲　根據瑪莉歐主題曲簡譜（https://reurl.cc/8y6WE7），修改本範例程式，讓8787偵測到三角形時由micro:bit開始播曲子。

實作練習題

修改本範例程式，使得小彼特可以隨時自動計算獲得的金幣數。参考程式碼如下：

参考資料：

  1. 本文係參考VIA官網〈Micro:bit 程式設計〉（https://reurl.cc/Dvl20R）改寫而成。
  2. 六種授權條款。
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2021年3月3日 星期三

Pixetto Scratch版彩球機解析：使用VIA Pixetto視覺感測器之顏色偵測功能

Pixetto Scratch版彩球機[1]解析：

使用VIA Pixetto視覺感測器之顏色偵測功能
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Mar. 3, 2021
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難易度：★★★☆☆。

主題：樂齡

台灣已邁入（出）生不如死（亡）的高齡化社會。為了讓年長者能健康地維持身體機能，試著想想科技是否能幫上什麼忙呢？要老人家運動就要有伴，他們最想要和孫子們一塊兒玩。所以，做一台彩球機，祖孫可以同樂，豈不兩全其美呢？註：楊老師根據這個主題，原先設計有一實體的彩球機如影片所示（https://reurl.cc/6yd3dM）。

任務：

爺爺老了小7想要做個可以動手兼動腦的機台讓阿公可以每天one more, two more一下（利用8787 的顏色偵測功能製作一個可以首腦並用的Scratch抗老遊戲）。

 材料

品名

數量

單位

備註

VIA Pixetto視覺感測器（含長、短micro USB傳輸線各一條）

1

盒

　

紅、黃、藍、綠色球各一

1

組

　

*3D列印攝影機架

1

組

選配（楊昌珣老師分享）

造形分析（結構）

請參考楊老師安排的情境設置方式來設計彩球機的架設場景。其中在筆電上用來放置8787的攝影機架，可參考書附楊老師分享的「3D列印攝影機架.stl」（https://reurl.cc/E2jNra）自行印出使用。此外，楊老師還設計有一雷切版結構，讀者可参考原作者分享的「AI活力彩球機scratch手推型.rld」（https://reurl.cc/KxlY4m）雷切檔也切一台來組裝。

功能分析

 請先觀看書附楊老師錄製的操作影片（https://reurl.cc/9ZvAGx），讀者們應該可以看出彩球機主要有計時一分鐘及計分00~99兩大功能。本範例完整的程式碼可由此下載（https://reurl.cc/NXlox5）。

  1. 舞台分析　使用這個文字圖形做為初始畫面的背景圖。

    。
  2. 角色分析　本例中一共有 用來控制全局的controller，它一共有8個造形圖案，分別是紅綠黃藍的隨機出球、倒數計時的321、及遊戲結速的Game Over圖檔。

    計分部份有十位數point_10及個位數point_1兩個角色。另外，計分部份則有十位數time_10及個位數time_1兩個角色。point_10、time_10和time_1都會有0~9共十個數字來切換顯示  。另外，因為遊戲限時1分鐘，所以計時的十位數字time_10只會在0~6變化 。
  3. 劇本分析　在Pixetto Utility上先套用顏色偵測功能後開啟8787硬體和Pixetto Scratch傳輸資料的Pixetto Link中介程式。此時，會在螢幕右下方看到這隻程式正在電腦背後執行著。連入雲加速器（https://reurl.cc/pmvaLx），載入「範例14：Pixetto Scratch版彩球機解析.sb3」這隻我們整理楊老師分享的原始程式碼。讀者設定好Pixetto Scratch與8787的序列埠  後就可先行體驗一下彩球機如何讓爺爺奶奶們「運動變年輕」的魅力。
    然後，我們來解析它的計分功能。玩家的得分範圍預設為00~99兩位數。所以，程式在controller角色裡建立了變數score

    做為得分的累計，控制的程式片斷如下。在計分顯示效果上，透過圖形數字（角色point_10和point_1的切換     ，在視覺效果上就會看到畫面上好像有真實的數字在不斷跳動著 。和計分的邏輯相同，計時的做法如出一輒，在controller角色裡建立了變數time來記錄剩遊戲剩餘的時間。程式一開始時先呈現出3秒倒數計時的提示。如果時間尚在60秒遊戲限時內的話，5秒隨機切換出題、遊戲時間剩下3秒時出現提示音效
    、時間到時顯示收尾畫面。
    在計時顯示效果上，取出60~00的十位數（角色time_10）方法是把它扣掉個位數後再取出10的餘數，例如：(36-6)/10...餘3，所以，36的十位數便是3。而取出個位數（角色time_1）的方法是取原數字的餘數即可，例如：36/10...餘6，所以，36的個位數便是6。

教學活動設計

  1. 阿公阿媽來打球　準備2套彩球機，邀請2位學員分飾阿公和阿媽來PK。請於2人的手上綁上重物來模擬長者行動遲緩的情境，以建立同理心。
  2. 多執行緒（multithreads）　在controller角色的程式中有數處擺放著等待積木，這是因為彩球機要同時要計分和計時，所以使用了CPU的多執行緒排程（scheduling）技術來實現。讀者們可試著調整這幾塊積木的數字大小，看看程式執果是否順暢。

實作練習題

修改彩球機的Pixetto Scratch程式，增加一得分90即達標遊戲停止的設定。
參考程式：修改controller角色的計時程式片斷如下。

参考資料：

  1. 本文乃台北市仁愛國中楊昌珣老師及其公子楊喻丞共同創作作品。感謝楊老師惠允本書改寫後收錄。
  2. 六種授權條款。
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2021年2月27日 星期六

聖誕之珠：使用VIA Pixetto視覺感測器之四月標記功能

 聖誕之珠：

使用VIA Pixetto視覺感測器之四月標記功能
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Feb. 27, 2021
88x31.png[1]


難易度：★★★★★。

主題：聖誕樹

Jingle bells 、jingle bells…鈴聲多響亮 。逢此歲末年終之際，讓我一起動動手來做一棵與眾不同的聖誕樹吧！

任務：

設計一自動感應裝置來控制手作聖誕樹的燈光變化（利用8787 的16h5家族四月標記[2]功能來觸發WS2812B燈條的顏色切換效果）。

 材料

品名

數量

單位

備註

VIA Pixetto視覺感測器（含長、短micro USB傳輸線各一條）

1

盒

　

4-pin UART傳輸線

1

條

　

Arduino Nano（FT232晶片）

1

組

含mini USB傳輸線100 cm一條

WS2812B燈條

1

組

焊妥SGV接線
170孔麵包板

1

塊

　

PP板（10×18cm）

1

塊

　

透明壓克力圓管（內徑80mm）

1

枝

　

*大膠帶紙捲

1

個

選配

*棉花

若干

選配

*冰棒棍

若干

選配

造形設計（電路、結構）

參考手作聖誕樹（https://reurl.cc/2b48Km）及Make a modern Christmas tree with cardboard（https://reurl.cc/jq3rA ） 的外觀畫出一棵屬於你自己的聖誕樹設計稿，例如：（註：請預留麵包板擺放到聖誕樹上的位置）。

接著，依照下表及接線圖將8787、Nano、燈條和電腦連接好，以便進行後續測試。

WS2812B

Nano

8787（Grove線）

　

D4

黃

　

D5

白

DIN

D8

　

+5V

5V

紅

GND

GND

黑


完整的參考設計流程為：
  1. 樹體造形手稿。
  2. 樹體造形部件。
  3. 底座造形部件。
  4. 底座手作   。
  5. 機電整合接線。
  6. 機電整合電路板手焊  。
  7. 機電整合電路板固定。

  8. 樹面黏著棉花美化。
  9. 0~2四月標記手作。

  10. 原型成品照 。

學生們的相關作品如下：





。

功能設計

四月標記是美國密西根大學於2010年發表使用於3D空間定位的標準。此標準目前已被應用在無人機精準落地（https://reurl.cc/xgDO8N）、倉儲機器人（https://reurl.cc/ZQnrog）、…等相關領域上。

接下來我們將討論如何使用8787的相關開發工具Pixetto Junior及其Arduino IDE來替我們在前一節手做完成的聖誕樹作品加上控制功能。本例所使用的四月標記的0~2小卡圖檔可由 https://reurl.cc/kVrQ89 下載列印。

  1. 套用8787內建的AI功能　在Pixetto Utility上先套用四月標記偵測功能

    。
  2. 接線　依照上小節設計的接線圖接妥控制電路。
  3. 設定開發環境　在Pixetto Junior上

    ，選好開發板類型

    、連接埠    。
  4. 撰寫積木程式樣板　因為Pixetto Junior沒有燈條的擴充積木，所以我們先用它來產出一個四月標記偵測到0、1、2編碼圖形後讓燈條打出相對應的紅、綠、藍三原色的積木樣板程XmasEye.sb3。此時我們先將Pixetto Junior由積木程式自動產生的Arduino語法程式複製並貼到任一文字編輯器（例如：記事本、Notepad++、…）中
    再以XmasEye.ino為檔名存檔
    。    其中，這塊積木上的Arduino Nano接腳（管腳為大陸用語，英文都是pin）編號無特別意義。我們會在下一個步驟中，使用Arduino IDE來修改成燈的控制語法。
  5. 編修Arduino語法程式　開啟已在步驟4存檔的XmasEye.ino。依照下列程式的內容修改後，參考筆者拙著〈心情指數：使用VIA Pixetto視覺感測器之形狀偵測（Shape Detection）功能（https://reurl.cc/9Z7QaO）〉，下載Adafruit的Arduino版NeoPixel函式庫（https://reurl.cc/3N7ZQj）後將程式燒錄到Arduino Nano中做整體測試了。

#include <Adafruit_NeoPixel.h> //Adafruit的燈條控制函式庫NeoPixel

#include <Arduino.h>

#include <Pixetto.h> //8787的控制函式庫（V1.4.2版又改回這個名字）
Pixetto ss(4,5); //D4：黃、D5：白

#define PIN 8 //燈條接在Arduino Nano的D8
#define NUMPIXELS 17 //燈條上的LED數目
Adafruit_NeoPixel pixels(NUMPIXELS, PIN, NEO_GRB+NEO_KHZ800);

void setup() {
  ss.begin(); //初始化8787

  //初使化燈條並做開機顏色測試
    pixels.begin();
    pixels.fill(0x00FF00, 0, NUMPIXELS); //從0~NUMPIXELS將打亮LED為全綠色（綠色的成份是FF、紅色及藍色的成份為0）
    pixels.show(); //顯示LED的顏色設定
    delay(500);
    
  //清除燈條顏色 
    pixels.clear(); 
    pixels.show();
} //end of setup()

void loop() {
  if (ss.isDetected()) {
    if (ss.getTypeID()==0) { //四月標記0：燈條亮紅色
        pixels.fill(0xFF0000, 0, NUMPIXELS);
        pixels.show();
    delay(800);
    } else if (ss.getTypeID()==1) { //四月標記1：燈條亮綠色
        pixels.fill(0x00FF00, 0, NUMPIXELS);
        pixels.show();
    delay(800);
    }  else if (ss.getTypeID()==2) { //四月標記2：燈條亮藍色
        pixels.fill(0x0000FF, 0, NUMPIXELS);
        pixels.show();
    delay(800);
    } //end of if：四月標記數字0、1、2？

    delay(2*1000); //讓8787延遲2秒再開始偵測
  } //end of if：8787偵測到四月標記？
} //end of loop()

成果展示

本例的展示影片如此（https://reurl.cc/rarXnx）所示。

教學活動設計

  1. 16h5家族的30組數字　密西根大學研發的這套16h5家族四月標記共有0~29共30個數字的圖形編碼（encoding）可用（https://reurl.cc/7y7WE1）。請試著修改範例程式XmasEys.ino，讓辛辛苦若手作的聖誕樹能展現出更多的燈光變化，例如：3亮霹靂燈、4亮彩虹燈…。
  2. 流水燈　參考Adafruit NeoPixel函式庫中的simple範例（這個例子是讓燈條呈現流水燈的燈光變化），將它和本例的XmasEye.ino整合，使得聖誕樹樹可以用四月標記0來啟動流水燈的展示效果。註：讀者請在simple.ino的第37行加上「pixels.show();」，否則燈條第一次顯示完流水燈特效後編號0的第1顆LED會一直亮著不會清除。

實作練習題

使用Pixetto Editor的AprilTag積木做為視覺感測，當8787偵測到四月標記1時，讓Arduino Nano板載的LED點亮。同理，當8787偵測到四月標記0時，讓LED熄滅。
參考程式：。

参考資料：

  1. 六種授權條款。
  2. Apriltag原理簡介及原始程式碼：https://reurl.cc/0Dz1kx。
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