小彼特（micro:bit） Inside，

凱斯（KS） Outside!

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Dec. 3, 2019

[1]

舉凡各類硬體的採購都是為了讓教學順利進行的。因此，教學設計、教法、應優先於教具而考量。清楚了教學的方向與定位，自然就知曉該買些什麼所需材料。小彼特（micro:bit）主題課程的開展方式之一是以各學習任務來引導到最後的學習成果。由於每一階段的任務性質不一，會用到的工具也不盡相同。電腦只是眾多可運用的工具之一而已。我們希望學生們能在課程中培養出工具選用能力，不被物所役而當個工具人。因此，「主板搭配KSB040鋰電池擴充板與KSB047伺服馬達擴充板」三明治式組合得以讓我們進行主題教學時最為順暢──電腦的角色將較容易被定位為資料查尋、程式開發的工具性質之用。而且，因為每個小任務都有一定的時間性，學生更需學會妥善安排時間的自我管理。這是我們大力推擴「小彼特主題課」背後所要傳達的重要人文精神：在不給蘿蔔和不使用棍子的前題下，一方面尊重學生們的自我選擇；另一面又想方設法地營造各種樂於向學的氛圍。

本文以「夾心餅乾」（小彼特主板搭載KSB040鋰電擴充板[2]）為基底，詳細以下列PoseK五大組（圖 1）[3]來探討小彼特週邊（peripherals）的選購原則與時機。我們更以兩年百場小彼特全台推廣的第一手經驗為小彼特添加教學靈魂，並給予讀者最中肯的教學與採購各面向的相關建議。

圖 1：小彼特週邊擴充解決方案（total solutions）。

一、電源（power）組P

可供主板外接電源的擴充板（皆板載蜂鳴器）如下（表 1，https://reurl.cc/4gj3pR），方便我們教學或做作品時可脫離電腦獨立運用：

1. KSB040鋰電池擴充板（https://reurl.cc/8l03aj）P1：內建140maH鋰電池（Lithium battery）與蜂鳴器。使用方式等同手機，低電源時接至附有USB接頭的電腦、行充或市電變壓器充電。在充電期間主板仍可使用。我們強烈建議讀者讓小彼特搭載此款電源，讓小彼特的電力永續。

2. KSB035 CR2032鈕扣電池擴充板（https://reurl.cc/pDrgjx）P2：使用1顆或2顆並聯拋棄式的CR2032。有板載蜂鳴器。

3. KSB036（https://reurl.cc/K64AWn）乾電池擴充板P3：使用二顆四號（AAA）電池。有板載蜂鳴器。

4. 電池盒（https://reurl.cc/e5Lm97）P4：使用二顆四號乾電池。附蓋、附開關與JSTX2B-PH-SM4-TB電源接頭（https://reurl.cc/drLxxq）。電池盒相對其他款擴充板而言是相對低價的。但是它的致命傷也就來自它的價低，十足是拖個「尿袋」趴趴走樣貌。

品名	優／缺點
KSB040 P1	優點：適合手作作品供電、教學活動設計易實施、操作展示皆方便缺點：價格稍高
KSB035 P2 KSB036 P3	優點：適合手作作品供電缺點：拋棄式電池累積成本高、不環保
電池盒P4	優點：價低、適合手作作品供電缺點：程式設計練習時累贅、接頭易損壞

表 1：KSB各電源方案比較表。

註：勿以行動電源或110轉5V變壓器接入小彼特的micro USB接孔，詳見規格文件（https://reurl.cc/EK4mk1）說明。

二、其他（others）O

本組兩款選配項目說明如下，它們都有板載的蜂鳴器。建議讀者有用到再添購即可。週邊的擴充硬體總是個無底洞的深坑，再怎麼買也買不完的。

1. KSB039感測器擴充板（sensor board）（https://reurl.cc/Zn9jZ3）O1：集蜂鳴器、5V-3V邏輯準位轉換IC、電話線RJ11接頭、滑桿可變電阻、麥克風、RGB全彩LED、按鈕與紅外線接收器於一板，算是大補帖的概念。

2. KSB045搖桿（joystick）（https://reurl.cc/Na4pa9）O2 ：板載按鈕、蜂鳴器、震動馬達、紅外線發射器。可使用兩顆四號乾電池供電。尤其搭配KSB040更是不錯的組合方案。

三、感測器（sensors）組S

凱斯電子致力於推動國內maker（自造者／創客）動手做的風氣，從Arduino到小彼特，一路走來總是先以滿足makers大大小小需求為要務。所以，他們對「家庭號」大包裝的感測器模組（modules）總在市場熱潮後期才會逐步推出。

故本文以香港課室集團（CLASSROOM）（http://www.classroom.com.hk/）代理恩孚科技EF（ElecFreaks）[4]所發售的模組包來介紹。其各自內含物的詳細比較如錯誤! 找不到參照來源。所示。

內容	Tinker Kit S1 (13模組)	IoT Kit S2 (11模組)	Smart Home S3 (13模組)
Breakout Board	ü
3V sensor:bit			ü
Octopus PIR sensor Brick	ü	ü
Octopus ADKeypad	ü
Octopus Crash Sensor Brick	ü		ü
Octopus Soil Moisture Sensor Brick	ü	ü	ü
IIC OLED Module	ü	ü	ü
Octopus Analog Rotation Brick OBARot	ü
Octopus Passive buzzer Brick OBPB01	ü
FS90R servo with wheel	1.6kg	ü	180° servo
Relay			ü
DC motor			ü
Submersible pump			ü
Crystal Battery Box			ü

Water level sensor		ü
Sonar:bit		ü
Sound Sensor/ noise sensor		ü	ü
Octopus Temperature And Humidity Sensor		BME280	TMP36
Octopus Analog Photocell/ light sensor		ü	ü
Dust Sensor		ü
IoT:bit		ü

1 X Octopus 5mm LED Brick OBLED - Red	ü		Rainbow
1 X Octopus 5mm LED Brick - Green	ü
1 X Octopus 5mm LED Brick OBLED - Blue	ü
1 X Octopus 5mm LED Brick OBLED - Yellow	ü

表 2：恩孚科技發售的三套感測器套件組內裝比較表。

1. Tinker Kit（https://reurl.cc/oDRzNM）S1：以買一次全部滿足的概念提供一些常用模組包裝。我們在這篇https://reurl.cc/k5rWNd教材中已展示若干教學範例供讀者們參考。包裝內亦提供35個有趣範例（https://reurl.cc/GkjKVy）供讀者實作。

2. 物聯網包（IoT Kit）（https://reurl.cc/alqlv3）S2[5][6]：小彼特外接板載ESP8266 WiFi晶片的IoT:bit，以提供在物聯網情境（scenario ）下的解決方案，使得小彼特得以連上網際網路而使用各種雲端服務（cloud services），例如：ThingSpeak、IFTTT…。包裝內提供10種遙測（telemetry）資料的採集與5個開發板在物聯網應用上的5個經典範例（https://reurl.cc/NaQyjk）。我們的教學文件（https://reurl.cc/24YEg6）也可提供給讀者們參考。

3. 智慧家庭包（Smart Home Kit）（https://reurl.cc/8lvlZy）S3：以sensor:bit外接各種居家環境下可智慧監控的解方，例如：室內溫度的智慧監督與調節⋯。包裝內提供11個好玩的案例（https://reurl.cc/nVNL06）給有興趣的讀者動手做做看。另外，https://reurl.cc/k5rWNd 有我們教師研習的教學網頁可以搭配研讀。

本組能快速驗證想法，但其缺點除了售價通常比較高外（因為在某種程度上廠商都會作若干程度整合後才會上市），尚需有分辨何者是基礎且必要的硬功夫，不然會產生一種我好像很厲害的幻影（其實是廠商把較複雜的底層都幫使用者做完了）。我們推薦以拼圖式教學法[7]（將各組內的感測器視為可堆積的積木元件，快速教完它們的基本操作後引導同學們將之以創意組合方式兜成新作品）作爲本組的教學策略。

四、擴充板（extension boards）組E

小彼特共有19隻I/O腳+6隻電源腳=25隻接腳（https://reurl.cc/XXGxge，圖 3）。主板下缘金手指（golden fingers）的P₀、P₁及P₂三隻腳提供了基本I/O控制。其中，P₀和蜂鳴器共線路（圖 2[8]），建議保留不做其他用途。

圖 2：P₀與擴充板外接蜂鳴器之電路圖。

圖 3：小彼特I/O腳位圖。

另一方面，除了使用板子上的三隻基本腳位外，若有較多I/O接腳需求時就要使用能延伸I/O接腳的擴充板（KSB034）來連結外部電子元件或模組。此外，小彼特要接較大輸出電流元件，像馬達或燈條，也需要有額外驅動電路的擴充板（KSB043、KSB037、KSB038）來支援。

以下將詳細說明這兩大類擴充板的用途。我們也將各向度的比較整理於表 5中。

1. I/O腳位延伸類擴充板：

A. KSB034 I/O擴充板（https://reurl.cc/YlE44X）E1：將小彼特的22隻腳拉成0º或90º排針以方便外接擴充元件之用（表 3）。

	板載蜂鳴器	直流馬達	伺服馬達	3V/ 5V I/O切換	外部供應電源	應用教材
KSB034 E1	N	N	雙電源共地[9]	N	N	1. 小彼特play十點半[10] 2. 小彼特勇闖十八銅人陣[11] 3. 小彼特搖擺玩偶[12] 4. 小彼特鋼琴王[13]

表 3：KSB034的各種使用考量對照表。

B. KSB043 3V/5V I/O擴充板（https://reurl.cc/EKjg6v）E2：小彼特考量了低功耗（low-power consumption）硬體設計趨勢，遂以3V為主要的電源供應方式。但現今的週邊電子零件仍以類Arduino的5V供電居多。因此，KSB043恰好可做為小彼特和週邊之間的中介。根據筆者的教學經驗，KSB043接WS2812B可程式燈條或伺服馬達這類5V的大電流輸出元件是很方便且經濟實惠的上上之選（表 4）。

不過讀者千萬要留意，不可在外接5V電源下同時接輸出及輸入型元件，這樣會有燒毀小彼特I/O腳位的危險！

	板載蜂鳴器	直流馬達	伺服馬達	3V/ 5V I/O切換	外部供應電源	應用教材
KSB043 E2	Y	N	9	N	Y	小彼特體感鼓仔燈[14]

表 4：KSB043的各種使用考量對照表。

2. 馬達控制類擴充板：針對直流馬達和伺服馬達（servo motor），我們將介紹四款連接的擴充板。它們的比較如表 5所示。

A. KSB037直流馬達擴充板（https://reurl.cc/oDRVVv）E3：外接6.5～13V電源用來驅動130玩具馬達、TT馬達…之類的直流馬達，可省去外接H橋（H bridge）放大驅動電路的麻煩。我們強烈建議使用它來接直流馬達做應用。

B. KSB038伺服馬達擴充板（https://reurl.cc/D1jKqe）E4：外接6.5～13V電源用來驅動1～16顆伺服馬達。我們強烈建議使用它來接伺服馬達做應用。

C. KSB048雙馬達擴充板（https://reurl.cc/W4xAd9）E5：外接6.5～13V電源用來驅動1～4顆直流馬達及1～12顆伺服馬達。

D. KSB040+KSB047伺服馬達擴充板（https://reurl.cc/rl93xr）E6：在主板＋KSB040夾心餅乾組合的背後再鎖上這塊可直接接P₀、P₁或P₃三腳位的1～3顆伺服馬達而有著輕巧、利落的三明治式獨立電源組合。我們強烈建議初學者、開課、出營隊…可以多多使用這件複合式擴充板。

	板載蜂鳴器	直流馬達	伺服馬達	3V/ 5V I/O切換	外部供應電源	應用教材
KSB037 E3	Y	2	Y	Y	Y	小彼特賣東西[15]
KSB038 E4	Y	0	16	Y	Y
KSB048 E5	Y	4	12	Y	板載14500電池座
KSB040+KSB047 E6	N	0	3	N	N

表 5：擴充板組比較表。

註：因為小彼特I/O腳位的最多只能輸出90mA的電流而不足以推動伺服馬達。另一方面，因為馬達啟動時需要瞬間較大的電流來引發電磁效應而使之轉動，長時間直接將伺服馬達連接到主板恐會造成主板的I/O腳位不斷供應能承受的電流而導致損壞。因此，除了使用有驅動電路的擴充板外，以雙電源共地法來連接才是正確的接法[16]。