[micro:bit] 小彼特（micro:bit） Inside，凱斯（KS） Outside!

小彼特（micro:bit） Inside，

凱斯（KS） Outside!

Ted Lee的土饅頭（To Mentor）工坊

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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]。

五、              套件（package）組K

套件式教學在引發學習動機是很方便的工具。它適合初學者用最短的時間學會一套教具內所包含的知識。一般而言，我們可以採用下列兩種教學模式來進行：

1.          快速教完各套件→專題。

2.          仿作→拆解→改良／創新。

本組產品可概分為以下兩類五款式：

1.          自走車系：皆可達成自走車見的巡跡（line tracing）、避障（obstacle avoidance）功能。

A.        KSR025（https://reurl.cc/pDvmmx）K1：車體搭配N20金屬馬達。這款自走車堅固、耐用的結構與使用和電動車相同的18650鋰電池[17]，在教學上是十分受歡迎的。

B.         KSR026（https://reurl.cc/k5yVyb）K2：本款和KSR025不同的是它將N20換成常見的黃色TT減速馬達。因此，在價格上更享有CP值高的優勢。

2.          變形金鋼系：這系列的三個版本可變化出像機械手臂（5軸）、4足機械蜘蛛（8軸）和機械狗等多樣化的變形機構。

A.        KSR030 A版（https://reurl.cc/9z3ZQa）K3：車體雙軸使用N20馬達做為動力來源的自走車形式。

B.         KSR030 B版（https://reurl.cc/24jblm）K4：基礎仿生自走獸的機構造形款。

C.         KSR030 C版（https://reurl.cc/e5y9pR）K5：車體搭載四顆Mecanum（麥克納姆）全向輪，使得車體可以全方位的自由移動。

---

[1] https://reurl.cc/9zDzRj。

[2] 小彼特配KSB040供電正可開展合作學習（cooperative learning）實施時工作站（workstation）流程的概念。程式開發只是學習任務的一站。

學生們設計的作品完成後，可以獨立於電腦之外。這時，就是「教學活動」施展的時間點了。

此外，小彼特+KSB040+KSB047（伺服馬達擴充板），「三明治式」的搭配，也恰恰是程式設計、電源與馬達三位一體的絕佳組合！

[3] 本文所有產品照片皆為援引自原廠官網。

[4] https://www.elecfreaks.com/。

[5] https://reurl.cc/Zn9oaA。

[6] https://reurl.cc/0z9eg9。

[7] https://reurl.cc/4grmMR。

[8] https://reurl.cc/L1WxK7。

[9] https://reurl.cc/GkjQG3。

[10] https://reurl.cc/Gkpk9x。

[11] https://reurl.cc/jdydLM。

[12] https://reurl.cc/QpEp0O。

[13] https://reurl.cc/gv6vLQ。

[14] https://reurl.cc/xDvDR1。

[15] https://reurl.cc/aldlO4。

[16] https://reurl.cc/alXqp7。

[17] https://reurl.cc/ZnVQeM。

---

参考資料：

1. 六種授權條款。

[micro:bit] 蒸汽彼特（STEAM on micro:bit）之創意發明王養成班教材II──主題8：小彼特玩樂器

蒸汽彼特（STEAM on micro:bit）之創意發明王養成班教材II──

主題8：小彼特玩樂器

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Nov. 11, 2019

[1]

 

難易度

★★☆☆☆

主題

設計自己喜歡的樂器外形並譜寫演奏的曲子。

任務

莫札特是小彼特的摯友，小彼特要親自演奏一曲送給他作為堅固友誼的見證。

（在樂器外型上用導電膠帶作為迴路的接觸端點，手指輕碰即依序演奏曲子的單個音階，並搭配灯條作燈光變化。）

材料

編號 品名 單位 1 小彼特主板 塊 2 電池盒（四號，二入，含蓋） 個 3 WS2812B燈條組（十顆） 組 4 杜邦線組（五條，公公，30 cm） 組 5 魔鬼氈組（10 cm） 組 6 電池組（三號／四號，四顆） 組 7 鱷魚夾組（五條） 組 8 透明膠帶 卷 9 導電膠帶 卷 10 瓦楞紙板／PP板／木板… 塊

• 共用工具組：剪刀、油性筆、熱熔膠…若干。 
• 技術咨詢（手機加Line：https://line.me/R/ti/g/U7UpPtBc0j）。

造形設計

在稿紙上先畫出自己喜歡的樂器外形（上網Google一下，https://reurl.cc/nVlv11），再利用板形材料裁切好。請參考以下學員們的若干作品：






。

功能設計＝硬（電路設計）＋軟（程式設計）

根據小彼特急急棒（https://reurl.cc/oDKylq）或小彼特鋼琴王（https://reurl.cc/oDKVmq）的導電原理，我們希望能做出像人體樂器（https://reurl.cc/EKb6E0）的效果。
電路設計如圖所示：。
另一方面，程式設計参考樣版之步驟為：

1. 設計曲子：挑選一首自己喜歡的曲子（https://reurl.cc/lLayZA）再利用Make Code相關的音階積木把它譜出來。例如：小星星，
   。其中，我們把一整首歌的音階以song這個陣列（array）（https://reurl.cc/mdkR9V）來存放。
2. 設計導電觸發事件處理：當兩極導電時一次播一個音階。為了讓音階能重覆播放，我們使用數學的餘數（remainder）概念來計算要循環取出的音階索引（index）i，。
3. 設計燈條顯示樣式：燈條的控制很簡單，只有初始化（initialize，init）宣告及設定點亮樣式（patterns）。前者需設定小彼特以何接腳連接燈條（例如：P2）及燈條上LED的顆數（例如：6）。請留意這個數字一定要設的和實際個數完全相同，否則會有誤動作產生。
   後者可設定諸如流水燈（https://reurl.cc/24l6D9）等特效（在此例中我們僅以閃爍藍色燈示意之）。
4. 參考的參程式碼如https://reurl.cc/EKb1jk。
   MicroPyhon版（https://reurl.cc/GkaMlv）參考程式為：

from microbit import *

import music

tune = ["C4:4", "D4:4", "E4:4", "C4:4", "C4:4", "D4:4", "E4:4", "C4:4",

        "E4:4", "F4:4", "G4:8", "E4:4", "F4:4", "G4:8"] #Ex13

i=0

while True:

    if pin1.is_touched():

       music.play(tune[i])

       i=(i+1)%14

教學活動設計

1. 來電一下：和大街上的陌生朋友一起「同奏」，先演奏完整首曲子者獲勝。
2. 廣播點歌：結合廣播（https://reurl.cc/ObR5r7）功能，將本作品擴充為無線廣播點唱機。
3. 請你跟我這樣玩：1（https://reurl.cc/0zRmmb）、2（https://reurl.cc/zyOlZ6）。

延伸學習

1. 參考這個日本在2011出的商品（https://reurl.cc/alMZGY），想想我們設計的小彼特版要如何擴充，使得它可以播一首以上的曲子。
2. 如何讓小彼特也有好音色呢？試試這款外掛的MP3播放模組（https://reurl.cc/72b47d）。
3. 把鄭老師的3D模型（https://reurl.cc/5gX4Gv）修改成小彼特版印出來也很好玩喔！（https://reurl.cc/D1Y4dE）
4. 小彼特還可以做出哪些好玩的樂器呢？官網上有個專案範例（https://reurl.cc/Vam07R）可以玩玩看。或者也可以看看以下這兩個作品： 。

積木指標

Basic、Arrays、Input、Neopixel、Logic、Math、Variables。

編程指標

循序結構（sequence structure）、非同步事件處理（asynchronous event handling）。

硬體指標

導電帶、鱷魚夾。

STEAM指標

STEAM。

和108課綱的對照（以國中端為例）

• 科技領域核心素養：科-J-B3　了解美感應用於科技的特質，並進行科技創作與分享。
• 科技領域／資訊科技學習重點
• 學習表現：設c-V-2　能運用科技知能及創新思考以設計並實際製作科技產品。
• 學習內容：資P-IV-3　陣列程式設計實作。

---

参考資料：

1. 六種授權條款。