智慧物聯網大冒險：4P程式指南

本書主軸使用聯發科技出品的LinkIt 7697開發板，帶領著大家設計六大結合程式及動手做的物聯網專題。針對初入門物聯網的初學者與小朋友，本書由淺入深，序章介紹基本的物聯網概念及環境設定的方式；書中六大章節，以每章一個專題的方式，幫助大家建立起物聯網概念，並能實際將其應用至生活中。讀者將可透過本書學習到如何使用LinkIt 7697開發板，以及BlocklyDuino圖形化程式介面，並透過動手做的電流急急棒和搶答器，學習STEAM教育，更結合MCS服務來控制與監控開發板狀態，打造出生活化又有趣的物聯網專題，並經由專題（Project）、熱情（Passion）、同儕（Peers）及玩樂（Play）等4P，探索程式設計與創意學習。

4P的深入內涵究竟是什麼？其實，4P這項教育理念，是由MIT美國麻省理工學院「終身幼兒園」計畫主持人，同時也被程式設計及科技業界譽為「兒童程式之父」的密契爾?瑞斯尼克（Mitchel Resnick）提出，主要著眼點在於讓孩子們創意學習。而4P分別代表的意義如下：
專題（Projects）：由專題展開學習
熱情（Passion）：透過興趣，觸發學習熱情。
同儕（Peers）：建立社群，使同儕分享、互助、合作。
玩樂（Play）：以玩樂方式，進一步探索創意學習。
本書正式以此4P為核心理念，設計6個簡單又好玩的物聯網專題，盼望讓初學者與小朋友體驗程式學習、創意學習的樂趣。

本書特色
本書除了介紹物聯網的基本概念，以及如何使用LinkIt 7697開發板，更結合樂高積木、圖形化程式設計、STEAM教育及MCS雲服務，幫助初學者與小朋友能更快瞭解如何使用LinkIt 7697，搭配BlocklyDuino圖形化程式介面製作簡易物聯網系統。深切盼望讀者能在閱讀本書過程中，經由專題（Project）、熱情（Passion）、同儕（Peers）及玩樂（Play）等4P，探索程式設計與創意學習。

許鈺莨
現職： CAVEDU教育團隊專任講師、國立海洋大學機電暨機械研究所控制組碩士
專長：IoT物聯網軟硬體整合、LinkIt 7688 7697軟硬體整合、Raspberry Pi、Arduino軟硬體整合、App手機程式開發設計。

趙偉伶
CAVEDU教育團隊講師
專長：LinkIt 7697軟硬體整合

序章    準備好，我們要展開物聯網大冒險了！
第一章 好涼快喔！自己動手做一個電風扇
第二章 碰！碰！碰！電流急急棒
第三章 叮咚！叮咚！自動升降的交通柵欄
第四章 看誰按得快！按鈕搶答器好好玩
第五章 衝啊！看我藍牙遙控車的厲害！
第六章 轉快！轉慢！進化版的智慧風扇

序章：準備好，我們要展開物聯網大冒險了！
 
  寫過程式嗎？像是用Scratch來做製作自己的遊戲或是動畫，或是使用LEGO EV3或是mBot打造自己的機器人系統。其實，寫程式有非常多不同的功用，這本書的目的是協助大家透過LinkIt 7697，搭配一些基本的電子元件跟感測器，再透過自己撰寫編輯的程式，賦予我們的創作品具有智慧，再讓它們連接上網路，成為廣大網際網路中一員，打造自己的雲端服務，聽起來超酷的吧！所以，就請跟著我們，一起透過這本書，來玩一場物聯網的大冒險！

什麼是物聯網？
您可能會想問？剛剛我們一直提到物聯網，到底物聯網是什麼啊？過去我們在網際網路上所瀏覽的內容，不論是文字、圖片、音樂、影片或是小遊戲…等，都是由其他的「人」所提供的。
我們希望未來的世界，環境中的各種裝置、物品，其智慧程度越來越高，讓「物」透過網路，依照我們所建立的規範與方式（其實就是寫程式啦¬），彼此相互溝通、做出決定、予以實行，並適時地通知「人」。
就像哈利波特世界中的家庭小精靈，能在不打擾主人的情況下，默默地讓我們的日常生活維持高品質的運作。
就先舉我們第六章「智慧電風扇」為例子，一般的電風扇我們要自己去啟動或關閉，並調整它的轉速等運作功能；但是連接上網路的智慧電風扇，我們可以透過雲端服務網站，在很遠、很遠的地方就可以控制它，也可以讓這台電風扇自己去感覺房屋內的溫度，然後調整風速跟風向，是不是很厲害呢？

要怎麼開始展開我們的物聯網大冒險呢？
「有好多新的觀念、名詞，我不太懂耶！」沒有關係喔！這些我們在後續的章節都會一點一點、慢慢跟大家解釋，所以大家可以放心。在展開物聯網大冒險之前，我們要先在自己的電腦上，安裝好一個名叫「BlocklyDuino」的程式編輯器，這樣我們之後寫程式就會非常方便喔！但是要怎麼裝呢？

第一章 好涼快喔！自己動手做一個電風扇

圖1 小風扇成品圖

讓直流馬達轉動
我們的第一個程式練習，是要讓直流馬達轉動。

請大家到【類比I/O】分類中，找到第二個「類比寫入」積木。積木上的Pin選4，然後在數字的欄位寫上255，這會讓馬達全速運轉；再拿出同樣一個「類比寫入」積木，Pin選5，然後在數字的欄位寫上0。
 
圖7

再來按下像撥放鍵的符號來上傳程式。請注意，按下後，必須要看見「The board reboots now」這段英文，才算燒錄成功。
   

馬達有沒有開始轉動了呢？很棒吧！

菜菜：
那如果我覺得馬達轉得太快了，想讓它轉慢一點的話，我該怎麼做呢？

阿吉老師:
請在「類比寫入」積木上的數字欄位，改為任何一個比255小的數字就可以囉。

第二章 碰！碰！碰！電流急急棒
這一次我們要做的是電流急急棒，希望能夠做出當鐵棒碰到軌道時會發出音樂聲，而且可以透過寫程式改變音樂聲，或是發出尖銳的聲音，讓人嚇一大跳。可以跟家人玩或和朋友一起比賽，看誰的手比較穩。

讓我們用Linklt 7697開發板，還有樂高積木，做出一個實體版的電流急急棒。
琮琮：我一定比你厲害，一下子就可以闖關闖過了。
菜菜：阿～失敗了！但音樂好好聽～。
一起動動手
電流急急棒是由鐵棒和軌道組成，我們要先做這兩個部分，再看看如何用程式與電流急急棒互動。
1. 製作鐵棒
第一步：拿出斜口鉗，剪下適合長度的鐵棒。
 
圖2

第三章  叮咚！叮咚！自動升降的交通柵欄

大家有沒有在停車場看過像下面這張圖片的電動柵欄呢？如果你沒有繳錢的話，電動柵欄就不會讓你的車子通過喔！

這一章我們會用伺服馬達帶大家做一個交通柵欄，還會帶大家用手機藍牙連線的方法，控制電動柵欄。

圖1

一、什麼是伺服馬達？
在控制伺服馬達之前，我們要先對伺服馬達有基本的認識。伺服馬達大部分被使用在遙控模型，控制模型的移動方向，例如，可以控制模型車前輪轉彎的方向，所以不需要像直流馬達一樣一直的轉動，而是對於角度更有準確的控制。伺服馬達有分成「連續旋轉馬達」和「非連續旋轉馬達」，「連續旋轉馬達」轉動的角度從0到360度之間，而我們用的就是「非連續旋轉馬達」，轉動角度在0到180度之間。
 
圖2模型車

第四章 看誰按得快！按鈕搶答器好好玩
大家看過電視節目中益智問答遊戲的搶答器嗎？當兩邊的選手差不多同時按下自己的按鈕時，便要透過機器判斷到底誰先按下按鈕。比較快按下的那一邊會亮起LED燈，另外一邊燈就不會亮。

在這一章，我們將介紹用在圓形開關中的極限開關接線。另外，也會運用之前介紹過的「數位輸入」，與BlocklyDuino中的【邏輯】程式積木。
 
圖1

一起動動手
認識材料
動手做之前，我們先來認識本章的新材料吧！

1. 麵包板
麵包板常被用來連接各種電子元件，請見下圖。中間區域被用來設計電路，直行每5個點互相接通，行和行間彼此不互通，上下兩欄也彼此不互通。最上方和最下方兩區域被稱為匯流排，每列的25個橫點互相接通，列和列間彼此不相通，接線時需特別注意。

 
圖2

2. Linklt7697擴充板
Linklt 7697擴充板和LinkIt 7697開發板不一樣！因為，擴充板可以接在開發板上，讓開發板功能更強大。LinkIt 7697擴充板可接Grove系列元件和杜邦線，下面圖片中的紅框可以接數位腳位，腳位的對應例如：擴充板上的D2等於P2。

3. 中型微動開關
中型微動開關可用來連接大型按鈕。當按下開關跟放開時，電路接通的位置也會不同，請看下圖：
 

4. Grove 4 Pin連接線
我們會把這條線接上中型微動開關，使它可以接上Grove接頭，材料的樣子如下圖。
5. 剝線鉗
剝線鉗是一種將電線外的塑膠皮剝開，取出其中金屬線的工具。剝線鉗上會有不同的孔洞，上面標示不同的數字，這是針對著不同粗細規格的電線。請使用會由大到小的數字孔洞進行剝線。
接下來，要教大家如何接線，我們先用Linklt 7697擴充板示範，然後再跟大家解釋麵包板的接線。如果大家只有擴充板或只有麵包板，請依照自己的需求選擇看哪一部分的內容。

第五章 衝啊！看我藍牙遙控車的厲害！
在這一章，我們會介紹馬達轉動的原理，還有如何使用藍牙裝置接收字元；我們也會把手機當成遙控車的方向盤，控制遙控車的方向。

讓我們一起做出一台屬於自己的LinkIt 7697的藍牙遙控車吧！

圖1 藍牙遙控車成品

一起動動手
別急別急，因為LinkIt 7697開發板的電流，沒有辦法直接讓兩顆直流馬達動起來，所以我們要使用「馬達驅動板」。在這一章，我們使用的馬達驅動板名叫「Robot Shield」。

第一步：我們先用手機的藍牙裝置，試著控制一顆直流馬達看看，我們先接上一顆直流馬達。下面的圖片是直流馬達接線圖：

圖2 一顆直流馬達連接Robot Shield

馬達的腳位（位置） Robot Shield的腳位（位置）
1 13
2 17

第六章 轉快！轉慢！進化版的智慧風扇
在這一章，我們最後會做出的樂高智慧風扇，是可以換成手動或自動的模式，所以這個智慧風扇會有下面二種功能：
第一種功能：自動模式，可以按照室內溫度來決定風速的大或小。
第二種功能：手動模式，我們可以用雲端的服務控制風速的大或小。

在前面的章節當中，我們有教大家利用開關來控制馬達。開關控制只有「開」和「關」，所以是屬於「數位訊號控制」，來決定馬達的「高電位」和「低電位」。
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下面的圖片是完整的網頁控制風扇轉動的版面。所以，我們接下來的目標，就是要在MCS的網頁上，建立好這三個資料通道。
 
圖15 完整的MCS網頁控制風扇轉動的版面

一起動動腦：
為了要控制風扇轉動，我們會用到黃標1、2、3所代表的，一共三個MCS的資料通道。接下來，我們跟大家一個一個解釋這三個資料通道：

第一個是顯示資料通道
我們做顯示資料通道的原因，是為了要知道溫度感應器的數值，這樣我們就可以知道現在的溫度是多少囉！
 
圖16
第二個是建立控制通道的分類通道
動動腦人物：這邊我們要做的是自動和手動的分類通道。我們要特別注意設定的Key值很重要喔，因為這是LinkIt 7697開發板所收到的值。
 
圖17

第三個是建立控制通道的類比通道
動動腦人物：這裡我們做的是類比滑桿，我們可以用類比滑桿來控制風扇轉動的速度喔！而類比滑桿上限和下限的數值，我們就把數值設定為LinkIt 7697開發板的PWM值0~255。