用YwRobot Easy Module Shield 多功能實驗擴展板玩 S4A (一)

許多老師會利用Scratch 來作為學生學習編程課程的基礎，常見搭配 Scratch 課程的硬體也不少，主要有兩類：Picoboard 與 S4A(Scratch for Arduino)。在台灣，最常見也最知名的，不外乎由慧友科技所推出的 S4A Sensor Board 和全佑電腦所代理的 MakeBlock(mBlock)。

「用YwRobot Easy Module Shield 多功能實驗擴展板玩 S4A」這個課程主要就是利用 YwRobot Easy Module Shield 這個 Arduino UNO的擴展板，利用它已經整合的各種模組(按鍵、LED、EGB、紅外線接收、亮度傳感器(光源)、LM35D溫度傳感器、無源蜂鳴器、電位器、DHT11溫濕度傳感器)，搭配 S4A 學習Scratch與硬體的應用。

學習Scratch與傳感器的應用，您可以依據您的需求(Picoboard 或 S4A)，參考下面兩本書籍：

相關課程內容：

官網：

Step 1: 認識 Easy Module Shield V1

Easy Module Shield v1 是兼容UNO，內建蜂鳴器、可調電位器(可變電阻)、 DHT11溫濕度感測器、LM35溫度、光源感測器、紅外線接收器及一組紅色LED、藍色LED、RGB LED 的 Arduino 多功能擴展板。同時還能外接兩組數位輸入/輸出、一組類比輸入和藍芽、I2C連接埠。

高功能Sensor的整合，非常方便學生學習，避免短接、誤接的機率發生，同時也降低費用的支出與教師在教學現場管理的諸多麻煩，讓課程在進行時更加順利。

Step 2: 課前準備：安裝 S4A

在上課之前，您必須先準備一片 Arduino UNO 的相容板，同時至 S4A 的官方網站下載S4A軟體與你電腦相容的 Firmware(韌體，目前是1.6版) 並安裝好相關的軟硬體環境。

主要步驟：

開始使用S4A之前，基礎環境的建置是相對的重要。接下來，要為大家先介紹如何建置 S4A 的軟體環境，如果您對這一段環境建置已經熟悉，可以直接往下一個Session學習。

安裝過程主要是 Arduino 應用程式的安裝與 S4A 環境建置這兩個部分：Arduino 環境建置、S4A 環境建置。

Arduino 環境建置

下載開發環境：至官網(arduino.cc)，點選download後，依據您的電腦作業系統下載ArduinoIDE (建議下載1.0.6下載版)。
安裝開發環境：有2種下載檔，如下載install檔，直接執行；如為zip檔，直接解壓縮後，進入資料夾找執行檔即可使用。
安裝arduino驅動程式：電腦連接arduino(若需驅動程式，位置在arduinoIDE安裝資料夾內drivers資料夾)。
找出板子的COM Port號碼：於裝置管理員找到「連接埠」，內有Arduino Uno連結的COM Port 編號(這是接下來要上傳 S4A Firmwarm的位置)。
連接Arduino UNO+Easy Module Shield v1，並確認與電腦連結完成。

S4A 環境建置（S4A應用程式＆ Firmware）

至S4A官網下載(網址s4a.cat)，下載S4A主程式(電腦用；WindowsPC、MacPC)及另一個是S4A韌體(arduino用)，不過我們這個課程，S4A的Firmware已經改寫，請下載這個Session中所附的 S4AFirmware16_YwRobot.ino 檔。
下載S4A軟體並安裝。下載S4A韌體，並利用Arduino軟體上傳至Arduino UNO上。

注意：
因應本課程之需要，相關的Firmware(韌體)已經變更，請下載本Session下方所附的ino檔(S4AFirmware16_YwRobot.ino)。
變更image檔。因應本課程之需要，請下載本Session下方所附的image檔(S4A - YwRobot.image)，並將檔案放置於S4A的資料夾中。(Windows預設為 C:\Program Files\S4A)

您也可以參考用S4A(Scratch for Arduino)：玩出科技創意大未來這本書，裡面也有非常詳盡的介紹與設定說明。

參考閱讀：

小學生的 Fablab 教室：《安裝軟體：安裝 S4A 應用程式與主控板 Firmware》

Step 3: Session 1：LED 閃爍

在這個 Session 的學習焦點，主要在練習舞台場景的編輯、角色的建立。然後透過程式的控制方塊，改變不同的動作指令，讓 Easy Module Shield v1 上的紅色及藍色LED燈交互閃爍。再搭配角色造型的變化，在舞台上呈現不同的顏色造型。

在學習這個 Session 時，您可以嘗試依照我的範例進行編輯，附檔中有紅燈與藍燈的角色Sprite檔與LED造型檔(ZI
P檔)，您可以依您的需求直接匯入進行練習；當然，您也可以下載我的範例檔【 LED_01.sb】，直接練習。

Easy Module Shield v1腳位配置：

LED1(藍燈)：D13
LED2(紅燈)：D12

Step 4: Session 2：LED 與按鍵開關控制

這一個 Session 主要是延續上一個《LED 閃爍》的學習內容，再通過按鍵的功能來控制LED燈的開關。在練習時，可以嘗試先從一個開關控制一個LED燈(範例：LED_02.sb)，再進階練習兩個按鍵開關控制兩個LED燈(範例：LED_03.sb)。

範例一：一個開關控制一個LED燈(範例：LED_02.sb)

當按下SW1時，藍燈亮。

範例二：兩個按鍵開關控制兩個LED燈(範例：LED_03.sb)

當按下SW1時，藍燈亮(LED1)，紅燈熄(LED2)。
當按下SW2時，紅燈亮(LED2)，藍燈熄(LED1)。

Easy Module Shield v1腳位配置：

LED1(藍燈)：D13
LED2(紅燈)：D12
SW1(按鍵1)：D2
SW2(按鍵2)：D3

Step 5: Session 3：LED 、按鍵多重控制

在這個Session課程練習，除了綜合前面兩節課程的學習內容之外。在課程中，主要還加入了多重控制指令與動作偵測回饋應用。

課程內容：

切換執行LED燈的按鍵控制、關燈、閃爍。

Session 3-1
當按下鍵盤的按鍵「A」，執行程式的第一段。
偵測動作：按鍵盤的「上移鍵」，起動程式。
程式執行：SW按鍵控制LED燈的開關。

Session 3-2
當按下鍵盤的按鍵「B」，執行程式的第二段。
偵測動作：按鍵盤的「下移鍵」，起動程式。
程式執行：關閉LED燈的所有動作。

Session 3-3
當按下鍵盤的按鍵「C」，執行程式的第三段。
偵測動作：按鍵盤的「右移鍵」，起動程式。
程式執行：LED燈閃爍。

Easy Module Shield v1腳位配置：

LED1(藍燈)：D13
LED2(紅燈)：D12
SW1(按鍵1)：D2
SW2(按鍵2)：D3

LED.sb
Download

Step 6: Session 4：可變電阻(電位器)與蜂鳴器

這個Session的學習內容，開始加入變數，並利用電位器(可變電阻)控制蜂鳴器的音量變化。

在 Easy Module Shield 上，蜂鳴器的位置腳位是 D5 的PWM腳，可以透過電位器提供輸出的電壓值，控制蜂鳴器音量，電壓的計算公式為 V=(n/255)*5，所以當 n=0 時，電壓為 0 V；當 n=255 時，電壓為 5 V。

電位器本身透過電阻的大小，改變電壓的輸出值，取得不同的類比訊號。Easy Module Shield 上的電位器是接在類比埠A0 ，電位器的類比輸入值是 0~1023；但是，PWM的類比輸出值是 0~255，因為類比輸入數值與PWM的值不符，會出現錯誤提示。所以，通常會再將(類比訊號的值/4)之後取整數，再修正 >255設定為255，<0的值設定為 0，最後再將其值送出給PWM。