谢作如 李敦勇 唐柳峰

Scratch是一款由美国麻省理工学院（MIT）设计开发的少儿编程工具。因为其采用了积木式的图形化编程形式，只要会使用鼠标，就能编写出各式各样的作品，大大降低了编程的门槛。目前很多地区的小学生编程课，大都是基于Scratch进行教学的。Scratch不仅是一款利用积木式工具制作二维动画的软件，还是一个学习互动媒体技术的平台。Scratch可结合PicoBoard、乐高WeDo、Arduino、micro：bit等相关硬件，与外部世界进行互动，如读取传感器值，驱动电机等，从而设计出各种有趣的互动作品。

PicoBoard是Scratch开发团队设计的传感器板，通常称为“Scratch传感器板”，其功能已经内置在Scratch的各个版本中。早在2011年，笔者就尝试用Arduino自制了一款PicoBoard，但因为各种传感器不好固定，外形也不看，就没有真正在教学中使用。最近，笔者在拿到掌控板的时候，不禁萌发一种想法：能不能把掌控板模拟为PicoBoard，让掌控板和Scratch无缝连接起来呢？

分析规划

PicoBoard上有按键、光线、声音、滑杆等传感器，另外还有四个普通的电阻。这些信息可以从Scratch的扩展功能模块中看出，以Scratch2.0为例，编程模块的界面如图1所示。

掌控板上集成了光线和声音传感器，同时有A、B两个按钮，分别对应了PicoBoard上的按键、光线、声音这三种传感器（如图2）。而滑杆传感器可以使用六个触摸按键来模拟，这样就基本上具备了模拟PicoBoard的条件。另外，掌控板的加速度传感器数据，可以用阻力（电阻）A、B、C来输出，这样学生就能做出更加有趣的交互作品了。

考虑到使用习惯，笔者将掌控板的按键B，模拟为PicoBoard的按钮。加速度传感器Z轴信息，一般不太容易使用，于是舍弃，留出一个“阻力D”作为扩展接口。确定这些信息后，再对应PicoBoard的协议，分别进行了通道的编号（如下页表1）。

代码编写

Scratch开发团队定义了PicoBoard的协议。二者采用串口通信，波特率38400bps。当Scratch发送0x01时，PicoBoard就发送八路的传感器数值。这些信息都是开源的，可以参考sparkfun分享在github的PicoBoard源码（开源地址：https：//github.com/sparkfun/PicoBoard）。

其实有很多人基于各种硬件，编写了模拟PicoBoard的代码，如kos Vecsei的Scratchbit，能够将micro：bit模拟为PicoBoard，用MicroPython编写。研究这些代码，很快就能弄明白PicoBoard的通信机制。（Scratchbit的开源地址：https：//github.com/vecsei/Scratchbit）

我们采用MicroPython来编写PicoBoard的代码，核心代码如表2所示。

需要说明的是，为了让交互更加友好，当掌控板和Scratch进行通信时，板子上的RGB灯将会点亮。限于篇幅，这些没有在上述的核心代码中体现出来。完整的代码可以在掌控板的GitHub地址的examples中下载。（掌控板的开源地址：https：//github.com/labplus-cn/mPython/）

功能测试

打开mPython软件，将上述代码刷入，并设置为默认启动。掌控板显示如图3所示的文字，表示启动成功。

1.在Scratch1.4测试

打开Scratch1.4，在“侦测”中找到PicoBoard的编程模块，编写一个读取传感器值的程序，并单击绿旗运行。等待10秒左右，当三个RGB灯都亮绿灯时，表示连接成功。这时，就能看到掌控板发来的各种传感器信息了。

2.在Scratch2.0中测试

打开Scratch2.0，在 “更多积木”中添加扩展板PicoBoard。稍等片刻，软件界面上出现“PicoBoard”指令模块，当“PicoBoard”右边的黄色图标变成绿色时表示连接成功，同时掌控板上的三个RGB灯为绿色闪烁状态[注：可直接使用网页编程（https：//Scratch.mit.edu），也可以使用PicoBoard，但要安装Web浏览器插件]。

应用拓展

下面以Scratch2.0为例，利用“滑杆”来做一个“黄山日出”的效果。

1.前期准备

（1）下载黄山图片，并利用图像编辑工具将图片中的“山”抠出来。

（2）掌控板滑杆数值取值的测试。

掌控板对应的滑杆为6个触摸按键（p、y、t、h、o、n六个字母），滑杆的初始值约为50.0。按p键是0，同时按住py是10，以此类推，刚好把100分为10档（如表3）。

2.制作过程

（1）硬件连接。将掌控板设置为Scratch传感器板模式，并与Scratch成功连接。

（2）角色。将黄山图片设为背景，黄山抠图为角色1，太阳为角色2。

（3）脚本。

背景：因滑杆的初始值约为50，所以将滑杆传感器值进行四舍五入，如果其等于50的话一直等待。当触摸其他按键时，返回值将发生变化，不等于50，进入下面的“重复执行”，然后亮度随着滑杆传感器值的变化而变化（如图4）。

角色1（黄山抠图）：开始移至最上层，这样可以挡住太阳，让日出效果更佳。同样在滑杆传感器值没有发生变化时一直等待，然后亮度随着滑杆传感器值的变化而变化（如图5）。

角色2（太阳）：开始先将太阳固定在（-20，-20）的坐标位置，同样在滑杆传感器值没有发生变化时一直等待。为了实现太阳斜向上的效果，将X、Y坐标都随滑杆传感器值的变化而变化（如图6）。这样当单击绿旗运行时，用手指从掌控板的p键划向n键，这时太阳会慢慢从山的后面升起，天色也慢慢变亮。

当掌控板处在PicoBoard模式时是无法读取文件和刷入程序的。如果想进入读取文件或刷入程序的编程模式，得让掌控板进入REPL模式，具體方法为按下按键B不放，然后按下REST键，直到OLED显示屏上显示“replMode”字样才松开按键B。这时，掌控板又可以恢复到自由编程模式了。

掌控板的价格比市场上通用的Scratch传感器板便宜不少，还可以随时恢复到可编程模式，可谓一板多用，价美物廉。相信很快会有更多的教育创客开发出新的玩法，如利用掌控板的无线通信功能，做网络版本的Scratch传感器板等，从而让更多的孩子爱上Scratch，爱上编程。