作者：Ted Lee
圖1
筆者很幸運地在明志國中戴春城校長「以大御小」的科技領導哲學帶領，並和創客達師級的進修部林耀坤主任共同合作下，已產出數件中大型創客教育展示教具。是年在明志服務期間，也多次帶著上課班級到校內展示區實際體驗「把玩科技、創造未來」的沉浸式（emerging）跨領域之科技整合教學（大）。更能將之簡化、濃縮成一個個微型的教學模組（小）—師生們遂能從巨觀走向微觀，更是從具體走向抽象。
本專案發表於 108 年 10 月 18-19 日週五至週六兩日在新莊體育館舉辦的「新北市 108 年資訊科技教育成果展」。
明志國中為新北市國民中學科技領域輔導小組召集學校，亦為新北市程式教育示範學校，本參展作品「酷跑遊台灣」（圖 1 ）乃結合了科技、健體、社會、數學、藝文等跨領域課程之闖關活動。專案由春成校長領銜，協同進修部林耀坤主任、資訊教師范梅英老師與筆者組成的專案小組共同策畫與執行。
本文乃就筆者參與之「機電整合」部份分享相關的技術內容，以供各方先進及同好不吝賜教。
專案說明
1. 闖關者在等候區排隊入場。
2. 一組最多三位玩家，各別在競賽區戴上所屬的 Watch:bit 。
圖2
3. 玩家於限時內需完成快走環島任務。每組個別快走步數和將依序顯示於展示架 的燈條上。
圖3
4. 完成任務後（即環島一週），總成績（步數和轉換成卡路里消耗量）將顯示在排行榜的液晶電視上，並同時更新歷史記錄的前十名。
圖4：闖關活動場地平面圖
結構設計
本專案的結構及美工設計方面是由耀坤主任親自操刀，台灣地圖規畫與大圖輸出、展示架木工製作等等…都來自於他的巧思。
圖5：台灣地圖設計稿
圖6：作品展示架
專案架構
如圖7所示，本專案從 1~3 位玩家手戴 Watch:bit A-C（傳送端）將慢跑的計數經由板載的 2.4G Hz 無線電廣播傳送給中控的 micro:bit R（接收端）累計加總後，顯示於 WS2812B 燈條的 LED 亮燈（顯示端 1）。最後，在比賽限時一分鐘結束後，將各組最終成績結算，並於液晶螢幕上顯示歷史紀錄前十名的排名（顯示端 2）。
圖7：專案架構圖
機電整合硬體
筆者採主從式架構（client/ server architecture）來設計機電整合，展示架的接線線路如圖8 所示。它可分為無線及有線傳輸兩種方式來作為資料的介接：
1. 客戶端（client side）：前端資料以不織布及手工縫紉的錶帶的三塊 Watch:bit 作為客戶端的傳輸載具。這三部 Watch:bit 穿戴在玩家們身上以取得各自的快走步數。
2. 伺服器端（server side）：三家的計步數值全數送往固定在展示架後頭作為伺服器端的 micro:bit R 累計。如所圖9所示，此端點以（3／5V）雙電源共地的方式和 WS2812B 的213 顆套管燈條連接來 [3] 展示玩家環台的進度燈號。此外， micro:bit R 以 USB 傳輸線和筆電相接。一方面除了供電給它之外，也透 過mbed 的序列埠驅動程式（https://reurl.cc/pW8M4e）將由 Watch:bit A-C 以無線電廣播傳來各自的計步和透過有線的序列埠傳輸到筆電上。最後，再將 Excel 的排行榜輸出至液晶電視上顯示。
本專案硬體的材料清單詳列如圖10。
圖8：展示架線路
圖9：伺服器端 micro:bit R 的接線
圖10
機電整合編程
本專案的編程分成 Watch:bit（傳送端）、micro:bit R（接收端）、燈條顯示和 Excel 排行榜四大區塊：
1. Watch:bit A-C ：（https://reurl.cc/QjNW69、https://reurl.cc/rQkZ14、https://reurl.cc/12l0oV）如圖 6 中紅色區塊所標示，三隻手錶上的程式內容皆相同，僅修改對應的代碼即可。JavaScript 和 MakeCode 的程式碼如下列程式和圖11所示。
• 重置（reset）：開始闖關前，選手們都按下A+B按鈕來重置各自的Watch:bit。
• 開始（start）：按下A按鈕後啟動計步器，Watch:bit每動一下便累計行走步數。
• 停止（stop）：當競賽時間到時，三位選手各自按下B按鈕結束計數，並將步數廣播給 micro:bit R。
// 啟動計步器
input.onButtonPressed(Button.A, function () {
basic.showNumber(0)
start = true
})
// 計步
input.onGesture(Gesture.Shake, function () {
if (start) {
no = no + 1
radio.sendValue(“A”, no)
basic.showNumber(no)
}
})
radio.onReceivedValue(function (name, value) {
if (name == “AA”) {
ack = 0
music.playTone(262, music.beat(BeatFraction.Whole))
}
})
// reset
input.onButtonPressed(Button.AB, function () {
ack = 0
no = 0
start = false
basic.showString(“A”)
})
// stop
input.onButtonPressed(Button.B, function () {
ack = 1
start = false
})
let no = 0
let start = false
let ack = 0
radio.setGroup(168)
basic.showString(“A”)
ack = 0
basic.forever(function () {
if (ack) {
radio.sendValue(“SA”, no)
basic.pause(0)
}
})
圖11：伺服器端 micro:bit R 的接線
圖12：Watch:bit A-C 端的 MakeCode 程式
2. micro:bit R ：（https://reurl.cc/44YXdR）如圖13紅色區塊所示，MakeCode 和 JavaScript 如下列程式和圖14所示。
• 重置：按下 A+B 按鈕將 micro:bit R 恢復到初始狀態（initial state）。
• 廣播接收：micro:bit R 接收 Watch:bit A-C 的計步廣播資料 (A/ B/ C, 計步值) 如圖15 所示。
// 歸零
input.onButtonPressed(Button.AB, function () {
basic.showString(“R”)
led_sum = 0
initStrip()
})
radio.onReceivedValue(function (name, value) {
if (name == “SA”) {
a = value
radio.sendValue(“AA”, a)
} else if (name == “SB”) {
b = value
radio.sendValue(“AB”, b)
} else if (name == “SC”) {
c = value
radio.sendValue(“AC”, c)
}
if (name == “RA” || name == “RB” || name == “RC”) {
basic.showString(“R”)
led_sum = 0
initStrip()
} else {
// stop
if (name == “SA”) {
a = value
led_sum = a + (b + c)
sa = 1
radio.sendValue(“AA”, 0)
basic.pause(0)
} else if (name == “SB”) {
b = value
led_sum = a + (b + c)
sb = 1
radio.sendValue(“AB”, 0)
basic.pause(0)
} else if (name == “SC”) {
c = value
led_sum = a + (b + c)
sc = 1
radio.sendValue(“AC”, 0)
basic.pause(0)
}
if (sa && (sb && sc)) {
basic.showLeds(`
. # # # .
# . . # #
# . # . #
# # . . #
. # # # .
`)
basic.showNumber(led_sum)
serial.writeString(“Data,”)
serial.writeNumber(led_sum)
serial.writeLine(“”)
sa = 0
sb = 0
sc = 0
} else {
if (name == “A”) {
a = value
} else if (name == “B”) {
b = value
} else if (name == “C”) {
c = value
}
led_sum = a + (b + c)
basic.showNumber(led_sum)
basic.pause(0)
if (led_sum <= led_no) {
showStrip(led_sum)
}
}
}
})
function showStrip (num: number) {
for (let i = 0; i <= num – 1; i++) {
strip.setPixelColor(i, strip_color)
strip.show()
// 這裡不pause一下下就會出錯，hen鳥…
basic.pause(200)
}
}
function initStrip () {
strip_color = neopixel.colors(NeoPixelColors.Yellow)
a = 0
b = 0
c = 0
sa = 0
sb = 0
sc = 0
strip.clear()
strip.show()
}
let strip_color = 0
let sc = 0
let sb = 0
let sa = 0
let c = 0
let b = 0
let a = 0
let strip: neopixel.Strip = null
let led_no = 0
let led_sum = 0
radio.setGroup(168)
basic.showString(“R”)
led_sum = 0
// start from 0
led_no = 213
// 初始化灯條
strip = neopixel.create(DigitalPin.P1, led_no, NeoPixelMode.RGB)
strip.clear()
strip.show()
initStrip()
圖13：micro:bit R 接收端程式
圖14：micro:bit R 端的 MakeCode 程式
圖15：計步廣播
3. 燈條顯示環島進度：如圖16中紅色區塊所示。
圖16：燈條顯示
4. Excel 歷史記錄排行榜：如圖17中紅色區塊所示，我們参考了這篇 https://reurl.cc/bkeGWl ，下載 PLX-DAQ（Parallax Data Acquisition tool ，https://reurl.cc/6EXLqd）的 Excel 外掛（plugin） [4] 並實測（https://reurl.cc/9O01Da）成功。如圖 14 所示， micro:bit R 透過序列埠傳送玩家們的計步和餵到中繼筆電上，再由以 VBA（Visual Basic Application）寫成的 PLX-DAQ 插件接收後將資料記錄於「分數」欄位。接著排行榜表格使用 rank() 函數排出該欄玩家記錄的前十名。此畫面亦將於展場同步顯示在液晶電視上供玩家查核。
圖17：玩家競技排行榜顯示
圖18：玩家競技排行榜顯示
來賓闖關剪影
現場展示影片
感謝攝影師蔡建民先生的紀錄（https://reurl.cc/WkzavD ），在影片的 2:15~2:16 可到現場體驗的全貌。
照片
圖19
圖20
圖21
圖22
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自主學習情境建置
本專案乃落實春成校長之「以大御小」之科技領導哲思，以中大型教具在校園週遭建置各自主學習角落（learning corner），讓師生們都能從玩教具的過程中去思考科技與教和學的生活關連，徹底實無所不在的（ubiquitous）自主學習精神！
圖23：以大御小科技領導之自主學習角落環境建置
1. 本專案因已過保密年限，並經由明志國中（戴春成校長與林耀坤主任）同意而公開分享「機電整合」之技術內容，以供各方同好參考。
2. 六種授權條款。
3. micro:bit R 串接 KSB034 I/O 擴充板後由筆電供應 3V 電源，燈條由 110V 轉 5V 變壓器供電，兩者間的 GND 彼此相連。另一方面，燈條的資料輸入 DI（Data In） 接到 KSB034 上的 P1 接腳接線。
4. 該外掛要求：序列埠需調整到編號 7 以內。同時，發送端以( Data, 傳送數值)格式和 Excel 工作表（worksheet）對應之。其中，Data 固定對應到圖 18的「分數」欄位。
(責任編輯：王姵文)
