1、 1 2 PcDuino-Metas 是祥瑞园小学在 2015 年经过长时间的考察和学习，购置的一套新一代小学生进行科普创造类的教育产品。从一定意义上讲，本设备是结合了创客和机器人教育的一个入门综合体。它既可以实现软件的编程，还可以通过硬件传感器、积木的组装完成可编程控制的作品。PcDuino-Metas 在硬件方面其实结合了很多兼容的链接结构，兼容 Arduino 的外部配件，软件方面自带 scratch 编程软件和 Arduino IDE，同时还可以直接利用 C、Python、Java 等来编程，让学生可以有更多选择。从创客教育的角度来讲，真正体现了创造和创新的思想。祥瑞园小学开设创客机器
2、人教学的普及课程，我在编写此教材的时候也出于学生不同的接受能力和喜爱程度，对教材做了细致化、分层次的课程编写。难易程度、课堂学生参与效果，及作品完成情况，则是通过教学实践中的经验进行整理总结，得到知识点、重难点的汇总。整册课程编写思路一直很清晰，学校开展创客教育就是要突破传统教学的弊端，所以开展创客教育就不能按照传统方式来教授。本校本课程最终的目的是让学生通过创客教育的理念，让学生自己寻找解决问题的方式和方法，学会自己思考，自我探索，最终从被动学习，变成主动学习，并变成一个具有的一定科学素养和科技创新能力的人才。3 第一课：PcDuino-metas 主板接口 5 第二课：PcDuino-me
3、tas 传感器分类 7 第三课：PcDuino-metas 硬件编程 9 第四课：希望之光 第一课时：灯塔的引领；第二课时：SOS 求救信号 11 第五课：开关小夜灯 13 第六课：快乐渔趣 15 第七课：调光台灯 17 第八课：声控灯 19 第九课：双人弹球 21 第十课：自动伸缩门 23 第十一课：温控风车 25 第十二课：小鼓锤 27 第十三课：投篮机 29 第十四课：旋转陀螺 31 第十五课：智能小车（一）搭建 33 第十六课：智能小车（二）键盘控制 38 第十七课：智能小车（三）8 字绕桩 40 第十八课：智能小车（四）巡线 42 第十九课：智能小车（五）避障 45 创客拓展创新制造
4、六项任务 47 4 5 第一课第一课 PcDuinoPcDuino-metasmetas 主板接口主板接口 同学们开始进入 PcDuino-metas 主板的认识吧！本节课的知识点对你以后的学习非常关键的，开动你的大脑、发挥你的想象力，一起来了解主板和不同传感器的用法吧！VCCVCC地线地线 GNDGND信号线信号线 S S5V5V 供电线供电线 6 同学们，通过刚才的了解，你应该对主板的主要接口和功能有所了解，但是想清楚的知道每一个端口的具体功能，可能还需要一点时间来理解。不过没关系，通过我们以后课堂内容的讲解你会慢慢的知道并且会熟练运用的。为了让你能够对主板加深记忆，现在就请完成下面的习题
5、吧！请写出个端口名称。7 第第二二课课 PcDuinoPcDuino-metasmetas 传感器分类传感器分类 8 传感器的分类使用说明传感器的分类使用说明 9 第第三三课课 PcDuinoPcDuino-metasmetas 硬件硬件编程编程 同学们，上节课我们对 PcDuino-metas 的主板及外部可以连接的传感器做了详细的介绍。本节课我们就来了解学习怎么样把传感器通过硬件编程实现它们的功能。在开机页面的 scratch 中除了上学期学过的脚本外，还有一个模块，就是硬件模块。1、设置引脚模式 该脚本可以设置输入、输出模式。选择输入可以外接传感器接收信息；选择输出可以外接蜂鸣器等传感器
6、。在本机主板上有在本机主板上有 5 5 个数字口：个数字口：D2D2、D5D5、D6D6、D7D7、D8D8，分别对应模，分别对应模块引脚中的块引脚中的 2 2、5 5、6 6、7 7、8 8。注意：设置那个引脚为输入或输出模式，对应引脚上连接的传感器才会发挥相应的功能。2、设置引脚电平 设置该脚本的某个引脚值，然后设置为高电平可以让该引脚连接的模块通电，比如 LED 等设置为高就是亮起来，低电平就是灭了。如果是蜂鸣器，设置为高就会响起来，低电平就没有声音了。10 3、判断引脚的高低电平 该脚本是用做选择性判断指令来使用的，用于判断控制指令执行。比如想让 LED 灯亮起来，就是如果判断编程命令
7、中的某引脚为高的时候就会让小灯点亮。4、读取模拟引脚的数值 pcduino-metas 中有 3 个模拟信号可以输出模拟信号。分别是 A2、A3、A4 端口（粉色）。比如光敏传感器连接某个输入端口，我们可以用本模块来显示某个端口的数值，从而在编程中设定一定范围或者某一个数值。当在前面的方框内点击（选中会出现）时，在舞台区的左上角会出现不断变的模拟信号数值，可以根据此数据来设计编程。5、PWM 信号输出 该脚本可以输出 PWM 信号，并可以选择不一样的功率或者频率发出输出信号。在pcduino-metas上有两个 PWM 信号输出口，分别是 D5、D6 端口（紫色）。比如该端口可以控制马达的转速
8、，或者灯的亮度变化。当然，在脚本中也可以设定该端口的打开或者关闭。11 第第四四课课 希望之希望之光光 从本节课开始，同学们就正式进入传感器模块的使用了，本节课我们来用 LED灯模块来实现它的不同的状态，当然需要编程的控制呀。第一课时第一课时 灯塔的引领灯塔的引领 航船穿越波澜壮阔的海洋，漂泊已久的我们乘船即将靠岸，现在急需一盏灯塔指引我们，引领我们返航。现在就通过你的智慧来制作一盏灯塔吧！点亮LED 灯。在工具盒里找到 LED 模块 ，将模块接到 D6 连接口。如图：12 第第二二课时课时 SOSSOS 求救信号求救信号 情景导入：当我们的船舶跟随灯塔的引领，即将靠岸之时，海面突然狂风大作，
9、出现危险情况。此时船长发出命令，迅速发出 SOS 信号进行求救。在此危难之时，请你来迅速的用 LED 模块做出 SOS 求救信号吧！制作思路：首先，我们要了解 SOS 的求救信号的闪动规律；其次，正确的在scratch 的硬件中做出编程，进行控制。这时候我们就需要摩尔斯电码。下图：13 第第五五课课 开关开关小夜灯小夜灯 生活中的开关灯泡我们都习以为常，如果让你来动手制作，你能完成吗？今天这节课我们就来完成用开关控制的小夜灯。首先，你需要找到按键模块 和终端模块。接入 D2 端口。当然也要加入 LED 灯。如图：按照以上步骤连接完成，就需要编程来控制了。我们要实现的是：当按下开关按键时，LED
10、 亮；当松开开关时，LED 灭。14 同学们，通过以上的操作我们已经可以用开关来控制小夜灯了。为了与实际相联系，想实现开关在控制小夜灯的同时让 scratch 的舞台区也出现开灯和熄灯的效果你能实现吗？同学们需要导入一个台灯的角色，自己绘制出两个造型。如图：1 1、开灯效果、开灯效果 2 2、关灯效果、关灯效果 要切记：一、用绘图编辑器做图，要求是一个角色，两个造型；二、在编程时两个模块同时存在，并且按小绿旗开始。15 第第六六课课 快乐渔快乐渔趣趣 现实生活中的钓鱼大家都应该玩过，今天就让我们用开关和蜂鸣器来做一个单人版的钓鱼游戏吧！首先，我们要用到的是开关按钮和蜂鸣器 ，以及终端模块。其次
11、：钓鱼游戏的设计思路是：一个人在岸边钓鱼，鱼在水下自由游动，当鱼触发到鱼钩，蜂鸣器报警，按下开关，把小鱼钓起，放到鱼框里。传感器按照下图所示连接，当然你可以选择其他端口。如图：接下来我们需要：1、绘制一幅舞台场景图；2、导入钓鱼人物（需要两个造型）；3、添加小鱼角色（做完编程可复制）。大家一步一步完成吧！16 17 第第七七课课 调光台灯调光台灯 同学们，在开关控制小夜灯的课程中，我们可以用按钮来开关 LED 灯了。今天我们来学习新的模块，就是滑动变阻器的使用。用滑动变阻器来控制 LED 灯可以使LED 灯的光线慢慢变亮或者变暗，开始来制作吧！首先，我们需要实现滑动变阻器的功能，我们先按照下图
12、做好连接，通过编程来实现控制效果。值得注意的是：同学们连接的 D6 接口是 PWM 信号端口，PWM 信号中的 step的数值只能为整数，所以在建立脚本时，同学们需要利用逻辑运算里的四舍五入的模块加以化整。18 同学们，在硬件脚本里点击改脚本前的小对勾，然后选择 A4 端口，在舞台区的左上角会出现改端口的数值，当然你也可以选择其他端口作为连接。调光台灯编程：为了让我们的作品更加具体，大家用手中的积木搭建一个小台灯吧！老师给你们提供一个样板，大家要通过自己的思考来搭建。19 第第八八课课 声控灯声控灯 经过前几节课的学习，同学们应该都能了解传感器的应用精髓。所以，编程的设置和端口的连接，成为了各
13、种传感器可以利用的关键。今天我们就来学习一种新的传感器声音传感器模块。在现实生活中，我们基本都能见到大家都习以为常的声控灯，而且各种样式的都有，我们现在完成不了声音传感器的制作，但是我们可以利用此模块完成声控灯的制作。下面我们就来动手做一下吧！我们需要的模块有，声音传感器模块和 LED 灯模块。按照输入端口和输出端口的设置，连接两个模块，如图：20 在读取输入端口的电压值时，别忘记可以打对勾查看电压值的。数值的改变会影响编程是否能顺利进行。21 第第九九课课 双人弹球双人弹球 利用我们所学习的知识，做出有趣的游戏，大家应该是最喜欢的内容了。今天我们就利用红外传感器模块来制作一个双人弹球的游戏。
14、游戏设计思路：利用两个红外传感器的感知，分别来控制两个挡板一样的角游戏设计思路：利用两个红外传感器的感知，分别来控制两个挡板一样的角色，当然是需要分颜色的。然后自己建立球的角色，球碰到挡板反弹，如果碰到色，当然是需要分颜色的。然后自己建立球的角色，球碰到挡板反弹，如果碰到身后的球洞，则对方得分。身后的球洞，则对方得分。下面按照我们的思路来设计吧！我们先来画出舞台和角色。然后，我们需要两个红外传感器（我们单独来学习它的用法）。连接 A3、A4 连个输入端口。如图：本编程要注意角色的设置，红黑球门、红黑挡板、球的角色。如图：22 我们设计的游戏规则是防止球碰到球门，碰到对方球门则得分，所以我们的编
15、程最好用不同的变量来进行设置。编程如图：23 第第十十课课 自动伸缩门自动伸缩门 现实生活中我们经常可以见到自动门，距离两三米的距离，有人走来，触发感应开关，门就自己打开了。今天同学们也来做这样的一个模型自动门吧！看看能不能实现现实中的效果。本节课我们用到的传感器是上节课用过的红外距离传感器，还有就是我们需要新学习的马达和驱动模块。首先，我们需要正确的连接马达和马达的驱动模块。24 明白了马达的控制原理，同学们就要开始构思设计伸缩门的积木搭建方式，老师给同学们提供一张实物图纸，你能通过自己的想象完成作品吗？控制的方法是：红外距离传感器电压到达某个值，开启马达，马达正转。等待数秒后，自动关闭。编
16、程如图：25 第第十一十一课课 温控风车温控风车 同学们，让我们来想象一下：炎热的夏天，我们在房间休息，温度刚一升高有一台风扇自动开启，是不是感觉非常惬意。今天我们就一起来学习用温控传感器创造一台感知温度的风车。我们需要的是温度传感器，连接用的杜邦线，和马达。杜邦线和温度传感器的连接是本节课的重点内容，如果线路连接错误会出现高温发热的现象，所以请同学们认真对照连接。马达连接 D5 端口，温控传感器连接 A4 端口。如下图：26 同学们在制作的时候可以先做出简单模型，连接端口，并且做好编程，让温控风车能够正常运行。然后做出完整的风车积木的搭建。风车的搭建我们可以用齿轮做出加速装置，你能实现风车的
17、一级加速装置吗？27 第第十二十二课课 小小鼓锤鼓锤 同学们，前几节课我们学会了马达模块的使用方法，现在我们就利用马达的功能，发挥马达的作用，重点从积木搭建的原理上开发我们的制作。今天和同学们一起创造的是小鼓锤。首先，同学们先来设计一下自己的鼓锤吧。简单范例：关于具体结构的剖析，同学们应该能够自主完成，课本上就不做分解步骤了。下面让小鼓锤动起来，编程很简单，但不同节奏的敲击，就需要你去创意了。28 同学们，积木搭建模型每位同学做的都不同，下面老师再展示几件作品，开阔一下同学们的思路。29 第第十三十三课课 投篮机投篮机 利用积木搭建和马达模块我们可以做出各式各样的制作，今天我们来创造一个可以投
18、球的投篮机，先开动你的大脑思考吧？应该是什么样子的呢？下面老师给你一个简单的参考：30 31 第第十四十四课课 旋转陀螺旋转陀螺 同学们，还记得小时候玩过的陀螺吗？现在的陀螺也有很多了，有带着彩灯的，有手动加速的，还有电动带音乐的。但这些都离不开一个因素，就是旋转的力量。今天就让我们利用马达和积木来做一个电动加速陀螺吧！马达的转速达不到陀螺转速的要求怎么办？就需要我们来设计加速装置：32 33 第第十五十五课课 智能小车（一）搭建智能小车（一）搭建 同学们，掌握和了解了马达等其他传感器的用法，现在你就有能力来做一个智能小车了。今天这节课我们先来学习如何搭建一个小车的模型，你可以开动脑筋自己制作
19、，当然也可以按照老师的图纸来制造。下面就开始动手吧！34 35 36 37 本次连接智能小车的端口为本次连接智能小车的端口为：D6D6 端口端口为马达的通电和断电接口；为马达的通电和断电接口；D D7 7 端口为小端口为小车右轮的正转反转接口；车右轮的正转反转接口；D D8 8 端口为左轮端口为左轮的正转反转接口。的正转反转接口。38 第第十六十六课课 智能小智能小车（二）车（二）键盘控制键盘控制 同学们，上节课我们把智能小车搭建完毕，今天我们就让小车通过键盘的控制动起来吧！今天的编程不需要对小车做任何的加装和改造，只需要我们对马达控制做好编程，你准备好了吗？我们开始吧！首先，我们要再次的认识
20、一下智能小车马达的控制端口：39 了解了马达的运作端口，现在就让我们来尝试编程吧！我们想让小车完成的是当按下上下左右键盘时，小车随即转向并前进。一起来试试吧！同学们，当调整好编程，你就只需要连接上键盘，你的键盘控制小车就成功了！（连接如图）40 第第十七十七课课 智能小车（三）智能小车（三）8 8 字绕字绕桩桩 同学们，如果上节课我们学习的键盘小车还没有让你感觉小车智能的话，那今天我们让小车自己运行起来，不用我们的操作就可以跳舞，你能实现吗？首先，我们要明确让智能小车要怎么样运动？8 字绕桩有几种方式呢？我的应该先有场地图。41 通过场地示意图我们可以发现：第一种绕法应该是小圈，就是让智能小车
21、原地旋转一定角度，基本没有绕桩半径。第二种绕桩方式是让智能小车绕大圈，需要有转向的半径距离；知道了运动路线，我们就可以开始编程了！42 第第十八十八课课 智能小车（四）巡线智能小车（四）巡线 今天的课程我们让小车更加听从我们的指挥，我们让小车按照我们划定的路线走小车智能巡线。首先我们需要在小车上添加两个路径传感器、两 个 信 号 终端模块、两根连接线加以连接，分别连接到 A2、A3 端口 上。（如下图）组装完毕之后，我们还需要了解路径传感器的用法。在这里我们只用到灰度传感器的功能，只需要将左下角的 on/off 开关拨到 on 的位置。43 在调节电位器时，同学们要观察 A2、A3 的电压值，
22、巡线的基础是白色和黑色的区分，需要将小车分别放在白色和黑色区域，一边观察一边调节。巡线场地需要我们自己打印，场地图如下：44 路径传感器在检测到黑色时电压值低，检测到白色时电压值高。用两个路径传感器是否同时为低电压值来判断小车是否走在黑线上。45 第第十九十九课课 智能小车（五）避障智能小车（五）避障 在上节课中小车能够听从我们的指挥在规定的线路上行走了，但是万一小车跑出了轨道撞车了怎么办呢？今天我们就给小车按上眼睛，让它在随意行走时不会撞到自己。这次我们用到的是红外距离传感器模块，你还记得它吗？我们可以把它接到主板的 A4 端口。如何连接到小车呢？请看下图：46 我们想让小车达到的目的是让小
23、车能够在遇到障碍物前能够停下，或者能够转向继续前进，红外距离传感器在检测到前方有物体的时候输出高电平，检测到高电平就停止或者转向就可以了。下面就来试试吧！47 同学们，通过 Pc-Duino 硬件课程的学习，你一定掌握了创造和制造的诀窍了，一般的创客机器人作品都是有软件编程、传感器、积木搭建来完成的，知道了这些，也明白了传感器的用法，再加上你的神奇的想法，你就是一个真正的小小创客了！下面老师又给你们提供了一些想法，赶快想办法完成吧！一、硬件拓展：手机振动铃声一、硬件拓展：手机振动铃声 48 二、硬件拓展：摩天轮二、硬件拓展：摩天轮 三、硬件拓展：海盗船三、硬件拓展：海盗船 49 四四、积木搭建拓展：机械弓箭、积木搭建拓展：机械弓箭 五五、积木搭建拓展：手动加速风车、积木搭建拓展：手动加速风车 50 六六、积木搭建拓展：手动钻、积木搭建拓展：手动钻 51
