寓教於樂的Arduino:MaKey MaKey, Arduino Leonardo以及Arduino Esplora控制板

Arduino是一款Open Source控制板(對岸翻譯成「開源硬件」),所有與此控制板相關的電路圖、印刷電路板(PCB)佈線圖、零件規格和軟體都是開放的。任何人和廠商都能依樣製作和生產Arduino相容板。

不過,Arduino保留使用"Arduino"名稱的權利,廠商若要在他們生產的相容控制板上印上"Arduino"的標誌,都必須支付權利金。因此,許多Arduino相容板的名稱都以"-duino"或"-ino"結尾,像"Boarduino"或是"Japanino"(這片板子和第27期的大人的科學雜誌搭售)。

很多Arduino相容板的外型及功能和原廠一致,沒有獨創的元素。

MaKey MaKey:給小小發明家的微電腦互動設計創作板

但去年有一款名叫"MaKey MaKey"的控制板,於2012年6月12日,成功地在KickStarters募集到超過56萬美金。MaKey MaKey是一個可以讓你自由創作的外接電腦鍵盤,但本質上就是一個預先包含「按鍵控制」程式、外觀像遊戲控制器的客製Arduino Leonardo板。

MaKey MaKey控制板
(圖片取自MaKeyMaKey.com)

使用者(尤其是小朋友)拿到板子之後,用鱷魚夾和其他導電素材,像是鉛筆、香蕉、通心粉或粘土,搭配小朋友自己創作的Scratch程式(當然,也可用於其他軟體),即可組成別具一格的多媒體應用裝置。

MaKey MaKey的開發者Jay Silver和Eric Rosenbaum大有來頭,他們不但是DrawdioSinging Fingers開發者,也是麻省理工學院(MIT)研發Scratch程式語言的終身幼兒園團隊(Lifelong Kindergarten)的成員。MaKey MaKey也是他們在MIT媒體研究室(Media Lab)的研究成果。

MaKey Makey不僅名字沒有"-ino"結尾,也不主打"Arduino"相容,但是它的定位鮮明,從底下的介紹影片可以看到,平凡的電腦鍵盤、電玩控制器也能玩出大創意。

具備USB控制器的Arduino Leonardo板簡介

Arduino Leonardo(李奧納多)是Arduino官方於2012年五月發表的控制板,不像前幾代的板子採用ATmega328微處理器,需要透過板子上的另一個USB轉TTL序列通訊晶片,才能與電腦相連。Leonardo採用內建USB介面Atmega32u4微處理器,不僅可直接和電腦相連,更能透過軟體模擬外接鍵盤和滑鼠功能。

Arduino Leonardo板

此外,它也增加了類比輸入和PWM(模擬類比輸出)腳位的數量。例如,前一代的Arduino UNO控制板包含底下數位和類比接腳:

  • 數位輸出∕入腳:20個(其中6個具備PWM輸出功能)
  • 類比輸入腳:6個(A0~A5)

Arduino控制板上的數位輸出∕入腳,標示為0~13(共14腳),但是類比輸入腳A0~A5也具備數位輸出∕入功能,所以數位輸出∕入總共有20腳,以下統計方式與此相同。

Arduino Leonardo控制板則是:

  • 數位輸出∕入腳:20個(其中7個具備PWM輸出功能,新增的PWM位於數位13腳)
  • 類比輸入腳:12個

其中的類比腳位,除原有的A0~A5之外,還有A6 – A11腳,分別位於數位4, 6, 8, 9, 10和12。

Arduino Leonardo其他主要技術規格如下:

  • 微處理器:ATmega32u4, 16MHz
  • 操作電壓:5V
  • Flash(快閃)記憶體:32KB,bootloader(開機啟動程式)已佔用了其中4KB。
  • SRAM(主記憶體):2.5KB
  • EEPROM:1KB
  • 輸出∕輸入接腳最大允許電流(5V):40mA
  • 輸出∕輸入接腳最大允許電流(3.3V):50mA

這是Arduino的發明者之一Massimo Banzi先生,介紹Arduino Leonardo控制板的影片:

若要開發Arduino Leonardo程式,請至少使用Arduino 1.0.1版本,其中包含新增的滑鼠與鍵盤程式庫

MaKey MaKey進化版:Arduino Esplora

不知是否受到MaKey MaKey的啟發,Arduino官方也在2012年12月10日發表「遊戲控制器(電玩搖桿)」形式的Arduino Esplora(義大利文的「探索」之意)。

Arduino Esplora控制板
(圖片取自arduino.cc)

Arduino Esplora控制版採用和Arduino Leonardo相同的Atmega32u4微處理器,板子上內建三軸加速感測器、類比搖桿、線性電位計(可變電阻)、還有麥克風、蜂鳴器甚至彩色TFT顯示器的連接端子。它出貨時已經預先燒錄遊戲控制器的程式碼,所以使用者拿到它插上電腦USB埠就能直接使用。

伴隨著Arduino Esplora控制版,Arduino的程式開發工具更新到1.0.3版,內含這塊控制板的EsploraLibrary程式庫

Esplora控制板並不具備Arduino的相容介面卡(Shield)插槽,所以比較適合想要學習Arduino,但不太想動手組裝電子元件的使用者或者孩童。話說回來,誰規定一定用「相容」介面卡呢?會走動的搖桿不也挺酷的嗎?

搖桿改裝的SuckerBot機器人
(圖片取自tomtilley.net)

上圖是由非洲機器人網絡(African Robotics Network, AFRON)主辦的「美金10元機器人大賽」的得獎作品"SuckerBot"。SuckerBot並未使用微電腦,在它的專案說明網頁可以看到完整的電路和組裝說明。

附帶一提,LilyPad Arduino(如下圖)以及Arduino Mini等板子,也不具備典型的Arduino相容擴充介面槽,LilyPad是為了創作「可穿戴式(wearable)」互動設計而生,適合被縫製在布料或皮件上。

LilyPad Arduino控制器
(圖片取自arduino.cc)

Arduino版本的Doodle Jump(塗鴉跳躍)遊戲

"Mike Barela"替Arduino Esplora控制版加上1.8吋的彩色TFT螢幕,並移植另一個"R0D0T"玩家自製的遊戲(參閱以下視訊),組成Arduino掌上型遊戲機。相關的說明和Arduino程式原始碼,請參閱Mike Barela的部落格

如果想在Arduino上創作「專業級」的電玩遊戲,可以選購"Gameduino"這一款跟遊戲相關的Arduino相容介面卡。它具有一個16位元的輔助處理器、VGA視訊輸出、立體聲輸出和GD程式庫(用於圖像處理),Gameduino官方網站上有提供Frogger(青蛙過街)遊戲製作教學,以及其他遊戲、圖像與音效的範例程式。

Gameduino控制板
(圖片取自excamera.com)

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