Scratch硬件傳感器類型綜述

2013年8月舉辦的“第一屆中小學STEAM教育創新論壇”特設了硬件論壇，這次論壇吸引了國內大部分Scratch傳感器板廠商的參與，硬件廠商是促進信息技術教學當中軟硬件結合的重要力量。在這次展示中有兩個亮點：一是教育市場產品和消費類電子市場產品的相互促進，二是廠商更注重課程服務和設備的后續支持。Scratch傳感器板是Scratch語言拓展的一組硬件，基本功能如下。Scratch傳感器板的硬件資源包括：1個光傳感器、1個聲音傳感器、1個滑動桿、1個按鈕、4個自定義傳感器（電阻類）接口；其中按鈕是數字輸入量，只有連通和斷開兩種狀態；其他的接口都是模擬量輸入接口，輸入范圍是0～100，每個接口的分度值為100/1024。Scratch傳感器板的A、B、C、D四個自定義傳感器接口接受常見的電阻類傳感器輸入，包括熱敏電阻、濕敏電阻、彎曲傳感器（電阻型）、光敏電阻等。目前常見的Scratch傳感器板分為六類。

● Scratch標準板

Scratch傳感器板的英文名稱叫Picoboard，如果在Google中搜索圖片，可以看到它的樣子。它是一款開源硬件，任何人都可以按照電路圖生產，但是生產的產品的名字不能叫Picoboard，大概的價格是50美元，折合人民幣300元，其國內代理商為奧松機器人。

由于傳感器板為開源硬件，任何人都可以生產，因此國內出現了教師群體中自制Scratch傳感器板然后小批量銷售的情況。例如，如圖1所示的常州創客空間的傳感板，這種傳感器板立足于區域內的銷售和服務，在線下培訓、區域教研以及價格方面有一定的優勢。同時，許多傳感器板廠商還給傳感器板加上盒子以便于管理（如圖2）。

● 雙層Scratch傳感器板

圖3所示的是雙層Scratch傳感器板，這種板下層是Arduino，上層是Scratch傳感器板的所有傳感器。它的好處是，下層的Arduino板可以直接用來講解另外一門圖形化編程語言ArduBlocks，并且在Scratch的S4A版本當中，有更多的傳感器輸入，增加了兩個電機的輸出，還可以點亮多個LED燈，驅動繼電器控制高壓電路。雙層的Scratch傳感器板比較適合高年級的學生用Scratch標準板入門之后的后續學習。

● 馬達Scratch傳感器板

在Scratch語言中，使用“顯示馬達模塊”功能可以看到Scratch的馬達控制功能。這款馬達控制功能是為樂高的wedo開發的，可以接受兩個傳感器和控制一個馬達，此外Scratch的另外一個版本Enchanting，可以用與Scratch類似的方式對樂高NXT機器人編程。

由于馬達是一種重要的輸出設備，因此有的廠商生產的Labplus傳感器板將wedo的功能和Scratch傳感器板的功能集成在一起，并且兼容樂高的制式，拓展了Scratch傳感器板的應用領域。在輸入方面增加了傳感器的類型，在輸出方面增添了控制LED、蜂鳴器等新功能。圖4是用傳感器板控制一個風扇轉動的速度，使得扇葉上的LED燈形成文字。

● 基于Arduino的S4A板

Scratch有很多個改進的版本，其中支持Arduino的S4A版本就是很重要的一個，通過Arduino可以大大拓展Scratch的輸入和輸出的功能。由于Arduino可以控制高壓電路，所以應用的范圍很廣，如圖5所示，可以用S4A控制電磁水閥，實現草莓的自動灌溉。由于配合Arduino的傳感器的類型很豐富，因此通過S4A非常適合研發中小學的創新項目。

● Scratch無線板

由于Scratch傳感器板通過USB接口供電，因此傳感器必須與計算機直接連接，但是目前有些傳感器板提供無線的版本，上面所述的標準板、雙層板、馬達板和S4A板，都有各自的無線解決方案。無線板需要在Scratch傳感器板上附加一塊電池，需要充電才能工作，使用無線傳感器的人可以帶著傳感器自由的操控，其作品的表現力大大增強，與此同時，如果使用可以控制馬達的傳感器板，還可以制作機器人小車等較為復雜的智能裝置。

● 低成本的感測與控制裝置

為了給Scratch傳感器設置一個比較低的門檻，讓學生更容易過渡到更復雜的感測與控制設備，國際上還提供了一些接近零成本的感測與控制裝置的實施方案。感測方面，使用麥克風可以作為一個低成本的感測裝置，可以偵測聲音響亮和音量值，如果將光敏電阻接入還可以感測光強的變化。使用如圖6所示的電路可以用粘在屏幕上的光敏電阻控制一個馬達。

以上介紹了六種典型的Scratch傳感器板的解決方案，這些方案的提供者基本分成三類：個人背景的愛好者和教師、致力于教育行業的企業、致力于消費類電子市場的企業。這三類群體在Scratch的感測與控制領域的發展都起著重要的作用。目前達成的共識是：①Scratch傳感器板結構并不復雜，功能也比較簡單，因此需要與教師合作開發大量的應用案例來提高其教學價值。②有必要將Scratch傳感器板的應用領域由感測引向控制，并與中小學的科技創新課程和競賽結合起來。③希望Scratch傳感器板能夠作為Scratch教學的一種有益的補充，而學生并不僅僅在學校使用傳感器板，期望慢慢地部分學生能夠成為軟硬件技術的愛好者，將傳感器板買回家，并形成區域內的愛好者圈子，這樣傳感器板就由教育市場走向了消費類電子市場，這才是這一領域的長期愿景。