讓掌控板和Scratch無縫連接
Scratch是一款由美國麻省理工學院（MIT）設計開發的少兒編程工具。因為其採用了積木式的圖形化編程形式，只要會使用滑鼠，就能編寫出各式各樣的作品，大大降低了編程的門檻。目前很多地區的小學生編程課，大都是基於Scratch進行教學的。一些創客企業也在Scratch的基礎上開發出硬體編程的工具，如mblock、mind+等。
Scratch不僅僅是一款利用積木式工具製作二維動畫的軟體，還是一個學習互動媒體技術的平台。Scratch可結合PicoBoard、樂高WeDo、Arduino、micro:bit等相關硬體，與外部世界進行互動，如讀取感測器值，驅動電機等，從而設計出各種有趣的互動作品。
圖PicoBoard板
PicoBoard是Scratch開發團隊設計的感測器板，通常稱為「Scratch感測器板」，其功能已經內置在Scratch的各個版本中。早在2011年，我就嘗試用Arduino自製了一款PicoBoard，但是因為各種感測器不好固定，外形也不好看，就沒有真正在教學中使用。而最近拿到掌控板的時候，不禁萌發一種想法：能不能把掌控板模擬為PicoBoard，讓掌控板和Scratch無縫連接起來？
一、分析規劃
PicoBoard上有按鍵、光線、聲音、滑桿等感測器，另外還有四個普通的電阻。這些信息可以從Scratch的擴展功能模塊中看出，以Scratch2.0為例，編程模塊的界面如下。
圖 Scratch的PicoBoard功能模塊
掌控板上集成了光線和聲音感測器，同時有A、B兩個按鈕，分別對應了PicoBoard上的按鍵、光線、聲音這三種感測器。而滑桿感測器可以使用六個觸摸按鍵來模擬，這樣就基本上具備了模擬PicoBoard的條件。另外，掌控板的加速度感測器數據，可以用阻力（電阻）A、B、C來輸出，學生就能做出更加有趣的交互作品了。
圖 掌控板的板載資源介紹
考慮到使用習慣，我們將掌控板的按鍵B，模擬為PicoBoard的按鈕。加速度感測器Z軸信息，一般不太容易使用，於是捨棄，留出一個「阻力D」作為擴展介面。確定這些信息後，再對應PicoBoard的協議，分別進行了通道的編號。
二、代碼編寫
Scratch開發團隊定義了PicoBoard的協議。二者採用串口通訊，波特率38400bps。當Scratch發送0x01時，PicoBoard就發送八路的感測器數值。這些信息都是開源的，可以參考sparkfun分享在github的PicoBoard源碼。
sparkfu的PicoBoard開源地址：https://github.com/sparkfun/PicoBoard
其實有很多人基於各種硬體，編寫了模擬PicoBoard的代碼，如ákos Vecsei的Scratchbit，能夠將micro:bit模擬為PicoBoard，用MicroPython編寫。研究這些代碼，很快就能弄明白PicoBoard的通訊機制。
Scratchbit的開源地址：https://github.com/vecsei/Scratchbit
我們採用MicroPython來編寫PicoBoard的代碼，核心代碼如下：
if request[0] == 0x01: #當接收到Scratch發來的0x01位元組
extValue=int(ext.read()/4)
convert(0,extValue)
reading = accelerometer.get_y()*1000 # 加速度的y軸
if reading >= 0:
reading = int(reading / 2) + 512
convert(1, reading)
else:
reading = 512 - abs(int(reading / 2))
convert(1, reading)
reading = accelerometer.get_x()*1000 #加速度的x軸
if reading >= 0:
reading = int(reading / 2) + 512
convert(2, reading)
else:
reading = 512 - abs(int(reading / 2))
convert(2, reading)
if button_b.value()==0: # 按鍵B
convert(3, 0)
else:
convert(3, 1023)
if button_a.value()==0: # 按鍵A
convert(4, 1023)
else:
convert(4, 0)
convert(5, 1023-light.read()) # 光線感測器
convert(6, sound.read()) # 聲音感測器
convert(7, ScanTouchpad()) # 觸摸按鍵
需要說明的是，為了讓交互更加友好，當掌控板和Scratch進行通訊時，板子上的RGB燈將會點亮。限於篇幅，這些並沒有在上述的核心代碼中體現出來。完整的代碼可以在掌控板的GitHub地址的examples中下載。
掌控板的開源地址：https://github.com/labplus-cn/mPython/
三、功能測試
打開mPython軟體，將上述代碼刷入，並設置為默認啟動。
掌握板顯示如下文字，表示啟動成功。
1.在Scratch1.4測試
打開Scratch1.4，在「偵測」中找到PicoBoard的編程模塊，並編寫一個讀取感測器值的程序，並單擊綠旗運行。等待10來秒，當三個RGB燈都亮綠燈時，表示連接成功。這時，就能看到掌控板發來的各種感測器信息了。
2.在Scratch2.0中測試
打開Scratch2.0，在 「更多積木」中添加擴展板PicoBoard。
稍等片刻，軟體界面上出現「PicoBoard」指令模塊，當「PicoBoard」右邊的黃色圖標變成綠色時表示連接成功，同時掌控板上的三個RGB燈為綠色閃爍狀態。
註：直接使用網頁編程（https://Scratch.mit.edu），也可以使用PicoBoard，但要根據安裝Web瀏覽器插件。
四、應用拓展
下面以Scratch 2.0為例，利用「滑桿」來做一個「黃山日出」的效果。
（一）前期準備：
1.下載黃山圖片，並利用圖像編輯工具將圖片中的「山」摳出來。
2.掌控板滑桿數值取值的測試。
掌控板對應的滑桿為6個觸摸按鍵（即p、y、t、h、o、n六個字母），滑桿的初始值約為50.0。按p鍵是0，同時按住py是10，以此類推，剛好把100分為10檔。
（二）製作過程
將掌控板設置為Scratch感測器板模式，並與Scratch成功連接。
角色
黃山圖片為背景，黃山摳圖為角色1，太陽為角色2。
腳本
背景：
因滑桿的初始值約為50，所以將滑桿感測器值進行四捨五入，如果其等於50的話一直等待。當觸摸其他按鍵時，返回值將發生變化，不等於50，進入下面的「重複執行」，然後亮度隨著滑桿感測器值的變化而變化。
角色1（黃山摳圖）：
開始移至最上層，這樣可以擋住太陽，讓日出效果更佳。同樣在滑桿感測器值沒有發生變化時一直等待，然後亮度隨著滑桿感測器值的變化而變化。
角色2（太陽）：
開始先將太陽固定在（-20，-20）的坐標位置。同樣在滑桿感測器值沒有發生變化時一直等待。為了實現太陽斜向上的效果，將X，Y坐標都隨著滑桿感測器值的變化而變化。
這樣當單擊綠旗運行時，我們用手指從掌握板的p鍵劃向n鍵，這時太陽會慢慢從山的後面升起，而且天色也慢慢變亮了。
當掌握板處在PicoBoard模式時是無法讀取文件和刷入程序的。如果想進入讀取文件或刷入程序的編程模式，那得讓掌控板進入REPL模式，具體方法為按下按鍵B不放，然後按下REST鍵，直到OLED顯示屏上顯示「replMode」字樣才鬆開按鍵B。這時，掌控板又可以恢復到自由編程模式了。
從價格上看，市場上通用的Scratch感測器板大約是200左右，而掌控板的價格僅99，還可以隨時恢復到可編程模式，可謂一板多用，價美物廉。相信很快會有更多的教育創客會開發出新的玩法，比如利用掌控板的無線通訊功能，做網路版本的Scratch感測器板，讓更多的孩子愛上Scratch，愛上編程。
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