Uvod u micro:bit Tomislav Pandurić Osnovna škola Franje Krežme, Osijek 26. veljače 2017.
Sadržaj Upoznajmo micro:bit... 1 Programiranje micro:bita... 3 Microsoft PXT... 6 Komunikacija s računalom... 14 Prebacivanje podataka na micro:bit... 15 Primjeri programa... 16 Bluetooth komunikacija... 21 Edukacijski materijali... 25 Ova licenca dopušta drugima da remiksiraju, mijenjaju i prerađuju Vaše djelo u nekomercijalne svrhe. Iako njihova nova djela bazirana na Vašem moraju Vas navesti kao autora i biti nekomercijalna, ona pritom ne moraju biti licencirana pod istim uvjetima. Pravni tekst licence Za sve sugestije ili primjedbe kontaktirajte autora: e-mail: tomislav.panduric@skole.hr
Upoznajmo micro:bit Prednja strana: - A i B prekidač (tipka) - LED matrica 5x5 (svakom LED moguće je zasebno upravljati) - U/I konektori (pinovi 0-2) Stražnja strana: - Konektor napajanja - Reset tipka za ponovno pokretanje programa - micro USB konektor za povezivanje s računalom - Procesor (32-bit ARM Cortex CPU 16K 16Mhz) - Senzor za kompas (magnetsko polje) - Senzor kretanja (akcelerometar - x,y i z os) - Mikrokontroler 1
Više informacija o micro:bitu možete pronaći na poveznici: http://microbit.org/hr/hardware/ 2
Programiranje micro:bita Tomislav Pandurić Izradu programa za micro:bit možemo vršiti online (povezani na internet) ili oflline pomoću programa instaliranih na računalu. Programiranje online Online programe možemo podijeliti na dvije glavne skupine: vizualni blok editori i tekstualni editori. Online programe možemo pronaći na slijedećoj poveznici: http://microbit.org/hr/code/ Vizualni blok editori Vizualni blok editori namijenjeni su djeci kako bi ih se lakše uvelo u svijet programiranja. Izrada programa pomoću ovakvih editora slična je slaganju kockica ili puzzle, gdje su kockice (blokovi s naredbama) podijeljeni po kategorijama te se svaka kategorija razlikuje po boji. Uz svaku naredbu moguće je povezati samo određene druge naredbe kako bi se kod složio baš poput kockica te je gotovo nemoguće upotrijebiti krivu naredbu jer se "kockice" (puzzle) neće posložiti. 3
Tekstualni editori Online tekstualni editori se od klasičnih programa (programskih jezika) razlikuju jedino u sučelju. Zahtijevaju ručni unos koda te za njihovo korištenje trebate poznavati programski jezik potreban za pisanje koda. Treba napomenuti da je Microsoft Touch Develop neka vrsta "hibrida" između vizalnog blok editora i tekstualnog editora, te je predviđen za rad na pametnim telefonima ili tabletima jer omogućava korisniku prijenos programa na micro:bit korištenjem Bluetooth tehnologije.također, Microsoftov PXT uvršten je u obje kategorije iz razloga što omogućava izradu programa pomoću blok editora i u programskom jeziku JavaScript. Offline programiranje Offline programiranje vrši se programima instaliranim na računalo. Budući da micro:bit koristi.hex izvedbenu datoteku, potrebno je za određeni programski jezik pronaći konverter koji može prevesti kod u ovu vrstu datoteke. Najelegantnije rješenje trenutno pruža MU editor, koji je predviđen za izradu koda za micro:bit. Programiranje se vrši u micropython-u te se prilikom snimanja datoteke ona snima 4
u.hex formatu umjesto u standarnom Phytonovom.py. Također, prilikom samog pisanja koda, za svaku naredbu otvara se izbornik s ponuđenim predviđenim naredbama (poput Intellisense prozora u Small Basicu). Osim MU editora, program prilagođen za izradu programa za micro:bit je i Visual Studio Code, koji nudi brojne programske jezike za pisanje koda. Također zahtjeva poznavanje nekog od ponuđenih programskih jezika (Phyton, C++,...). 5
Microsoft PXT Microsoft PXT online editor (http://pxt.microbit.org), kao što je ranije spomenuto pripada kategoriji vizualnih blok editora, što ga čini prikladnim za rad s djecom. Istovremeno, može se koristiti i kao tekstualni editor te iskusnijim korisnicima omogućava i pisanje koda u JavaScriptu. Iznimno intuitivan program koji djeca svladaju u kratkom vremenu. Način slaganja koda poput je slaganja puzzle, gdje su naredbe podijeljene u kategorije, te se različite kategorije razlikuju po bojama omogućava brz i efikasan pronalazak željenog bloka s naredbom. Sam program možemo podijeliti na nekoliko dijelova, kako bi olakšali snalaženje novim korisnicima. Prostor za slaganje koda Prostor u kojem slažemo kod, odnosno blokove naredbi služi nam kako bi "složili" željeni program. Osim prostora za slaganje blokova naredbi sadrži i tipke za 6
povećanje i smanjenje prikaza, kao i tipke za poništavanje prethodnog koraka ili "povratak" korak naprijed kako bi poništili posljednji korak povratka. Nakon što pronađemo blok s naredbom koju želimo upotrijebiti, metodom povuci&ispusti (drag&drop) postavljamo ju na željeno mjesto u prostoru za izradu koda, istovremeno ju povezujući s drugim naredbama. Blok s kategorijama naredbi Kategorije naredbi nalaze se u središnjem djelu programa. Svaka kategorija ima svoju boju koju sadrže i blokovi naredbi u toj kategoriji. S desne strane nalazi se klizač kojim se spušta prema dodatnim kategorijama koje nisu odmah vidljive. Dodatne kategorije otvaraju se klikom na grupu Advanced, a moguće je i dodavanje dodatnih kategorija. 7
Odabirom željene kategorije pored svih kategorija (desno) otvara se novi izbornik u kojem odabiremo željenu naredbu. Metodom povuci&ispusti odvučemo ju na željeno mjesto u prostoru za kreiranje koda. Određene kategorije imaju i dodatne naredbe koje nisu odmah vidljive već ih otvaramo odabirom more... ispod naziva odabrane kategorije. 8
Simulator S lijeve strane blok editora nalazi se simulator koji u svakom trenutku simulira, odnosno prikazuje trenutni program koji izrađujemo. Ispod samog simulatora nalaze se gumbi za pokretanje/zaustavljanje trenutnog programa, ponovno pokretanje izvedbe programa (restart), utišavanje zvukova te prikaz simulatora preko cijelog zaslona. Treba pripaziti da neke naredbe simulator ne može prikazati, pogotovo ako u kodu koristite priključke na vanjske elemente ili uređaje ili međusobnu komunikaciju nekoliko uređaja. U donjem lijevom kutu editora nalazi se gumb kojim možemo privremeno sakriti simulator ukoliko nam je potreban veći prostor za izradu koda ili ga ponovno prikazati. 9
Izbor načina kodiranja Kao što smo rekli, PXT omogućava promjenu načina izrade programa od odluke da program izrađujemo u vizualnom editoru ili da pišemo kod u JavaScriptu. Ovaj izbor vršimo odabirom željenog načina pritiskom na jedan od izbornika. Tipke za snimanje gotovog programa Tipke za snimanje gotovog programa nalaze se u donjem lijevom kutu online editora. Također postoji i prostor za dodavanje imena našem programu kako bi ga znali o kojem se programu radi te kako ga pretraživač ne bi snimio pod imenom untitled. Nakon što upišemo naziv programa preuzimanje.hex izvršne datoteke vršimo klikom na gumb Download ili na gumb sa sličicom diskete. Otvaranje projekata i dijeljenje gotovih programa Gotove projekte (programe) snimljene na računalo možemo otvoriti ili podijeliti s drugim korisnicima u bilo kojem trenutku. Odabirom gumba Projects otvara se dodatan izbornik u kojem možemo započeti novi projekt, otvoriti posljednje projekte ili pretražiti računalo za ranije 10
spremljenim programima te ih ponovno otvoriti u online editoru. Ovaj izbor vršimo u kartici My stuff. U kartici Make možemo odabrati željeni projekt, uz kojeg nakon pokretnja sami izrađujemo kod prateći upute koje se prikazuju pored prostora za izradu programa. U kartici Code postoje gotovi programi koje nakon otvaranja možemo preuzeti na računalo te pokrenuti na našem micro:bitu. Dijeljenje naših programa vršimo odabirom gumba Share dok je u editoru otvoren naš kod. Otvara nam se novi dijalog u kojem odabiremo kako želimo podijeliti program. Prije same podijele potrebno je kliknuti na gumb Publish project. Nakon ovog koraka biramo način na koji želimo podijeliti naš projekt. Ukoliko želimo podijeliti sam program potrebno je kopirati poveznicu na kojoj će se spremiti (primjer na slici: http://pxt.microbit.org/01327-73121-76200-02825) i proslijediti ju osobama s kojima dijelimo program. Također, naš program možemo ugraditi (Embed) na web stranicu unošenjem HTML koda. Ovdje imamo izbor želimo li da se na web stranicu ugradi slika (screenshoot), animacija (simulator) ili samo kod našeg programa. 11
Postavke i poveznice Gumbi za postavke i poveznice nalaze se u gornjem desnom kutu našeg editora pokraj loga Microsofta. Klik na sličicu s upitnikom otvara se padajući izbornik u kojem možemo pronaći Microsoftovu podršku za PXT editor, razne projekte i poveznice na vanjske sadržaje s micro:bit projektima i slično. Također možemo pronaći kratke upute (tutorijale) za izradu programa pomoću blok editora ili JavaScripta te osnovne informacije o hardwareu samog micro:bita. 12
U postavkama možemo prilagoditi same postavke samog projekta ili pogledati uvjete korištenja PXT editora... 13
Komunikacija s računalom Tomislav Pandurić Komunikacija micro:bita s računalom odvija se pomoću USB konekcije (USB porta). Povezivanje uređaja i računala vrši se pomoću kabla, gdje sa sa strane računala standardni USB priključak dok micro:bit sadrži micro USB ulaz. Nakon povezivanja računalo prepoznaje micro:bit kao vanjsku memoriju, isto kao da smo priključili USB memorijski štapić, SD karticu ili neku drugu vanjsku memoriju. Komunikacija micro:bita s računalom moguća je i preko bluetooth veze (ukoliko je vaše računalo ima), ali se ova vrsta komunikacije između uređaja koristi za prijenost podataka između dva ili više micro:bita te za povezivanje s pametnim telefonom ili tabletom (Android ili ios). O bluetooth komunikaciji govorit ćemo u zasebnom poglavlju. 14
Prebacivanje podataka na micro:bit Budući da računalo micro:bit prepoznaje kao vanjsku memoriju, prebacivanje programa je iznimno jednostavno. Kada na računalo preuzmemo napravljen program (izvršnu datoteku.hex) te spojimo micro:bit USB kablom s računalom, program prebacujemo kopirajući s računala na sam uređaj. Za ovaj postupak možemo koristiti metodu kopiraj i zalijepi (copy-paste) ili povuci i ispusti (drag&drop). Također moguće je na izvršnoj datoteci desnim klikom otvoriti dodatni izbornik te poslati (pošalji/send to) program na sam micro:bit, kao da je riječ o bilo kojoj datoteci koju prebacujemo na neko drugo mjesto. 15
Primjeri programa U ovom djelu prikazat ćemo nekoliko jednostavnih programa kako bi se upoznali s radom na micro:bitu. Svaki primjer prikazat će različit način pokretanja izvedbe samog programa na micro:bitu.dodatne primjere programa možete pronaći na poveznicama navedenim pod edukacijskim materijalima. Smile face :) U ovom programu cilj je navesti mikro:bit da pretvori izraz "lica" u nasmješeno lice. Za dobivanje smiješka koristimo LED na prednjoj stani micro:bita. Ovaj program pokrenut će se odmah nakon prebacivanja programa na uređaj jer za pokretanje koristimo naredbu on start. Kada se program izvede do kraja, ostat će dok ga ponovno ne pokrenemo tipkom za ponovno pokretanje ili isključivanjem i ponovnim uključivanjem micro:bita. 16
Naredbu pause (ms) koristimo kako bi odredili koliko dugo želimo zadržati određeni oblik (uključene LED-ice). Budući da se kod izvršava slijedno, odnosi se na blok naredbe iznad pauze. Video: https://www.youtube.com/watch?v=pykpnvpyido Korištenje gumba Ovaj primjer pokazuje drugi način pokretanja izvedbe programa korištenjem tipki (gumba) na samom micro:bitu. Također ovdje je moguće vidjeti i jednu od prednosti micro:bita, a to je korištenje podprograma. Za razliku od nekih drugih sličnih uređaja, micro:bit omogućava da u samom programu koristimo manje podprograme koji će se pokrenuti tek u trenutku kada je zadani uvjet za pokretanje ispunjen. Tako ćemo u ovom programu napraviti tri manja dijela (podprograma) koji će svaki pokrenuti različite dijelove koda. Nakon prebacivanja programa na micro:bit, uređaj će čekati koji gumb ćemo stisnuti kako bi znao koje "lice" nacrtati. Kada odaberemo i pritisnemo određenu tipku (ili obje A+B) na LED matrici pokazuje se određeno lice, koje će se na njemu zadržati sve dok ne pritisnemo neku drugu tipku. 17
Termometar U ovom primjeru vidjet ćemo primjenu jednog od senzora koji dolaze sa micro:bitom. Cilj je napravit program koji će mjeriti temperaturu i prikazati ju pomoću LED matrice. Kako se temperatura mijenja, cilj je da micro:bit neprestano mjeri te pokazuje trenutnu vrijednost. Kako bi to ostvarili koristiti ćemo beskonačnu petlju forever te će program svaki put kada završi posljednju naredbu u slijedu započeti izvršavanje od početka naredbenih blokova. U kodu smo podesili program da prikazuje broj koji dobiva korištenjem senzora temperature. Nakon prikaza posljednja znamenka zadržat će se pola sekunde prikazana na LED matrici. Nakon toga prikazuje se simbol koji prikazuje da je temperatura u stupnjevima celzijusa i zadržava se 1,5 s na LED matrici. Na kraju je postavljen blok naredbe za prikaz stringa (teksta) gdje je prazno polje kako se nakon prikaza simbola za stupnjeve ne bi istog trena prikazala vrijednost temperature. Isto tako ovaj blok mogli smo zamijeniti blokom clear screen te postaviti pauzu nakon koliko da program krene izvršavanje od početka. 18
Bacanje kockice Program koji simulira bacanje kockice te za svako "bacanje" daje slučajnu vrijednost od 1 do 6. Bacanje kockice simulirat ćemo trešnjom micro:bita. Kako bi to napravili koristiti ćemo naredbu shake koja će pokrenuti izvedbu programa svaki put kada ugrađeni akcelerometar registrira naglu promjenu smjera (trešnju micro:bita). Dakle i ovdje koristimo senzor, ali umjesto vršenja mjerenja pomoću njega koristimo ga za pokretanje izvedbe programa. Također u ovom programu stvorit ćemo i nove varijable u kategoriji naredbi Variables. Svaki put kada protresemo micro:bit, na LED matrici ispisat će nam se dobiveni slučajan broj. Kao što vidimo blok naredbe pick random daje slučajan broj koji kreće od nule. Kako kockica nema broj nula, želimo izbjeći nepotrebno "bacanje" te trebamo prilagoditi program da nam ne prikazuje broj 0 kada ga izvuče. Ovo možemo napraviti na nekoliko načina. Prvi je jednostavan i dodaje uvjet ako je izvučen broj nula da nam odredi novi slučajan broj te ga ispiše. 19
U ovoj verziji program odredi slučajan broj, provjeri je li on jednak nuli, ako je odredi novi, te ispiše broj. I ovdje postoji mogućnost da se ispiše nula, ali samo ako se prvi put izvuče nula te nakon provjere opet dodjeli nova vrijednost nula nakon koje nema više provjere (nisam još susreo ovakav slučaj iako je teoretski moguće - postoji mogućnost ispravka i ovog slučaja). Drugo rješenje je da nakon što dobijemo slučajan broj, dodamo mu jedan te ispišemo tu vrijednost. Ovdje treba pripaziti da odabir slučajnog broja u tom slučaju ide od 0 do 5. U ovom slučaju možemo dobiti samo brojeve koji se nalaze na kockici. Ukoliko želimo da se broj ne prikazuje stalno do sljedećeg bacanja, u oba slučaja ovog primjera nakon ispisa broja pomoću pauze odaberemo koliko dugo da traje prikaz te nakon toga očistimo zaslon (clear screen). 20
Bluetooth komunikacija Tomislav Pandurić Micro:bit dolazi s bluetooth modulom te je time omogućena komunikacija s drugim uređajima preko bluetooth veze. Bluetooth veza može se koristiti za povezivanje micro:bita sa računalom, pametnim telefonom, tabletom ili drugim micro:bitom. Bluetooth veza s pametnim telefonom ili tabletom Za korištenje bluetooth veze s pametnim telefonom ili tabletom potrebno je instalirati aplikaciju za android ili ios. Zatim je potrebno upariti micro:bit sa uređajem te možemo započeti s radom. Kako upariti micro:bit s android platformom pogledajte u videu: https://www.youtube.com/watch?v=l54sp2dziba 21
Bluetooth veza između micro:bitova Tomislav Pandurić Bluetooth veza može se koristiti i za međusobnu komunikaciju, odnosno slanje podataka među dva ili više micro:bita. Korištenje ovog načina prijenosa podataka iznimno je jednostavno. Jedan micro:bit šalje podatak, a drugi ga prima (primaju). Pri ovome važno je napomenuti da je potrebno postaviti radio grupu kako bi uređaji prepoznali s kim komuniciraju. Ovo je posebno važno ako postoji više micro:bitova koji trebaju komunicirati, ali ne svi međusobno zajedno. Micro:bitovi koji trebaju međusobno komunicirati moraju biti postavljeni u istu grupa, a najbolje rješenje je postaviti grupu u kodu odmah na početku izvođenja (on start) ili da se neprestano ponavlja postavljanje (petlja forever). Radio grupu u kojoj će uređaji međusobno komunicirati postavljamo u izboru kategorije Radio. Ovo je potrebno postaviti u kod za svaki micro:bit koji će koristiti bluetooth vezu. 22
Postavljanje različitih grupa omogućuje rad na više projekata koji koriste bluetooth komunikaciju bez mogućnosti međusobne interferencije i ometanja uređaja koji ne pripadaju određenoj grupi. Primjer povezivanja dva micro:bita Ovaj primjer pokazat će nam komunikaciju dva uređaja. Na pritisak tipke A prvi će micro:bit poslati paket podataka drugom. Kada drugi micro:bit primi paket, ispisat će poruku (string) Primljeno te potvrditi simbolom kvačice na LED matrici da je primio paket. Istu stvar će napraviti i prvi micro:bit kada mu drugi pošalje paket podataka pritiskom na njegovu tipku A. Poruka će se obrisati nakon 100ms, te će micro:bit čekati novi pritisak tipke A za novi paket podataka. Oba micro:bita postavljena su u istu radijsku grupu da prepoznaju poruku samo u toj grupi. Prvi micro:bit Prilikom izrade programa važno je pripaziti koji broj se šalje (paket podataka), a koji prima na svakom micro:bitu. Ovaj primjer je postavljen tako da prvi micro:bit 23
pritiskom na tipku A u paketu šalje broj 0, a reagira tek kada od drugog micro:bita primi paket podataka s brojem 1. Važno je pažljivo postaviti što se prima, a što šalje u međusobnoj komunikaciji. Umjesto broja, paket podataka može biti i string, odnosno tekst. Drugi micro:bit Kao što je vidljivo drugi micro:bit očekuje paket podataka s brojem nula kako bi izvršio ispis potvrde primitka paketa, a šalje paket podataka s brojem 1. 24
Edukacijski materijali Poveznice na kojima možete pronaći edukacijske materijale: http://izradi.croatianmakers.hr/bbc-microbit/ http://faraday.theiet.org/stem-activity-days/bbc-microbit/resources/index.cfm http://microbit.org/index/ http://www.rareschool.com/workshops/ 25