STEM教育 · 掌控板投篮机项目教程

项目一投篮机

你最喜欢玩的游戏是什么？

相信每个人都有自己的答案，不管是小时候和大人去赶集玩过的套环、飞镖射气球，还是学生时代的篮球、足球，又或者是现在风靡的各类电子游戏、电玩城游戏。在玩游戏的时候，时间总是过得那么快，又那么快乐。

你有没有想过：你为什么会觉得这个游戏好玩？如果让你设计一款游戏，你要如何让它变得好玩呢？

其实游戏设计的秘诀主要有两点：
1、简单的反馈机制：玩家行为可以快速获得反馈。
2、成就感：设定目标，玩家在达成目标时会获得成就感、满足感。

比如扔沙包游戏，扔中敌方就是进攻成功，接到敌方的沙包就是防守成功，这就是最简单的反馈；躲过敌方的沙包攻击或者用沙包打中敌方，都会获得成功的快乐，这就是成就感。

从这两点出发，思考一下你喜欢玩的游戏在这两个特征上是不是有特别的优势呢？尝试将它总结出来。

在这个项目中，我们将从上面两点秘诀去理解游戏设计，并设计一款好玩的投篮机。

头脑风暴：如何构建一台好玩的投篮机？

问题清单
1、投篮机是怎么玩的？
2、投篮机好玩的点在哪里？尝试从反馈机制和成就感两个方向各举例说明。
3、关于投篮机，你还有更好玩的想法吗？
4、你的想法具备可实现性吗？需要哪些传感器或执行器？
5、你的投篮机有怎样的外观？

核心知识点

一、掌控扩展板

掌控扩展板完全兼容掌控板和microbit主板。

使用方法:

功能介绍:

10路3Pin IO口、两路IIC口（可外接颜色传感器等）、一路UART口（可外接MP3模块等）；
分别兼容掌控板金手指和microbit金手指；
板载两路电机接口，且不占用额外引脚；
板载PH2.0及microUSB两种供电口，既可以通过usb线供电，也可以通过电池盒或者锂电池，供电电压3.5-5V，板载电源开关，可以打开或关闭供电电源；
板载一个带有开关的高品质蜂鸣器，使用掌控板的时候，不支持扩展板蜂鸣器，请将蜂鸣器关闭，此时可正常使用P0口。；
兼容乐高孔径，可以与乐高积木拼插结合。

供电方式:

主板直接供电：使用主板USB供电。此时，可以使用扩展板的各种扩展口及蜂鸣器。因主板驱动电流有限，无法使用电机驱动。

扩展板USB供电口供电：使用电脑USB口或充电宝、手机充电头供电。此时，扩展板的所有功能均可使用。

扩展板外接电池盒：使用PH2.0接口的3节干电池盒或3.7V锂电池供电，输入电压为3.5~5V。此时，扩展板的所有功能均可使用。

引脚说明:

二、超声波传感器

什么是超声波？（结合物理学科）

物理课堂上讲过声音是由物体振动产生的。比如说话时声带会动，打鼓时鼓面在振动。发声物体在一秒钟之内振动的次数叫做声音的频率，单位是赫兹（Hz）。

声音作为一种波，人耳可以听到频率为20HZ-20KHZ，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。

超声波的折射与反射:

超声波可以在气体、液体及固体中传播，传播速度依次加快。超声波有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。

超声波优点:

￭频率高、波长短、绕射现象小；
￭方向性好、能够定向传播；
￭碰到杂质或分界面会产生显著反射、形成反射波的特点。

超声波传感器

利用超声波的优点，可做成各种超声传感器，在通迅、医疗、家电等领域得到广泛应用。
超声波传感器一般由发送传感器(或称波发送器)、接收传感器(或称波接收器)、控制部分与电源部分组成，有的超声波传感器既作发送、也能作接收。
超声波测距工作原理：发射器发出的超声波，遇到障碍物发生反射，接收器接收到反射波，从而使传感器检测到障碍物。

Urm10超声波

在掌控板入门套件中，我们使用了Urm10超声波，探测距离为5cm-300cm。

通过此模块，可以获得在探测范围内的确切的障碍物的距离。

引脚定义:
+5V：电源引脚

GND：接地

ECHO：接收引脚
TRIG: 发送引脚

思考一下：利用超声波可以实现投篮机的什么功能呢？

规划方案

功能分解:

构思外观:

问题记录:

在后面项目实现过程中，可能会遇到各种各样的困难，尝试在下表中记录你遇到的问题和解决办法，便于以后出现类似问题时能更好的面对。

功能实现

功能1：超声波判断篮球是否投中

连线说明：扩展板上的10路IO口分为黑、红、绿3种颜色，功能如下表。

* 所有GND引脚或电源引脚可互相通用，信号引脚与标注的IO号一一对应。

超声波连线图：TRIG→P1、ECHO→P2、+5V→电源引脚、GND→GND引脚

* 这里要将掌控板插入扩展板中（带有OLED屏的一面，朝向扩展板上掌控图标），为了便于看清连线，在图中画未出掌控板。后面连线图都默认连接掌控板，不再重复说明。

Mind+软件设置

1、打开Mind+软件（1.5.5及以上版本），选择“上传模式”。

2、打开“扩展”，在“主控板”下选择“掌控板”。

3、再次打开“扩展”，在“扩展板”下选择“掌控扩展板”。如果没有用到电机，这里可以不选择扩展板，用到电机的项目再选择即可。

* 每次编程时都要先完成以上软件设置，后面项目不再重复。

测试程序：串口读取超声波距离
* 编程前先要点击Mind+中“扩展"，在“传感器”下选择“超声波测距传感器”。

功能程序：超声波每次检测到障碍物，算作进球一次，将得分实时显示在屏幕上

功能2：按下按钮，开始或结束游戏

这里以按钮为例，作为游戏开关。
连线图：按钮→P8

按钮作为数字传感器，按下为1、松开为0，将按钮作为游戏开关时，需每按下一次按钮就切换游戏开始或结束的状态。如何实现呢？

根据掌控板裸板课程项目五心情灯的学习，我们知道只需要在编程时加入一个变量记录按钮按下的次数即可，按下次数为奇数表示游戏开始，为偶数表示游戏结束。对奇数和偶数的判断可以通过将该数除以2求取余数的办法，余数为1则为奇数，余数为0则为偶数。

流程图分析：

功能程序：

构造外观

示例图：

更多创意

通过上面两个案例，只是实现投篮机的基本功能，如果你有更多的创意，赶紧动手尝试吧！
在前面提到的“倒计时闯关功能，在规定时间内，投中数量要达到最低要求，才能继续游戏”也是一个不错的想法，实现程序可以参考掌控板裸板课程项目十二电子秒表，通过获得系统时间进行倒计时判断。

评价与反思

与人分享快乐，能产生更多快乐，尝试与身边的人一起分享你的投篮机吧！你还可以在DF创客社区中分享作品，听听更多人的建议！社区网址：www.dfrobot.com.cn

问卷调查:

尝试让玩过你投篮机的人做下面的问卷表，看看在别人眼中这个作品的闪光点与不足。