Scratch硬件传感器类型综述

2013年8月举办的“第一届中小学STEAM教育创新论坛”特设了硬件论坛，这次论坛吸引了国内大部分Scratch传感器板厂商的参与，硬件厂商是促进信息技术教学当中软硬件结合的重要力量。在这次展示中有两个亮点：一是教育市场产品和消费类电子市场产品的相互促进，二是厂商更注重课程服务和设备的后续支持。Scratch传感器板是Scratch语言拓展的一组硬件，基本功能如下。Scratch传感器板的硬件资源包括：1个光传感器、1个声音传感器、1个滑动杆、1个按钮、4个自定义传感器（电阻类）接口；其中按钮是数字输入量，只有连通和断开两种状态；其他的接口都是模拟量输入接口，输入范围是0～100，每个接口的分度值为100/1024。Scratch传感器板的A、B、C、D四个自定义传感器接口接受常见的电阻类传感器输入，包括热敏电阻、湿敏电阻、弯曲传感器（电阻型）、光敏电阻等。目前常见的Scratch传感器板分为六类。

Scratch标准板

Scratch传感器板的英文名称叫Picoboard，如果在Google中搜索图片，可以看到它的样子。它是一款开源硬件，任何人都可以按照电路图生产，但是生产的产品的名字不能叫Picoboard，大概的价格是50美元，折合人民币300元，其国内商为奥松机器人。

由于传感器板为开源硬件，任何人都可以生产，因此国内出现了教师群体中自制Scratch传感器板然后小批量销售的情况。例如，如图1所示的常州创客空间的传感板，这种传感器板立足于区域内的销售和服务，在线下培训、区域教研以及价格方面有一定的优势。同时，许多传感器板厂商还给传感器板加上盒子以便于管理（如图2）。

双层Scratch传感器板

图3所示的是双层Scratch传感器板，这种板下层是Arduino，上层是Scratch传感器板的所有传感器。它的好处是，下层的Arduino板可以直接用来讲解另外一门图形化编程语言ArduBlocks，并且在Scratch的S4A版本当中，有更多的传感器输入，增加了两个电机的输出，还可以点亮多个LED灯，驱动继电器控制高压电路。双层的Scratch传感器板比较适合高年级的学生用Scratch标准板入门之后的后续学习。

马达Scratch传感器板

在Scratch语言中，使用“显示马达模块”功能可以看到Scratch的马达控制功能。这款马达控制功能是为乐高的wedo开发的，可以接受两个传感器和控制一个马达，此外Scratch的另外一个版本Enchanting，可以用与Scratch类似的方式对乐高NXT机器人编程。

由于马达是一种重要的输出设备，因此有的厂商生产的Labplus传感器板将wedo的功能和Scratch传感器板的功能集成在一起，并且兼容乐高的制式，拓展了Scratch传感器板的应用领域。在输入方面增加了传感器的类型，在输出方面增添了控制LED、蜂鸣器等新功能。图4是用传感器板控制一个风扇转动的速度，使得扇叶上的LED灯形成文字。

基于Arduino的S4A板

Scratch有很多个改进的版本，其中支持Arduino的S4A版本就是很重要的一个，通过Arduino可以大大拓展Scratch的输入和输出的功能。由于Arduino可以控制高压电路，所以应用的范围很广，如图5所示，可以用S4A控制电磁水阀，实现草莓的自动灌溉。由于配合Arduino的传感器的类型很丰富，因此通过S4A非常适合研发中小学的创新项目。

Scratch无线板

由于Scratch传感器板通过USB接口供电，因此传感器必须与计算机直接连接，但是目前有些传感器板提供无线的版本，上面所述的标准板、双层板、马达板和S4A板，都有各自的无线解决方案。无线板需要在Scratch传感器板上附加一块电池，需要充电才能工作，使用无线传感器的人可以带着传感器自由的操控，其作品的表现力大大增强，与此同时，如果使用可以控制马达的传感器板，还可以制作机器人小车等较为复杂的智能装置。

低成本的感测与控制装置

为了给Scratch传感器设置一个比较低的门槛，让学生更容易过渡到更复杂的感测与控制设备，国际上还提供了一些接近零成本的感测与控制装置的实施方案。感测方面，使用麦克风可以作为一个低成本的感测装置，可以侦测声音响亮和音量值，如果将光敏电阻接入还可以感测光强的变化。使用如图6所示的电路可以用粘在屏幕上的光敏电阻控制一个马达。

以上介绍了六种典型的Scratch传感器板的解决方案，这些方案的提供者基本分成三类：个人背景的爱好者和教师、致力于教育行业的企业、致力于消费类电子市场的企业。这三类群体在Scratch的感测与控制领域的发展都起着重要的作用。目前达成的共识是：①Scratch传感器板结构并不复杂，功能也比较简单，因此需要与教师合作开发大量的应用案例来提高其教学价值。②有必要将Scratch传感器板的应用领域由感测引向控制，并与中小学的科技创新课程和竞赛结合起来。③希望Scratch传感器板能够作为Scratch教学的一种有益的补充，而学生并不仅仅在学校使用传感器板，期望慢慢地部分学生能够成为软硬件技术的爱好者，将传感器板买回家，并形成区域内的爱好者圈子，这样传感器板就由教育市场走向了消费类电子市场，这才是这一领域的长期愿景。