用VB + Arduino開展創客式教學

吳海忠

普通高中信息技術課程的總目標是提升學生的信息素養，培養信息時代的合格公民。浙江省普通高中信息技術必修模塊《信息技術基礎》和選修模塊《算法與程序設計》都選用Visual Basic作為算法教學語言。在學習Visual Basic語言時，怎樣激發學生的學習興趣，并使其長久保持學習的熱情;開發校本選修課時，能開出一門既有深度又能吸引學生的Visual Basic課程;學習Visual Basic語言時還能培養動手能力和創新能力;學有余力的學生在學習完Visual Basic語言后能順利自學C語言。基于這些思考，筆者提出用Visual Basic 6 + Arduino開展創客式教學。

所謂創客式教學是指用創客的理念和方式來改造日常的教學，形成新的教學模式。創客理念主要指：①將創意變成實物;②做中學;③持續分享;④協作學習;⑤跨學科;⑥運用信息技術。Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包含硬件（各種型號的Arduino板）和軟件（Arduino IDE）。Arduino硬件都非常便宜，購買也非常方便，適合開展低成本的教學。Arduino通過各種各樣的傳感器來感知環境，通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反饋、影響環境。在Arduino IDE中，通過Arduino語言編寫程序，并將編譯后的二進制文件燒錄進微控制器，實現傳感器和執行器的協同工作。在開展Visual Basic教學時，Visual Basic程序可以扮演執行器、控制器等角色。

下面以游戲搖桿操控VB窗體中圖像實現自由移動為例，介紹如何實現VB和 Arduino協同工作，為開展VB + Arduino教學拋磚引玉。

連接游戲搖桿和Arduino板

圖1為游戲搖桿和Arduino板連接實物圖，各針腳對應連接如表1所示。搖桿由Arduino板的5V輸出電壓供電，原始狀態下S-X，S-Y讀出電壓約2.5V。當沿板上X和Y箭頭方向按下，讀出電壓值隨著增加，最大到5V;當沿X和Y箭頭反方向按下，讀出電壓值隨著減少，最小為0V。Arduino板上的A0和A1為模擬量輸入腳，讀取時0～5V電壓值已被轉換為數值0～1023。

安裝Arduino驅動程序

將連接Arduino的USB口插入到計算機后，Windows會提示“發現新硬件”。Arduino板本身將作為計算機的一個串口設備，由于計算機中沒有相應的驅動程序，會顯示安裝失敗。進入Windows設備管理器，在端口（COM和LPT）下找到帶黃色感嘆號的USB Device，通過手動指定驅動程序文件夾位置來安裝驅動程序（具體參考網上教程）。對于Windows 7以上操作系統可通過在線搜索安裝驅動程序。安裝好驅動程序后，Arduino板在設備管理器中顯示如圖2所示，在筆者計算機中Arduino作為串口6設備。

配置Arduino IDE

登錄網址https：//www.arduino.cc/en/Main/Software，下載最新的Arduino開發環境IDE。運行Arduino IDE：①進入工具菜單選擇開發板型號，基礎版選擇“Arduino/Genuino Uno”;②選擇Arduino所在的串行端口號（參考設備管理器提示），這里選擇“COM6”，如圖3所示。

編寫Arduino程序

根據當前連接的感應器和執行器協同工作需要，為Arduino編寫相應的程序。Arduino程序主要的功能：設置連接外接設備針腳模式和參數，讀取外接設備數據，控制外接設備等。作為授課老師，這些程序是需要了解或會編寫的，學有余力的學生可以自學和編寫，普通學生只需能將程序編譯和上傳（燒錄進微控制器）。Arduino編程語言是建立在C語言基礎上的，有C語言基礎的能很快上手。圖4是進入Arduino IDE后默認建立的程序框架。

Arduino語言以setup函數作程序開頭，loop函數作程序框架主體。setup函數用來初始化變量、管腳模式，調用庫函數等，只運行一次。loop函數在setup函數運行后，被周而復始的循環執行。Arduino語言參考網址http：//www.arduino.cn/reference/。為搖桿編寫的代碼如圖5所示。

Serial.begin（9600）：將串口通信速率設置為9600bps。通信的兩端要保持相同的傳輸速率，Arduino將通過USB與計算機連接的接口定義為Serial對象。

Serial.flush（）：等待串口數據傳輸完成，并將緩沖區清空。

analogRead函數的功能是讀取指定模擬針腳的值，A0、A1是模擬針腳0和1的別名。模擬針腳上的電壓值（0～5V）經模/數轉換后變為一個整數值（0～1023）。Serial.print函數的功能為將數據以字符串方式輸出到串口。Serial.println函數在輸出時數據的同時在后面增加回車符（ASCII 13）和換行符（ASCII 10）。delay函數為讓程序等待多少毫秒，然后往下執行。

由于loop函數是被循環執行的，因此整個程序的功能為首先設置端口傳輸速率為9600位/秒，然后每隔0.1秒讀取模擬針腳0和1上的數值，并將這二個數值用分號分隔，再連接回車換行符，最后輸出到串口。當然程序還可以更完善或更精煉。

單擊工具欄上第一個按鈕對程序進行驗證（編譯），如圖6。在程序通過驗證后，單擊工具欄上的第二個按鈕，將程序重新編譯并上傳給Arduino板，如圖7所示。Arduino在有程序上傳后，首先進行初始化，然后按上傳程序指令重新開始工作。

為了驗證程序是否有效，單擊工具菜單中“串口監視器”，打開監視窗口。如圖8所示，監視窗口中不斷收到Arduino發送過來的數據。按動游戲搖桿，數據會變化，如圖9所示。

編寫VB程序

運行VB6，新建一個工程文件。在工程中添加MSComm控件，如圖10所示。MSComm是一個串行通信控件，它提供了一系列標準通信命令的接口，允許建立串口連接。MSComm采用事件驅動通信，當有字符到達或發生了改變，OnComm事件就被觸發。

在窗體中添加二個CommandButton控件，一個Image控件，一個MSComm控件。工程屬性、窗體屬性和窗體內各控件屬性設置如表2所示，窗體界面設計如圖11所示。

MSComm控件的CommPort屬性值要設置為6，也就是Arduino板所在的串口號。RThreshold的屬性值設置為1，也就是每當接收到一個字符時就觸發MSComm控件的OnComm事件。因為Arduino的數據傳輸速率已設置為9600bps，所以Settings屬性值無需修改。

在窗體代碼窗口輸入以下代碼：

Private Sub CStart_Click（）

MSCom.PortOpen = True

End Sub

Private Sub CStop_Click（）

MSCom.PortOpen = False

End Sub

Private Sub MSCom_OnComm（）

Debug.PrintMSCom.Input

End Sub

運行工程，單擊窗體中“開始”按鈕。VB6立即窗口顯示如圖12所示。

雖然設置RThreshold為1，即每接收到一個字符時觸發OnComm事件，但讀取時緩沖區內容可能已經有好幾個字符了。因此，需要根據回車換行符進行重組。窗口代碼如下：

Private SBuffer As String

'增加一個窗體變量，作為接收緩沖區

Private Sub MSCom_OnComm（）

Dim I As Byte

Dim STmpAs String， SLeft As String， SChar As String

STmp = MSCom.Input

SBuffer = SBuffer&STmp

SLeft = ""

For I = 1 To Len（SBuffer）

SChar = Mid（SBuffer， I， 1）

Select Case Asc（SChar）

Case 10

'檢測到換行符不做什么作丟棄

Case 13

'檢測到回車符時

Call OnComing（SLeft）

'調用過程

SLeft = ""

Case Else

'其他任何字符作加入輸出內容

SLeft = SLeft&SChar

End Select

Next

SBuffer = SLeft

'剩余內容保留給下一次

End Sub

Private Sub OnComing（ByValSStr As String）

Debug.PrintSStr

End Sub

CStart_Click和CStop_Click過程代碼保持不變。運行工程，單擊窗體上“開始”按鈕。此時立即窗口顯示如圖13所示。

在MSCom_OnComm事件處理過程中，每接收到一組正確的數據時OnComing過程就被調用一次。將OnComing過程修改為如下：

Private Sub OnComing（ByValSStr As String）

Dim L As Integer， T As Integer， Tmp（） As String

Tmp = Split（SStr， ";"）

L = Tmp（0）： ?T = Tmp（1）

If L < 411 Then ITurtle.Left = ITurtle.Left - （511 - L）

If L > 611 Then ITurtle.Left = ITurtle.Left + （L - 511）

If T < 411 Then ITurtle.Top = ITurtle.Top - （511 - T）

If T > 611 Then ITurtle.Top = ITurtle.Top + （T - 511）

End Sub

運行工程，單擊窗體上“開始”按鈕。上下、左右按下搖桿，窗體中的小烏龜圖片將上下、左右移動，按力越大移動速度也越快。在搖桿初始狀態下，讀出數據約為513～516，而程序中411～611間的數據不作移動處理，因此初始狀態下圖片不會自己移動。

小 ?結

在小學階段，可以利用S4A（Scratch For Arduino）開展創客式教學。對于浙江的中學生來說，在學習完VB后，開展VB + Arduino創客式教學是很有必要和很有前景的。由于篇幅關系，這里僅以一個小小的例子演示如何利用VB + Arduino編程實現協同工作。在實際教學時，根據學習進度和能力的不同，可以給學生提出不同的編程要求。比如在初學時，教師可以將MSCom控件和OnComm事件處理過程（含數據整理代碼）重新封裝為一個控件，學生只要在工程中添加這個控件并設置基本屬性就可。為Arduino編寫的程序，教師可以事先發給學生，學生只需要在使用前上傳一下就可。而學有余力的學生，教師可以引導他們閱讀和模仿這些代碼。

（作者單位：浙江嘉興教育學院）