Pico:ed和Smart Cutebot入門介紹

描述

在本教程中，我將向您介紹Pico:ed和Smart Cutebot ，并提供一些有關(guān)CircuitPython的提示。這些產(chǎn)品由ELECFREAKS制造，ELECFREAKS 是一家生產(chǎn)和銷售 STEM 電子套件的公司。我們將使用這兩個對象一起使用 CircuitPython 編程語言制作一個用于教育目的的微型機器人。

Pico:ed

Pico:ed 是一個小型開發(fā)板（他的形狀總是讓我想起吃豆人幽靈！）（部分）與最著名的Micro:bit兼容，但具有RaspberryPI RP2040作為微控制器單元 ( MCU )。

你會注意到我部分地使用了這個詞：你知道我喜歡準確，所以這個詞到期了。

起初我已經(jīng)在 Pico:ed 上寫了一個不同的 MCU：RP2040（雙核 Cortex-M0+ @133MHz，2MB 閃存可擴展，265kB RAM ）而不是 Nordic nRF51822（Cortex-M0 @16MHz，256kB閃存，16kB RAM ）所以，從數(shù)字上看，Pico:ed 上使用的 MCU 更強大。在 Micro:bit 上使用 Microsoft Makecode：這允許圖形化的類似 Scratch 的環(huán)境、Python 或 Javascript。在 Pico:ed 上，我們可以使用常見的 RP2040 Python分支（MicroPython或CircuitPython ）或C++ 。

CircuitPython 是最佳選擇，因為 ELECFREAKS 和 Adafruit 用我們需要的所有庫制作了 CircuitPython 固件。到 Micro:bit。這些功能是 IMU（慣性測量單元）和藍牙無線電。

個人考慮很少：Micro:bit 上的藍牙是使用的 MCU 的一個功能，因為 Nordic nRF51822 是用嵌入式藍牙模塊構(gòu)建的。如果您需要這些功能，請考慮始終可以使用外部板添加 IMU 或無線電模塊。

另一方面，Pico:ed 擁有 Micro:bit 沒有的其他很酷的東西。Micro:bit 上的 LED 矩陣顯示器是使用 5x5 (25) 個 LED 制成的，而在 RP2040 兄弟上，我們有一個 7x17 (119) LED 矩陣，使用更?。ǜ芗┑?LED；此外，這些 LED 由 IS31FL3731 IC 驅(qū)動，它可以獨立地對每個 LED 進行 PWM：這將帶來更準確和可讀的滾動文本和動畫以及灰度圖像！最后，在 Pico:ed 上，我們還有一個很酷的蜂鳴器來制作聲音和音樂。

底部的邊緣連接器采用 Micro:bit 外形，因此該板與大多數(shù) Micro:bit 板兼容。

聰明的可愛機器人

Smart Cutebot 是一個采用經(jīng)典配置的微型機器人平臺：帶有后樞軸點（投球器）的差動驅(qū)動。該平臺旨在與 Micro:bit 或 Pico:ed 配對，用于制作非常適合兒童和教育目的的小型機器人（或僅用于學習如何在實際應(yīng)用程序中使用 Python - 實際上你不會需要像孩子一樣玩這些東西！）。

Cutebot 的特點是：

• 用于 Micro:bit 或 Pico:ed 的邊緣連接器
• 2 個全封閉式減速電機 + 后置滾珠腳輪
• 前面有 2 個大 (10mm) RGB LED
• 2 個 RGB LED（Neopixel）在底盤下方，在車輪前面
• 可拆卸式 HC-SR04 超聲波傳感器
• 2 IR 光反射器位于底部，用于巡線
• 一個紅外線接收器，用于使用遙控器控制機器人
• 機器人正面 (I2C) 和背面的擴展接頭用于連接配件
• 使用 3 節(jié) AAA 電池的電池座供電（有使用鋰聚合物的可選附件）
• 盒子里還有一條紙軌（白底黑線），可用于線跟隨器模式

Cutebot 已經(jīng)組裝好，您只需將微控制器板插入插槽、超聲波傳感器和電池座。當我在 Instagram 上發(fā)布這個機器人的帖子時，一些人聯(lián)系我說已經(jīng)安裝好的電路板在組裝階段并沒有帶來樂趣。是的，這是一個正確的觀點，但考慮到整個機器人的重量約為 120 克（包括電池和微控制器板）并且適合一只手。

為了達到這個體積，機器人是使用 SMD 組件制造的，并且不容易在家中或?qū)W校組裝（還考慮到由于不正確的操作而導(dǎo)致的故障）。最后一個特點：Cutebot 真的很安靜！移動時幾乎聽不到。

準備 Pico:ed

首先，您必須在 Pico:ed 板上上傳CircuitPython 解釋器。拿起 Pico:ed 并按住Bootsel按鈕。Bootsel 按鈕是板背面微型 USB 連接器左側(cè)的按鈕：

在按住該按鈕的同時，使用 USB 電纜將電路板連接到計算機：等待幾秒鐘，必須出現(xiàn)一個名為RPI-RP2的新存儲單元。

獎勵信息這是所有 Raspberry Pi RP2040 開發(fā)板的工作方式。使用 Python 分支和 C++ 對其進行編程的唯一區(qū)別在于，對于 Python，您僅在第一次上傳 Python 解釋器，然后您可以將源代碼（其中許多）作為 .py 文件（不在本 RPI-RP2 單元中）上傳但另一個 circuitpython 解釋器將創(chuàng)建），而在 C++ 中編程時，您將編譯代碼以獲得要在引導(dǎo)加載程序模式下上傳的.uf2文件（C/C++ 是一種編譯語言）。

現(xiàn)在您必須上傳 CircuitPython 解釋器。您可以從 CircuitPython 官方網(wǎng)站下載。這是鏈接。

獎勵信息使用這個用于 Pico:ed 的官方 Adafruit Circuitpython 解釋器，你不需要上傳庫來使用一些功能，例如 led 驅(qū)動器 IS31FL3731，或者蜂鳴器，例如：包括這個特定板所需的一切。這些功能稱為FrozenModules ：它們是已嵌入 CircuitPython 解釋器的庫。包含的模塊有：adafruit_is31fl3731、adafruit_motor、adafruit_ticks、asyncio、elecfreaks_music、neopixel、picoed

下載.uf2文件后，您只需將該文件拖放到計算機上的RPI-RPI2存儲單元上。等待幾秒鐘：RPI-RPI2單元將消失，一個名為CIRCUITPY的新單元將出現(xiàn)。

在啟動時（我的意思是不按 bootsel 按鈕），您在引導(dǎo)加載程序模式下上傳的.uf2開始：在這種情況下將是 CircuitPython 解釋器，它將使電路板作為 CIRCUITPY 單元可見：在這里您可以上傳具有.py擴展名。CircuitPython 解釋器啟動后，它將搜索一個特定的命名文件（我們稍后會看到）以使其啟動，否則它什么都不做。

現(xiàn)在您可以開始用 Circuitpython 語言編寫代碼并將它們上傳到板上。

即使您可以使用簡單的文本編輯器（Python 程序是簡單的文本文件）執(zhí)行此操作，然后使用拖放操作上傳文件，也開發(fā)了更強大的工具來以安全的方式執(zhí)行此操作，避免損壞文件的內(nèi)容閃存（記住不安全的存儲單元刪除會損壞代碼）并使用稱為REPL （讀取評估打印循環(huán)）的功能，該功能允許您從命令行進行一些調(diào)試和啟動程序。

我說過你可以將你的.py文件上傳到創(chuàng)建的內(nèi)存存儲單元上，但是文件不會在開機時自動執(zhí)行。如果你想讓程序在給電路板供電時自動啟動，你必須將其命名為code.txt或code.py或main.py或main.txt - 這是確切的優(yōu)先順序。如果您放置一個名為code.py的文件和另一個名為main.py的文件，則只有code.py會自動啟動。如果您將文件命名為與此不同，您可以使用 REPL 功能啟動它（我們很快就會看到），因此這個平臺對于在同一塊板上存儲許多軟件實驗和調(diào)試非常有用。

我喜歡使用Thonny IDE ：它可能是最常用于 Python / Python 分支的，我喜歡它的工作方式（另一個類似的編輯器是Mu。Mu是 Adafruit 的建議）。

下載Thonny（我在上面放的鏈接是Github Release page——在那里你可以下載一個不需要安裝的便攜版本，無論如何你也可以去Thonny官方頁面），安裝/啟動它；現(xiàn)在我們將進行一些快速設(shè)置以使其與我們的 Pico:ed 一起使用。

單擊工具/選項：

單擊Interpreter并從下面的列表中選擇CircuitPython (generic) ，然后按 OK：

現(xiàn)在使文件和外殼窗口可見，因為這些功能對于向開發(fā)板上傳/下載文件以及與 REPL 交互非常有用。單擊“查看”菜單，然后選擇“文件”和“外殼”：

棘手的設(shè)置都完成了！

為確保 Pico:ed 已連接到 Thonny，shell 窗口中必須出現(xiàn)與此類似的文字（連接電路板并按下Thonny 上的停止按鈕）：

如果顯示一些錯誤，請轉(zhuǎn)到本教程中的故障排除段落。

shell中的那3個>>>是REPL的提示符，等待命令或者準備寫東西

出色地。即使我們上傳的 CircuitPython 解釋器是為使用所有 Pico:ed 功能而制作的，現(xiàn)在我們必須上傳使用 Cutebot 功能所需的庫（用于驅(qū)動電機、使用超聲波傳感器等）。

我說過我們已經(jīng)有一些FrozenModules，是的：這對特定的板有效。Smart Cutebot 是連接到 Pico:ed 的附件板，因此沒有凍結(jié)的模塊，因此我們必須手動添加它們。

從此鏈接下載 cutebot 庫（它是一個名為cutebot.py 的文件）。

該鏈接將從所在的 Github 存儲庫以 zip 格式下載庫，并且始終是最新上傳的。該庫的 Github 存儲庫位于此鏈接。

如果我們也想使用紅外遙控功能（注意：包裝中不包含紅外遙控），我們還可以從此鏈接下載 Adafruit Circuitpython紅外遙控庫。

讓我們解壓縮文件，我們從下載中需要的唯一文件稱為cutebot.py和adafruit_irremote.py：將它們復(fù)制到計算機或外部驅(qū)動器上的文件夾中，以便您可以在接下來的段落中快速找到它們。

我們必須將這 2 個文件上傳到 Pico:ed 上一個名為lib的特殊文件夾中，我們的代碼中將在該文件夾中導(dǎo)入庫。

從 Thonny 右鍵單擊?? circuitpythondevice窗口并選擇NewDirectory

在下一個窗口中寫入lib ，然后按OK 。現(xiàn)在雙擊lib文件夾，這樣您現(xiàn)在就位于 Pico:ed 上的該文件夾中。

從上面顯示計算機內(nèi)容的窗口（文件）中，搜索放置cutebot.py和adafruit_irremote.py的文件夾，選擇它們并單擊鼠標右鍵。選擇上傳到/lib

等待幾秒鐘以允許上傳。現(xiàn)在您將在CircuitPython 設(shè)備窗口中看到這些庫。現(xiàn)在您可以退出設(shè)備上的lib文件夾以返回根目錄，以便您可以在此處保存您的程序：只需單擊CircuitPython 設(shè)備寫入。

我們上傳的這兩個庫是單個文件庫。會發(fā)生其他庫由文件夾中的更多文件組成的情況：在這種情況下，您將上傳整個文件夾，因此/lib文件夾中會有子文件夾。

出色地。一切就緒。讓我們編寫一個簡單的程序上傳到 Pico:ed，看看是否一切正常。

在 Thonny 上單擊文件，然后單擊新建。將出現(xiàn)一個空的編輯器窗口。復(fù)制并粘貼此代碼：

from picoed import display

while True:
    display.scroll("HACKSTER.IO")

按播放按鈕：

由于這個文件是新的，沒有保存，Thonny 會要求您保存它，因此會出現(xiàn)一個窗口詢問保存位置：如果在計算機上或在 CircuitPython 設(shè)備上，我們將按 che CircuitPythonDevice按鈕。

然后你必須輸入一個名字：write scroll.py然后ok

該程序?qū)㈤_始在 LED 矩陣上顯示HACKSTER.IO 的文字。

很簡單，不是嗎？

我們可以在不啟動文件的情況下按“保存”按鈕來保存文件。讓我們指出一些事情： - 一個非常常見的錯誤是沒有將.py擴展名放在文件的末尾：即使按下播放按鈕文件無論如何都會被執(zhí)行，編輯器中的語法突出顯示將不起作用。 -如果你想讓文件在開機時自動啟動，你必須像我上面說的那樣調(diào)用它：例如code.py或main.py，在所有其他情況下你可以讓程序在你編寫后按下 Thonny 的播放按鈕開始或者在編輯器中加載（雙擊.py文件）

出色地。現(xiàn)在是組裝 Cutebot 的時候了。

準備智能可愛機器人

這里有幾件事要做：

插入超聲波傳感器。前面有一個 4x2 母接頭（機器人的前面是兩個 RGB LED 所在的位置。超聲波傳感器接頭必須插入最前面的孔中：

將自粘膠帶貼在電池座背面

將電池座連接器連接到機器人中心的插座中，在電機之間穿過電纜，然后將電池座粘在電機外殼上，注意與 Pico:ed 插槽保持間隙：最好對齊電池座的中心如圖所示帶輪軸：

確保 ON/OFF 開關(guān)處于最右邊的位置 (OFF)，然后將 3 節(jié) AAA 電池（不包含在供貨范圍內(nèi)）放入電池座中。

將 Pico:ed 插入其面向前面 LED 矩陣的插槽中

組裝完成！讓我們編寫第一個程序來測試 linefollower

編程實例

在 ELECFREAKS wiki 上，有一個將 Smart Cutebot 與 Pico:ed 結(jié)合使用的分步教程。每節(jié)課都教如何每次使用一個元素。我建議您先按照他們的教程進行操作，然后嘗試下面的 Line Follower 示例。

線跟隨器

我編寫了自己的巡線器程序，試圖將 Pico:ed 和 Cutebot 的大部分功能放入其中：我在前面使用了蜂鳴器、點陣顯示器和 RGB LED。

這個巡線程序以這種方式工作：

• 打開機器人后，等待點陣顯示屏上出現(xiàn)“興奮”的臉
• 將機器人放在紙張軌道上，注意前面的兩個小 smd 藍色 LED 燈都亮著，表示黑色軌道就在紅外傳感器下方
• 按下 Pico:ed 上的“A”按鈕（這是你左邊的那個，機器人的臉在你面前）
• 按下按鈕后，正面 BIG LED 會呈藍白色閃爍，并會播放類似警車的聲音
• 機器人開始沿著軌道移動。前面的大 LED 變成綠色。沿直線移動時，點陣顯示器（面部）上會出現(xiàn)微笑。當機器人轉(zhuǎn)動時，顯示屏上描繪的臉會根據(jù)方向向右或向左看
• 如果機器人偏離軌道，LED 變?yōu)榧t色，面部變化，機器人轉(zhuǎn)圈試圖恢復(fù)線路
• 如果你按下“B”按鈕，機器人就會停止，LED 會變紅，面部也會發(fā)生變化。按“A”按鈕重新啟動

您可以在我的 Cutebot Github 存儲庫中下載我的示例，請點擊此處。

以下是一些注意事項和提示：

• 在我的示例中，機器人運行速度比官方 ELECFREAKS 示例慢。這是一件需要的事情，因為我也在使用點陣顯示器，即使沒有人注意到它，更新點陣顯示器時也會有一些延遲，這會導(dǎo)致線跟蹤操作延遲，使機器人不斷偏離軌道，所以最快的解決方案是讓機器人緩慢移動。
• 沿線跟蹤使用超聲波傳感器模塊具有挑戰(zhàn)性，因為超聲波模塊需要時間并且不能連續(xù)調(diào)用（測量之間必須至少允許 500 毫秒），因此您不能簡單地將距離讀數(shù)放入跟蹤循環(huán)中，否則會發(fā)生奇怪的錯誤，使機器人卡住在無限循環(huán)中。恕我直言，最好的方法是使用單獨/異步任務(wù)來執(zhí)行此操作（這對您來說是一個專業(yè)挑戰(zhàn)）。
• 機箱下的 2 neopixel 可以使用 CircuitPython 的 Adafruit Neopixel 庫（它是一個凍結(jié)模塊）進行管理。

故障排除

有時您會注意到 Thonny IDE 卡住了，找不到顯示錯誤消息的開發(fā)板。在這種情況下，您必須嘗試（從第一件事到最后）：

• 按下停止按鈕
• 斷開并重新連接 USB 數(shù)據(jù)線，等待 10 秒，然后按下停止按鈕
• 關(guān)閉并重新啟動 Thonny IDE，重復(fù)上述所有操作
• 在舊的 Microsoft Windows 版本上，有時即使未連接CIRCUITPY單元也會在計算機設(shè)備中可見：在這種情況下，您只能重新啟動 PC。我在 Windows 7 上總是出現(xiàn)這種故障，而在 Windows 10 和 11 上則不會發(fā)生這種情況。無論如何最好在代碼上傳后安全地斷開 Circuitpy 單元。

在其他情況下，您會看到 main.py 不會執(zhí)行：當代碼中存在錯誤導(dǎo)致 python 解釋器卡住導(dǎo)致無限循環(huán)時，就會發(fā)生這種情況。在這種情況下，將電路板連接到計算機，打開 thonny，加載程序并按播放按鈕執(zhí)行程序，以便您可以在終端窗口中讀取錯誤。

在其他情況下，您只是將文件命名為與main.py或code.py不同的名稱，但無論如何您都希望它在開機時自啟動：它不能！

非常常見的編程錯誤：

• Python 適用于縮進（沒有大括號！），所以請檢查你的縮進
• 我經(jīng)常犯的錯誤是沒有將冒號放在 IF 語句之后。我真的總是犯這個錯誤，所以我在我的顯示器上貼了一張便利貼，上面寫著：IF 后面的冒號！
• 在函數(shù)外聲明的變量是全局的，但是如果你想在函數(shù)中使用它們，你必須使用關(guān)鍵字global否則你會遇到一個not previously declared variable錯誤或類似的東西

鏈接

• Smart Cutebot + Pico:ed 官方教程
• Pico:ed 入門官方教程
• Pico:ed CircuitPython 發(fā)布