用VB + Arduino开展创客式教学

吴海忠

普通高中信息技术课程的总目标是提升学生的信息素养，培养信息时代的合格公民。浙江省普通高中信息技术必修模块《信息技术基础》和选修模块《算法与程序设计》都选用Visual Basic作为算法教学语言。在学习Visual Basic语言时，怎样激发学生的学习兴趣，并使其长久保持学习的热情;开发校本选修课时，能开出一门既有深度又能吸引学生的Visual Basic课程;学习Visual Basic语言时还能培养动手能力和创新能力;学有余力的学生在学习完Visual Basic语言后能顺利自学C语言。基于这些思考，笔者提出用Visual Basic 6 + Arduino开展创客式教学。

所谓创客式教学是指用创客的理念和方式来改造日常的教学，形成新的教学模式。创客理念主要指：①将创意变成实物;②做中学;③持续分享;④协作学习;⑤跨学科;⑥运用信息技术。Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE）。Arduino硬件都非常便宜，购买也非常方便，适合开展低成本的教学。Arduino通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。在Arduino IDE中，通过Arduino语言编写程序，并将编译后的二进制文件烧录进微控制器，实现传感器和执行器的协同工作。在开展Visual Basic教学时，Visual Basic程序可以扮演执行器、控制器等角色。

下面以游戏摇杆操控VB窗体中图像实现自由移动为例，介绍如何实现VB和 Arduino协同工作，为开展VB + Arduino教学抛砖引玉。

连接游戏摇杆和Arduino板

图1为游戏摇杆和Arduino板连接实物图，各针脚对应连接如表1所示。摇杆由Arduino板的5V输出电压供电，原始状态下S-X，S-Y读出电压约2.5V。当沿板上X和Y箭头方向按下，读出电压值随着增加，最大到5V;当沿X和Y箭头反方向按下，读出电压值随着减少，最小为0V。Arduino板上的A0和A1为模拟量输入脚，读取时0～5V电压值已被转换为数值0～1023。

安装Arduino驱动程序

将连接Arduino的USB口插入到计算机后，Windows会提示“发现新硬件”。Arduino板本身将作为计算机的一个串口设备，由于计算机中没有相应的驱动程序，会显示安装失败。进入Windows设备管理器，在端口（COM和LPT）下找到带黄色感叹号的USB Device，通过手动指定驱动程序文件夹位置来安装驱动程序（具体参考网上教程）。对于Windows 7以上操作系统可通过在线搜索安装驱动程序。安装好驱动程序后，Arduino板在设备管理器中显示如图2所示，在笔者计算机中Arduino作为串口6设备。

配置Arduino IDE

登录网址https：//www.arduino.cc/en/Main/Software，下载最新的Arduino开发环境IDE。运行Arduino IDE：①进入工具菜单选择开发板型号，基础版选择“Arduino/Genuino Uno”;②选择Arduino所在的串行端口号（参考设备管理器提示），这里选择“COM6”，如图3所示。

编写Arduino程序

根据当前连接的感应器和执行器协同工作需要，为Arduino编写相应的程序。Arduino程序主要的功能：设置连接外接设备针脚模式和参数，读取外接设备数据，控制外接设备等。作为授课老师，这些程序是需要了解或会编写的，学有余力的学生可以自学和编写，普通学生只需能将程序编译和上传（烧录进微控制器）。Arduino编程语言是建立在C语言基础上的，有C语言基础的能很快上手。图4是进入Arduino IDE后默认建立的程序框架。

Arduino语言以setup函数作程序开头，loop函数作程序框架主体。setup函数用来初始化变量、管脚模式，调用库函数等，只运行一次。loop函数在setup函数运行后，被周而复始的循环执行。Arduino语言参考网址http：//www.arduino.cn/reference/。为摇杆编写的代码如图5所示。

Serial.begin（9600）：将串口通信速率设置为9600bps。通信的两端要保持相同的传输速率，Arduino将通过USB与计算机连接的接口定义为Serial对象。

Serial.flush（）：等待串口数据传输完成，并将缓冲区清空。

analogRead函数的功能是读取指定模拟针脚的值，A0、A1是模拟针脚0和1的别名。模拟针脚上的电压值（0～5V）经模/数转换后变为一个整数值（0～1023）。Serial.print函数的功能为将数据以字符串方式输出到串口。Serial.println函数在输出时数据的同时在后面增加回车符（ASCII 13）和换行符（ASCII 10）。delay函数为让程序等待多少毫秒，然后往下执行。

由于loop函数是被循环执行的，因此整个程序的功能为首先设置端口传输速率为9600位/秒，然后每隔0.1秒读取模拟针脚0和1上的数值，并将这二个数值用分号分隔，再连接回车换行符，最后输出到串口。当然程序还可以更完善或更精炼。

单击工具栏上第一个按钮对程序进行验证（编译），如图6。在程序通过验证后，单击工具栏上的第二个按钮，将程序重新编译并上传给Arduino板，如图7所示。Arduino在有程序上传后，首先进行初始化，然后按上传程序指令重新开始工作。

为了验证程序是否有效，单击工具菜单中“串口监视器”，打开监视窗口。如图8所示，监视窗口中不断收到Arduino发送过来的数据。按动游戏摇杆，数据会变化，如图9所示。

编写VB程序

运行VB6，新建一个工程文件。在工程中添加MSComm控件，如图10所示。MSComm是一个串行通信控件，它提供了一系列标准通信命令的接口，允许建立串口连接。MSComm采用事件驱动通信，当有字符到达或发生了改变，OnComm事件就被触发。

在窗体中添加二个CommandButton控件，一个Image控件，一个MSComm控件。工程属性、窗体属性和窗体内各控件属性设置如表2所示，窗体界面设计如图11所示。

MSComm控件的CommPort属性值要设置为6，也就是Arduino板所在的串口号。RThreshold的属性值设置为1，也就是每当接收到一个字符时就触发MSComm控件的OnComm事件。因为Arduino的数据传输速率已设置为9600bps，所以Settings属性值无需修改。

在窗体代码窗口输入以下代码：

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

运行工程，单击窗体中“开始”按钮。VB6立即窗口显示如图12所示。

虽然设置RThreshold为1，即每接收到一个字符时触发OnComm事件，但读取时缓冲区内容可能已经有好几个字符了。因此，需要根据回车换行符进行重组。窗口代码如下：

Private SBuffer As String

'增加一个窗体变量，作为接收缓冲区

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

'检测到换行符不做什么作丢弃

Case 13

'检测到回车符时

Call OnComing（SLeft）

'调用过程

SLeft = ""

Case Else

'其他任何字符作加入输出内容

SLeft = SLeft&SChar

End Select

Next

SBuffer = SLeft

'剩余内容保留给下一次

End Sub

Private Sub OnComing（ByValSStr As String）

Debug.PrintSStr

End Sub

CStart_Click和CStop_Click过程代码保持不变。运行工程，单击窗体上“开始”按钮。此时立即窗口显示如图13所示。

在MSCom_OnComm事件处理过程中，每接收到一组正确的数据时OnComing过程就被调用一次。将OnComing过程修改为如下：

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

运行工程，单击窗体上“开始”按钮。上下、左右按下摇杆，窗体中的小乌龟图片将上下、左右移动，按力越大移动速度也越快。在摇杆初始状态下，读出数据约为513～516，而程序中411～611间的数据不作移动处理，因此初始状态下图片不会自己移动。

小  结

在小学阶段，可以利用S4A（Scratch For Arduino）开展创客式教学。对于浙江的中学生来说，在学习完VB后，开展VB + Arduino创客式教学是很有必要和很有前景的。由于篇幅关系，这里仅以一个小小的例子演示如何利用VB + Arduino编程实现协同工作。在实际教学时，根据学习进度和能力的不同，可以给学生提出不同的编程要求。比如在初学时，教师可以将MSCom控件和OnComm事件处理过程（含数据整理代码）重新封装为一个控件，学生只要在工程中添加这个控件并设置基本属性就可。为Arduino编写的程序，教师可以事先发给学生，学生只需要在使用前上传一下就可。而学有余力的学生，教师可以引导他们阅读和模仿这些代码。

（作者单位：浙江嘉兴教育学院）