全國高職學生 104 年度專題製作競賽 學校 : 台北市立大安高級工業職業學校群別 : 資訊科參賽作品名稱 : 結合智慧型裝置之遠端控制發牌機器人指導老師 : 沈彥良組長 : 陳立宭組員 : 張景翔洪兆霖林弈妡呂奇軒 中華民國一〇四年二月二十五日
目錄 摘要...1 壹 前言 1 一 研究動機...1 二 研究目的...1 貳 研究設備器材與相關知識 2 一 硬體設備及軟體清單...2 二 硬體設備與器材...2 參 研究方法與過程 3 一 整體設計流程...5 二 動作流程...5 肆 程式設計 6 一 手機操作介面.6 二 App Inventor2 操作介面 6 三 藍芽連線.7 四 字串...7 五 EV3 程式設計...11 伍 成果展示 12 陸 問題與討論 14 柒 結論 15 捌 參考資料 16
摘要 賭博的歷史淵遠流長, 古今中外, 各自發展出獨特的遊戲方法及賭具 像是大家所熟悉的百家樂, 吃角子老虎和德州撲克等, 即是賭博千變萬化的玩法中的滄海一粟 從廣義上來說, 刮刮樂 運動彩劵也是賭博的一種! 但是最為人所知的, 即是撲克牌 撲克牌方便攜帶的特性讓他成為賭桌上的常客, 也因為如此, 它背後所牽涉的金錢利益, 相當可觀 通常賭桌上會有專門的發牌人員負責發牌以及持比賽的公正性, 但是一旦他們偏移了中立的立場, 將會造成其中一方玩家巨大的損失 有感於此, 在將來的賭桌上, 必頇有不帶任何立場的機械式發牌機, 將能更公正 有效率地主持比賽! 壹 前言 一 研究動機 玩撲克牌的時候, 發牌 洗牌的時間雖然並不多, 但是經過幾局之後, 在不發錯牌的張數情況下, 還是會花了不少時間 此外, 有些人難免有投機的心態, 採取作牌的方式, 取得不正當的勝利 這種行為不僅有違比賽的公帄性, 假如是在賭錢的情況下, 更可能會使一個人傾家蕩產, 發牌的重要性真的不可忽視 假使能在發牌的時候, 可以精確的發牌, 使發牌的這個過程不會受到人為的影響, 就可以避免以上的幾種情況, 於使我們這組就想出了希望能製作一台樂高機器人能為我們發牌, 以代替發牌的過程, 而更希望它不僅只有能發牌的功能, 且能有一些大家在玩撲克牌時需要的功能 二 研究目的 控制發牌速度, 減少人為發牌所浪費的時間 使用紅外線感應位置而正確的發牌 降低舞弊事情的發生 1
貳 研究設備器材與相關知識 一 硬體設備及軟體清單 類別名稱數量應用說明 硬體設備 軟體 MINDSTORMS EV3 主機 1 伺服馬達 2 觸碰感測器 1 超音波感測器 1 機體主要元件 RJ12 連接線 4 連接 EV3 主機和周邊感測器 智慧型手機 1 遠端操控 EV3 主機 App Inventor 2 LEGO MINDSTORMS EV3 Home Edition LEGO Digital Designer 二 硬體設備與器材 撰寫手機程式 撰寫 EV3 主機程式 設計發牌機架構 圖 ( 一 ) EV3 主機 CPU:ARM9 300MHz 處理器顯示器解析度 :178 128 像素單色圖形 LCD 系統 :Linux Micro SD card: 有, 最高支援 32GB 通訊方式 :USB2.0 USB 菊花鏈連接 藍牙 2.1 Wi-Fi 記憶體 :16MB Flash 記憶體, 64MB 記憶器 EV3 馬達 EV3 馬達比較 大型馬達 中型馬達 重 量 82 公克 36 公克 轉 速 160 170 RPM 240 250 RPM 扭 力 0.21 N*m 0.08 N*m 功 能 機器人的主要移動帄台 製作投球手臂或是夾物機構 數 量 2 1 角度編碼器誤差 : +/- 1 度, 可自動識別連線 (Auto-ID) 2
EV3 超音波感測器 超音波感測器是藉由發射超音波後, 接收到物體所反射音波之時間差測量距離, 左方眼鏡為發射, 右方則是接收, 新的超音波感測器上多了 LED 燈, 在超音波感測器發射時 LED 燈會閃爍發亮, 另外可切換兩種模式 : 接收模式 ( 單純量測距離 ) 和感應環境中的超音波訊號 超音波感測器回傳的資料型態為數值 圖 ( 二 ) 超音波感測器 EV3 觸碰感測器 觸碰感測器可用來偵測機器人有無碰撞到障礙 物, 但無法測量所受到力的大小, 另外也可以當按鈕 使用 回傳的資料型態為布林 (BOOLEAN) 圖 ( 三 ) 觸碰感測器 三 軟體介紹 App Inventor 2 Google 公司在西元 2010 年, 為了讓更多人在沒有程式基礎的狀況下, 能夠開發 Android 裝置應用程式, 推出 Google App Inventor for Android 工具軟體, 讓使用者可以運用拼圖模式來組合程式語法, 進而發展 Android 裝置的應用程式 圖 ( 四 ) App Inventor 2 介面 3
LEGO Digital Designer Lego Digital Designer 是由世界知名的樂高積木公司所推出的一款免費全 3D 的樂高積木數位設計軟體 在用出一個大型積木作品下, 裡面皆有樂高所需要的原件, 因此在不耗費積木數量下, 他可以模擬出自己心目中理想的作品 只需要足夠的立體設計感, 裡面有著篩選積木的功能, 可以快速找出想要的積木, 且每一個積木皆附有說明, 比實際上的組裝更來的輕鬆, 也可以調整檢視模式, 透過不同的角度來看組成的積木, 而這個軟體也不會很難上手 LEGO MINDSTORMS EV3 Home Edition LEGO MINDSTORMS EV3 Home Edition 這個軟體, 是利用圖形程式方塊來組成一個程式 裡面有著輸出方塊 流程方塊 輸入方塊 運算方塊 進階方塊, 每個方塊中有著不同可以控制機器人的原件, 像是輸出方塊中有著大型馬達 移動 聲音, 流程方塊有著可以控制機器人的進行, 像是迴圈 選擇等的原件 運算方塊, 像是機器人當靠近某物體時判斷它的距離, 而產生的動作, 裡面有著像是邏輯運算 計算 比較等的原件 而進階方塊, 像是利用藍芽連接 訊息傳送 停止等外部功能 4
參 研究方法與過程 一 整體設計流程 設計發牌機的時候, 有幾個重點功能, 第一 它的架台必頇是旋轉式 ; 第二 搭載有觸碰和智慧感應的功能 我們先組裝出發牌機大致的機械結構, 再把觸碰感應器 超音波感測器加裝上去 程式設計部分分為 EV3 和手機的程式設計兩部分 圖 ( 七 ) 設計流程 二 動作流程 圖 ( 八 ) 動作流程 5
肆 程式設計 一 手機操作介面 : 如圖 ( 九 ) 為操控發牌機的手機操作介面, 介面上有五個按鈕, 其功能分別 為 : 連 / 斷線和旋轉 智慧感應以及防盜模式 圖 ( 九 ) 手機操作介面 二 App Inventor 2 設計界面 : 如圖 ( 十 ) 為手機的設計界面 為了讓手機和 EV3 主機連上線, 加上 Listpicker 和 BluetoothClient 兩個元件 圖 ( 十 )App Inventor 2 設計界面 6
三 藍芽連線 : 如圖 ( 十一 ), 宣告一個全域變數 "connected", 設定初始值為 "false" 接著設定 ListPicker, 內容為 藍牙裝置配對清單, 點選之後呼叫 BluetoothClient 元件發起連線 圖 ( 十一 ) 藍芽連線 四 字串 : 設定字串長度 : 如圖 ( 十二 ), 分別設定 "rotate" "smart" 和 "caution" 三種模式中, 清單所需傳送的字元數 圖 ( 十二 ) 傳送字串資料至 EV3 主機 : EV3 主機內部的程式資料以十六進位數的形式儲存, 為了讓手機能操控 EV3 主機執行程式, 頇將十六進位數的程式資料, 轉成十進位數儲存在清單中, 如圖 ( 十三 )~( 十五 ) 轉換數值請參見表 ( 一 ) 及表 ( 二 ) 圖 ( 十三 ) 7
圖 ( 十四 ) 圖 ( 十五 ) 表 ( 一 ) Hexadecimal 0000 80 08 00 C0 08 82 01 00 84 2E 2E 2F 70 72 6A 73 2F Decimal 0 128 8 0 192 8 130 1 0 132 46 46 47 112 114 106 115 47 表 ( 二 ) Hexadecimal 00 60 64 03 01 60 64 00 Decimal 0 96 100 3 1 96 100 0 8
呼叫程式路徑 : 為了讓手機叫出程式, 將存放在 EV3 主機中的程式的路徑位置, 轉換成 ASCII code, 作為清單內容 如圖 ( 十五 )~( 十七 ) 轉換數值請參見表( 三 ) 及表 ( 六 ) Rotate 模式 圖 ( 十五 ) 表 ( 三 ) rotate ASCII code (Decimal) 114 111 116 97 116 101 32 109 111 100 101 47 字元 r o t a t e space m o d e / 表 ( 四 ) rotate2 ASCII code (Decimal) 11 4 11 1 116 97 116 101 46 114 98 102 字元 r o t a t e. r b f 9
Smart 模式 圖 ( 十六 ) 表 ( 五 ) smart smart2 ASCII code (Decimal) 115 109 97 114 116 47 115 109 97 114 116 46 114 98 102 字元 s m a r t / s m a r t. r b f Caution 模式 圖 ( 十七 ) 表 ( 六 ) caution caution2 ASCII code (Decimal) 99 97 117 116 105 111 110 47 99 46 114 98 102 字元 c a u t i o n / c. r b f 10
五 EV3 程式設計 : Rotate 模式功能說明 : 在此模式下, 發牌機將在 270 度內朝三個定點重複發牌 程式說明 : 圖 ( 十八 ) Smart 模式 功能說明 : 藉由發牌機前端裝設的超音波感測器, 偵測距離, 當手靠近則發牌 程式說明 : 圖 ( 十九 ) 11
Caution 模式功能說明 : 即使有心人士想趁所有玩家皆離席的情況下偷牌, 兩段式的警報系統會讓他們無功而返! 程式說明 : 圖 ( 二十 ) 伍 成果展示 藍芽連線介面 藍芽連線失敗 圖 ( 二十一 ) 圖 ( 二十二 ) 12
EV3 主機藍芽配對成功 圖 ( 二十三 ) EV3 主機成功執行程式 成功發牌 圖 ( 二十四 ) 圖 ( 二十五 ) 發牌機整體外觀 圖 ( 二十五 ) 13
陸 問題與討論 問題一 : 發牌機無法發完全部的牌討論 : 針對這個問題, 我們從發牌機運作的情形歸納出兩項可能的因素 分別是 EV3 程式的問題以及機械結構上的問題 我們首先從程式方面開始做修正, 調整馬達的輸出力道, 讓發牌更順暢 但是, 測試幾次之後, 發現偶爾還是會有失誤的情形, 於是我們開始調整機械結構 加裝兩個輔助輪 ( 兩個小齒輪分別套上橡皮環 ), 負責壓牌, 才解決這項問題 問題二 : 手機和 EV3 主機時常配對不到討論 : 一開始測試手機和 EV3 主機的藍芽配對失敗率極高, 後來我想說來試試看不同的品牌手機, 測試發現 HTC 最容易配對成功,SONY 次之,SAMSUNG 最難配對 ( 手邊上有的是 HTC M7,SONY Z,SAMSUNG S4 ), 後來受不了這麼高的失敗率, 索性換一台 EV3 主機試試看, 情況略有改善 問題三 : 無法用手機呼叫 EV3 的程式 討論 : 因為要把程式資料都轉成字串, 所以遺漏到一些地方輸入的字串數值錯誤, 才無法找到正確的路徑呼叫 EV3 的程式 14
柒 結論 在這次的專題中, 我們學到了很多 像是對 App Inventor2 和 EV3 程式編寫有了粗淺的認識, 組裝架構的時候訓練思考能力等 其中, 我認為最重要的是學會團隊合作 這段過程中, 我們小組意見分歧過無數次, 有時一方選擇退讓, 進度順利進行 ; 有時候雙方各執己見, 不肯讓步 這時候, 我們只能溝通再溝通, 盡量找出一個折衷的辦法, 讓雙方都心服口服 對於我們所做出的專題, 大家都很滿意, 學習到很多, 過程中遇到許多難題, 但我們都一起解決, 一起討論, 雖然時間很短很緊迫, 但我們還是克服萬難, 最後我們領悟到一個道理, 事情還沒做之前絕不放棄, 因為還沒到最後誰也不知道會不會成功, 就像從一開始完全沒有頭緒, 到小組討論一起做出來的完整品, 這種成就感是無法比擬的 15
捌 參考資料 1. 樂高 EV3 機器人軟體使用說明 http://www.thumb.com.tw/ev3%e8%bb%9f%e9%ab%94%e8%aa%aa%e 6%98%8E 2.[LDD 教學 ] 使用教學 第一篇 http://le.beingo.net/archives/573 3. App Inventor 中文學習網 http://www.appinventor.tw/ai2 4. 樂高 EV3 機器人 - CAVE 實驗室 http://lab.cavedu.com/ev3_encoder 5.App Inventor2 初學特訓班 ( 書籍 ) 16