2024年1月9日发(作者：)

ScratchPi可编程电子积木

青少年创客教育套件

（高级版）

产品介绍及使用说明

树上科技

2016年12月

—— 专注STEAM创客教育，实现创意更轻松 ——

文档编号：BT-2016122501

ScratchPi可编程电子积木（高级版）— 产品介绍及使用说明

目录

一、产品简介 ............................................................................................ 5

二、硬件介绍 ............................................................................................ 6

1. 远程控制板 .................................................................................... 6

2. 可充电电池模块 ............................................................................. 8

3. 可编程电子积木 ............................................................................. 8

4. 端口扩展模块 ................................................................................ 9

5. 积木块 ......................................................................................... 10

三、软件使用 .......................................................................................... 11

1. 软件安装 ..................................................................................... 12

2. 使用示例 ..................................................................................... 16

(1) 硬件连接 ............................................................................. 16

(2) 驱动安装 ............................................................................. 18

(3) 串口连接 ............................................................................. 19

(4) 编程示例 ............................................................................. 21

(5) 运行程序 ............................................................................. 22

3. ScratchPi的编程模式 .................................................................. 23

(1) Scratch模式 ........................................................................ 23

(2) Arduino模式 ........................................................................ 24

4. 获取帮助 ..................................................................................... 26

四、示例教程 .......................................................................................... 26

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1. 电子积木与动画结合 .................................................................... 26

示例1：吹气球 ......................................................................... 26

示例2：商场的魔法门 .............................................................. 29

示例3：怕光的老鼠 .................................................................. 32

示例4： 生日快乐 .................................................................... 36

示例5：打火龙 ......................................................................... 40

示例6：灵活的小蜜蜂 .............................................................. 44

示例7：穿衣提示仪 .................................................................. 46

示例8：电子表 ......................................................................... 49

示例9：苹果大丰收 .................................................................. 51

示例10： 红灯停，绿灯行 ....................................................... 54

2. 电子积木与乐高结合 .................................................................... 58

示例1：倒车雷达 ..................................................................... 58

示例2：智能闹钟 ..................................................................... 64

示例3：智能声控灯 .................................................................. 67

示例4：手持式测距仪 .............................................................. 70

示例5：自动计数投票箱 ........................................................... 72

示例6：测速小实验 .................................................................. 75

示例7：打靶机 ......................................................................... 77

示例8：含羞草 ......................................................................... 79

示例9：红绿灯 ......................................................................... 81

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示例10：感应台灯 ................................................................... 83

示例11：智能风扇 .................................................................... 85

示例12：幸运大转盘 ................................................................ 87

示例13：遥控机械手 ................................................................ 89

3. piBot系列作品 ............................................................................. 90

示例1：piBot避障.................................................................... 91

示例2：piBot循迹.................................................................... 92

示例3：piBot遥控警车 ............................................................ 96

示例4：piBot全能小车 .......................................................... 100

示例5：piBot交通系统 .......................................................... 103

示例6：piBot接力.................................................................. 107

4. 与开源硬件结合 ......................................................................... 111

示例1：呼吸灯 ....................................................................... 111

示例2：穿越火线 ................................................................... 113

示例3：烟雾报警器 ................................................................ 115

示例4：自动门铃 ................................................................... 116

五、公司信息 ........................................................................................ 118

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一、产品简介

ScratchPi可编程电子积木套装（高级版）是树上科技自主研发的一款专用于青少年STEAM创客教育的学习套件。主要包括ScratchPi积木式图形化编程软件（基于MIT Scratch 3.0设计理念），易于使用的主控板，丰富的电子积木硬件模块和乐高兼容的积木块。

ScratchPi可编程电子积木具有结构兼容乐高，硬件接口统一，软件易于上手的特点。ScratchPi可编程电子积木套装（高级版）包含了数十种常见的开源传感器和输出模块，使用Mini USB接口与主控板通信，连接简单。结合套装提供的数百个积木件，可拼搭实现丰富的创意作品。

STEAM的理念包括：Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Arts（艺术）、Maths（数学）。ScratchPi图形化编程软件，为青少年编程提供了可能，培养青少年的逻辑思维能力，提高青少年的“科学”和“技 5 / 118

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术”能力。另外，软件中包括大量的数学运算模块，以及游戏动画制作模块，能培养青少年的“艺术”和“数学”能力。同时，乐高兼容的电子模块，结合编程、动画互动、积木拼搭、机械结构等，能全面培养青少年的“科学”、“技术”、“工程”、“艺术”、“数学”各个方面的素养。

二、硬件介绍

ScratchPi可编程电子积木套装（高级版）的硬件主要包括远程控制板（主控模块）、可充电电池模块、乐高兼容的电子积木和积木颗粒。远程控制板相当于人的大脑，负责分析和处理信息，进行协调沟通；可充电电池模块相当于人的心脏，为整个系统提供能量；乐高兼容的电子积木如同感官和四肢，负责检测和收集信号，以及执行控制命令；积木颗粒如同骨骼，负责整体结构的框架和支撑作用。

1. 远程控制板

ScratchPi远程控制板由树上科技自主研发，主控基于开源Arduino方案实现，包括Arduino主控芯片、蓝牙通信模块、六个功能统一的Mini-USB接口等，是一款专为ScratchPi设计的易于上手、功能丰富的控制板。主控同时支持蓝牙通信模式、串口通信模式和离线烧录模式，即Scratch模式和Arduino模式，小巧精致，功能强大，是一款用户友好的入门级控制板。

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强大的主控芯片

ScratchPi远程控制板采用Atmega328核心处理器，支持ScratchPi图形化编程。Atmega328是Arduino常用的解决方案，具有14个数字信号端口（其中

6个端口可作为PWM端口）和6个模拟信号端口，端口丰富，是一款功能强大的微控制器。

统一的Mini-USB接口

树上科技独创的统一硬件接口，所有电子积木通过同样的Mini-USB接口与主控连接，用户不需要具备任何硬件专业知识就能轻易上手，只需要根据端口编号就可以对电子积木进行控制。同时，针对高级用户，树上科技开放了其接口线序定义和软件操作接口，用于支持自定义的硬件模块和其它控制板。每一个USB端口都包含了数字信号、PWM信号和模拟信号，六个USB端口一共使用了 7 / 118

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Arduino的18个功能引脚。

2. 可充电电池模块

使用更加稳定安全的磷酸铁锂可充电电池，容量高达1200mAh，输出电压5V，负载功率大于5W，自带过流、过放、过充保护，绿色环保。

其中，电源指示灯红色灯表示正在充电，蓝色灯表示电池已经充满。

3. 可编程电子积木

ScratchPi独创统一的电子积木接口，通过软件的封装，使得连接操作非常简单。所有的电子积木模块都是Mini-USB接口防呆设计，防止用户插错插反。 8 / 118

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同时，所有电子积木模块都带有保护电路，即使插错也能自动进入保护状态，防止电路损坏。

4. 端口扩展模块

ScratchPi可编程电子积木高级版套装配有端口扩展模块，面包板，杜邦线，用于支持第三方开源传感器以及DIY创意作品，增加了扩展性以及丰富性，玩法更多样。

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5. 积木块

ScratchPi电子积木套装包括50多种、300多个兼容乐高的积木块，利用这些积木块，可拼搭出丰富的创意作品。

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三、软件使用

ScratchPi是由树上科技自主研发的，基于Scratch 3.0理念设计的一款适合于青少年使用的图形化编程软件。通过对电子积木功能的封装，使其非常易于上手，丰富的编程模块和开放的控制接口，同时又能满足高级用户的复杂作品需求。

ScratchPi软件整体界面如下：

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Scratch是由麻省理工学院（MIT）设计开发的一款青少年编程工具，集成了动画、游戏等编程功能，寓教于乐，能培养孩子的创新和逻辑思维能力。树上科技在此基础上，对Scratch进行大量优化，开发了ScratchPi软件，增加了丰富的电子模块功能，帮助孩子实现想法，培养孩子的创造能力。

在硬件支持上，ScratchPi进行了深度封装，操作极为简单，对于有Scratch基础的用户，直接上手就可以使用，不需要任何复杂的安装配置操作。

1. 软件安装

点击图片，下载ScratcPi图形化编程软件。

双击下载好的ScratchPi安装程序，按照以下步骤安装。

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注意：如果您的电脑上已安装360安全卫士，在软件安装过程中可能会出现软件被360误报为不安全程序的问题，请务必选择信任本软件，否则软件可能无法正常运行！

选择安装时所使用的语言。

请仔细阅读许可协议后，选择“我接受”，并点击下一步。

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点击下一步。

根据需要，选择安装位置后，点击下一步。

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点击下一步。

点击“安装”进行安装软件。

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等待进度条结束。

安装完成。

2. 使用示例

(1) 硬件连接

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找到如下模块：

按下图连接，LED灯模块连接到1号端口：

将USB数据线插入电脑USB接口：

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打开电源开关，电源指示灯常亮：

(2) 驱动安装

点击菜单“固件”->“安装驱动”:

弹出如下窗口，按照提示完成安装即可。

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说明：驱动只需安装一次即可，安装后，ScratchPi软件就能识别到远程控制板了。

(3) 串口连接

点击菜单下的“连接”->“串口”。

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点击“扫描”：

选择串口，点击“连接”。

等待连接成功。

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(4) 编程示例

将“控制”分类下的拖拽到脚本区

将“控制”分类下的（无限循环）拖拽到当绿旗被点击的下方，当程序块的缺口对齐时，出现一条白线，此时松开程序块。

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同样的操作完成以下程序：

提示：“等待1秒”在“控制”分类下，“点亮LED灯”和“熄灭LED灯”在“电子模块”分类下。

(5) 运行程序

点击“小绿旗”图标运行：

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3. ScratchPi的编程模式

(1) Scratch模式

Scratch模式界面如下:

ScratchPi图形化编程软件打开默认的模式是Scratch模式，如果不是此界 23 / 118

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面，可以通过菜单栏的“模式”下的“Scratch”菜单切换到Scratch模式。在Scratch模式下，可以通过串口或蓝牙与远程控制板通信，实现对电子积木的控制。其优点是可以进行在线编程，随时修改实时生效，实现软硬件互动类型的作品。一般用于制作动画、电子积木与动画结合的作品。

Scratch模式下有两种通信方法

1. 串口：电脑通过USB数据线与远程控制板连接，以串口的形式进行通信。通信速率相对较快，比较稳定。适用于学习以及作品的调试。

注意：由于电脑USB口的电源功率不够，当使用舵机、RGB全彩灯等的大功率电子模块时，请务必连接电池。

2. 蓝牙：电脑通过蓝牙与远程控制板进行远程连接，摆脱了数据线的束缚，适合需要远程控制类型作品（如遥控车）的展示。

注意：当使用蓝牙通信时，必须将USB串口数据线拔掉，否则会通信失败。

(2) Arduino模式

在Arduino模式下，不支持动画等功能，因此左侧的舞台和角色列表等功能被隐藏，在界面右侧，可以看到实时生成的Arduino代码。界面功能如下：

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可以通过菜单栏中“模式”下的“Arduino”切换到Arduino模式。相对于Scratch模式，Arduino模式可实现脱机运行，不再依赖电脑，便于作品的携带和演示。同时，Arduino模式生成的代码运行速度快，能实现一些对实时性要求很高的作品。

将远程控制板与电脑使用USB数据线连接，点击“连接”->“串口”进行串口连接，连接成功后点击代码区上方的“上传代码”按钮，可将程序上传到远程控制板，实现脱机运行。

说明：

1. Arduino初始化中的程序块会在上电时运行一次，主循环中的程序会重复运行，直至掉电。因此，该程序不再需要使用“重复执行”模块。

2. Arduino模式下，只能通过串口连接的方式进行代码上传。

3. 代码上传后，可以使用电池供电，远程控制板上电即可运行其中的程序，无需连接电脑。

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4. 代码上传后，远程控制板将不再支持Scratch通信功能，通过点击菜单“固件”->“安装固件”可重新上传Scratch通信功能的代码，以恢复Scratch通信功能。

4. 获取帮助

对于不了解的程序块，右键点击，选择“帮助”。

四、示例教程

1. 电子积木与动画结合

示例1：吹气球

(1) 情景设计

小朋友们都喜欢五颜六色的气球，能不能用ScratchPi实现吹气球呢？通过 26 / 118

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声音传感器，能检测我们吹气的声音，通过声音的大小，控制气球的大小，当气球大到一定程度，就会爆炸哦。这个可以用来测试小朋友们的肺活量呢，赶紧来试试吧！

(2) 硬件连接

声音传感器 --> 远程5

(3) 软件实现

在Scratch模式下进行编程，添加“气球”角色，分别导入“气球”和“爆炸”的造型：

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在脚本区，为“气球”角色添加脚本：

程序编写完成，点击小绿旗开始运行。对着声音传感器吹气，看看气球会如何变化？如果有问题，请仔细检查一下你的程序。当然，你也可以适当的调整一些参数，比如气球需要更大才会爆炸，让程序更符合你的设计要求。

(4) 总结与拓展

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通过这个作品的学习，你应该掌握了声音传感器的使用了，声音传感器能检测声音的大小。你能想到声音传感器在生活中的应用吗？思考一下，看看你能不能自己完成下面的任务呢？

A. 能否实现一个声控灯，有人时候才亮，节约用电？

B. 能否实现声控报警呢？再也不用担心东西被盗了。

C. 能否把声音的大小在舞台上画出来呢？

示例2：商场的魔法门

(1) 情景设计

小朋友们在去商场买东西的时候，有没有发现很多商场的门会自动打开呢？大家知道是怎么实现的吗？我们能不能用ScratchPi模拟实现这个过程呢？通过红外避障传感器，可以检测是否有障碍物。现在，大家有思路了吗？想想看吧。

(2) 硬件连接

红外避障传感器 --> 远程5

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(3) 软件实现

在Scratch模式下进行编程，添加“商场的门”角色，并且分别添加门在不同的状态下的造型：

在脚本区，为“商场的门”角色添加脚本：

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程序编辑完成，点击小绿旗开始运行看看效果吧。用手挡住“红外避障传感器”，看看舞台是否发生变化吧。运行效果：

(4) 总结与拓展

通过这个作品的学习，你应该了解了红外避障传感器的作用了吧？不需要接触就能控制门的开关了，是不是很神奇呢。仔细观察红外避障传感器，你知道它是如何工作的吗？红外避障传感器由黑色和白色两个红外管组成，白色管会发射红外线，经过障碍物反弹后，黑色管会检测到红外线，这样就能判断是否有障碍物了。另外，红外避障传感器在室外使用时可能会出现不准确的情况哦，你能想 31 / 118

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到是什么原因吗？

你还能想到红外避障传感器的其它应用吗？思考一下，看看你能不能完成下面的任务呢？

A. 利用红外避障传感器，模拟自动感应水龙头？

B. 利用红外避障传感器，模拟自动感应扶梯？

示例3：怕光的老鼠

(1) 情景设计

小朋友们知道为什么白天很难看到小老鼠吗？为什么小老鼠晚上才会出来觅食呢？我们能不能利用ScratchPi设计一个场景，模拟怕光的小老鼠呢。这个例子，我们来了解光敏传感器，它能检测光的强度，在黑暗的夜晚，小老鼠会出来觅食，当我们打开灯的时候，小老鼠就灰溜溜的吓跑了。

(2) 硬件连接

光敏传感器 --> 远程5

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(3) 软件实现

在Scratch模式下进行编程，给舞台添加背景：

添加一个“老鼠”角色，导入造型：

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在脚本区，给角色“老鼠”添加脚本：

这样，当光的强度很小的时候，小老鼠就偷偷出来觅食了。一旦，光的强度很大，小老鼠会以很快的速度跑回洞里躲起来。为了更好的效果，可以给舞台添加脚本，根据光的强度来控制舞台的亮度：

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脚本编写完成后，点击小绿旗，运行试试效果吧！用手挡住光敏传感器，仔细观察舞台。当手遮挡的时候，舞台会逐渐变暗，小老鼠会偷偷跑出来觅食。

一旦把手拿开，舞台会变亮，小老鼠会灰溜溜的跑进洞里。

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(4) 总结与拓展

通过这个作品的学习，你应该掌握了光敏传感器的作用了。你还能想到光敏传感器的其它应用场景吗？在农业上，很多植物都需要足够的光照才能更快的生长，利用光敏传感器，可以找到光照最强的方向，就能提高农作物的产量呢。

思考一下，看看你能不能完成下面的任务呢？

A. 利用光敏传感器，模拟智能路灯。只有晚上，路灯才会亮哦。节约能源，保护地球。

B. 利用光敏传感器，模拟公鸡打鸣。一到早上，公鸡就会像闹钟一样准时打鸣。

示例4： 生日快乐

(1) 情景设计

当你的小伙伴生日到来的时候，有没有想过给他制作一张电子贺卡呢？如果 36 / 118

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能播放生日快乐歌是不是更有意思？这个示例，我们将利用音乐蜂鸣器来制作一张电子贺卡，完成你的心愿。

(2) 硬件连接

音乐蜂鸣器 --> 远程5

(3) 软件实现

在Scratch模式下进行编程，首先，添加“贺卡”角色，并导入贺卡和简谱的造型：

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切换到脚本区，为“贺卡”角色添加脚本，脚本比较长，不过不用怕，逻辑很简单：

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对照简谱，学习使用音乐蜂鸣器吧，不要填错了哦，否则可能就不是你想要 39 / 118

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的歌曲了。脚本编写完成后，点击小绿旗运行吧。

点击贺卡，是不是就能显示简谱并且播放音乐了呢？

(4) 总结与拓展

通过这个示例的学习，你应该掌握了音乐蜂鸣器的使用了吧。那么，你知道音乐里面不同的音调是怎么工作的吗？其实，音乐的音调是蜂鸣器发出不同的频率的声音产生的，不同的乐器产生不同的声音，也和频率有关哦。音乐蜂鸣器还有其它几个功能模块，大家能自己学会如何使用吗？

思考一下，看看你能不能完成下面的任务呢？

A. 使用“音乐蜂鸣器 发 Hz声音”这个模块来发出do/re/mi？

B. 使用“音乐蜂鸣器”给妈妈制作一首“世上只有妈妈好”吧。

示例5：打火龙

(1) 情景设计

听说火龙要来袭击村庄了，为了保护村民的安全，赶紧拿起手中的弓箭消灭 40 / 118

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怪兽火龙吧！可是，弓箭发射太慢了，接下来，给大家带来一款“神器”，速度消灭火龙。在这个示例中，使用触碰开关，作为弓箭发射器，按下弓箭就发射一支箭，看看谁能消灭更多火龙吧。

(2) 硬件连接

触碰开关 --> 远程5

(3) 软件实现

在Scratch模式下进行编程，首先，给舞台添加一个背景，然后，添加角色“箭”，以及角色“火龙”，并给“火龙”添加相应的效果造型：

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切换到脚本区，给角色“箭”添加如下脚本：

给角色“火龙”添加如下脚本：

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完成脚本编辑后，点击小绿旗开始运行吧。看看你能消灭多少火龙，拯救村民。

(4) 总结与拓展

在这个示例中，你应该已经学会了触碰开关的使用了。那么，在生活中，你能想到触碰开关的更多应用场景吗？触碰开关在生活中随处可见，比如家里的电灯开关、门铃等，看看大家能想到多少吧！思考一下，看看你能不能完成下面的 43 / 118

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任务呢？

A. 利用触碰开关，模拟医院的呼叫系统，按下呼叫按钮，医生很快就会来到病人的病床旁。

B. 利用触碰开关，模拟饮水机。按下后，就会出水了，松开之后，饮水机就会自动关闭。

示例6：灵活的小蜜蜂

(1) 情景设计

勤劳的小蜜蜂在采蜜的时候被调皮的孩子攻击了，你能帮她躲过皮球吗？使用ScratchPi来实现小蜜蜂躲皮球的游戏吧。

(2) 硬件连接

超声波传感器 --> 远程5

(3) 软件实现

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在Scratch模式下进行编程，首先，给舞台导入背景，然后，添加“小蜜蜂”和“小球”角色。切换到脚本区，给“小蜜蜂”角色添加如下脚本：

切换到角色“小球”，添加如下脚本：

完成脚本编辑后，点击小绿旗开始运行吧。将超声波传感器对着桌面，调整高度，看看小蜜蜂飞行高度是不是会发生变化呢。看看你能不能帮助小蜜蜂顺利躲过调皮的小伙伴扔来的皮球吧。

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(4) 总结与拓展

通过这个作品的学习，你应该掌握了超声波传感器的使用了。超声波传感器在生活中应用很多呢，比如倒车的时候可以使用超声波检测车后面有没有障碍物，基于超声波的距离测试仪，甚至于雷达探测都可以用到超声波呢。那么，你还能想到一些其它的用途吗？

思考一下，看看你能不能完成下面的任务吧：

A. 设计一个场景，用超声波模拟倒车的过程，在舞台上制作倒车的动画。

B. 为盲人设计制作盲道障碍物提示器，根据障碍物距离发出不同声音提示。

示例7：穿衣提示仪

(1) 情景设计

一年有四个季节，季节变换的时候，小朋友们需要记得更换衣服哦！有时候天气突然变冷或者变热，如果忘记穿合适的衣服就很容易生病。不用担心，今天，为大家制作一个穿衣提示仪，以后就不用担心穿错衣服了！首先，我们使用温湿 46 / 118

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度传感器检测温度，然后，根据温度的范围，提示应该穿什么衣服合适。

(2) 硬件连接

温湿度传感器 --> 远程5

(3) 软件实现

在Scratch模式下进行编程，添加角色“衣服”，并导入不同衣服的造型：

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切换到脚本区，为角色“衣服”添加如下脚本：

脚本编辑完成后，点击小绿旗运行看看效果吧。

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(4) 总结与拓展

通过这个作品的学习，你应该掌握温湿度传感器的使用了吧？温湿度传感器不仅可以获取温度，还可以获取湿度呢？赶紧试试吧，看看现在环境湿度是多少呢，是干燥还是湿润呢？生活中，温湿度传感器还有什么应用呢？思考一下，看看你能不能完成下面的任务吧。

A. 根据温湿度传感器获取一天不同时刻的温度，在舞台上绘制曲线，记录一天温度变化情况。

B. 制作小游戏，看谁能为鸡蛋提供适宜的温度（36度左右），持续一定时间后小鸡就能孵化出来啦。

示例8：电子表

(1) 情景设计

小朋友见过各种各样的钟表吧，有的是机械表，有的是电子表，有的戴手上 49 / 118

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