Pico:ed和Smart Cutebot入门介绍

描述

在本教程中，我将向您介绍Pico:ed和Smart Cutebot ，并提供一些有关CircuitPython的提示。这些产品由ELECFREAKS制造，ELECFREAKS 是一家生产和销售 STEM 电子套件的公司。我们将使用这两个对象一起使用 CircuitPython 编程语言制作一个用于教育目的的微型机器人。

Pico:ed

Pico:ed 是一个小型开发板（他的形状总是让我想起吃豆人幽灵！）（部分）与最著名的Micro:bit兼容，但具有RaspberryPI RP2040作为微控制器单元 ( MCU )。

你会注意到我部分地使用了这个词：你知道我喜欢准确，所以这个词到期了。

起初我已经在 Pico:ed 上写了一个不同的 MCU：RP2040（双核 Cortex-M0+ @133MHz，2MB 闪存可扩展，265kB RAM ）而不是 Nordic nRF51822（Cortex-M0 @16MHz，256kB闪存，16kB RAM ）所以，从数字上看，Pico:ed 上使用的 MCU 更强大。在 Micro:bit 上使用 Microsoft Makecode：这允许图形化的类似 Scratch 的环境、Python 或 Javascript。在 Pico:ed 上，我们可以使用常见的 RP2040 Python分支（MicroPython或CircuitPython ）或C++ 。

CircuitPython 是最佳选择，因为 ELECFREAKS 和 Adafruit 用我们需要的所有库制作了 CircuitPython 固件。到 Micro:bit。这些功能是 IMU（惯性测量单元）和蓝牙无线电。

个人考虑很少：Micro:bit 上的蓝牙是使用的 MCU 的一个功能，因为 Nordic nRF51822 是用嵌入式蓝牙模块构建的。如果您需要这些功能，请考虑始终可以使用外部板添加 IMU 或无线电模块。

另一方面，Pico:ed 拥有 Micro:bit 没有的其他很酷的东西。Micro:bit 上的 LED 矩阵显示器是使用 5x5 (25) 个 LED 制成的，而在 RP2040 兄弟上，我们有一个 7x17 (119) LED 矩阵，使用更小（更密集）的 LED；此外，这些 LED 由 IS31FL3731 IC 驱动，它可以独立地对每个 LED 进行 PWM：这将带来更准确和可读的滚动文本和动画以及灰度图像！最后，在 Pico:ed 上，我们还有一个很酷的蜂鸣器来制作声音和音乐。

底部的边缘连接器采用 Micro:bit 外形，因此该板与大多数 Micro:bit 板兼容。

聪明的可爱机器人

Smart Cutebot 是一个采用经典配置的微型机器人平台：带有后枢轴点（投球器）的差动驱动。该平台旨在与 Micro:bit 或 Pico:ed 配对，用于制作非常适合儿童和教育目的的小型机器人（或仅用于学习如何在实际应用程序中使用 Python - 实际上你不会需要像孩子一样玩这些东西！）。

Cutebot 的特点是：

• 用于 Micro:bit 或 Pico:ed 的边缘连接器
• 2 个全封闭式减速电机 + 后置滚珠脚轮
• 前面有 2 个大 (10mm) RGB LED
• 2 个 RGB LED（Neopixel）在底盘下方，在车轮前面
• 可拆卸式 HC-SR04 超声波传感器
• 2 IR 光反射器位于底部，用于巡线
• 一个红外线接收器，用于使用遥控器控制机器人
• 机器人正面 (I2C) 和背面的扩展接头用于连接配件
• 使用 3 节 AAA 电池的电池座供电（有使用锂聚合物的可选附件）
• 盒子里还有一条纸轨（白底黑线），可用于线跟随器模式

Cutebot 已经组装好，您只需将微控制器板插入插槽、超声波传感器和电池座。当我在 Instagram 上发布这个机器人的帖子时，一些人联系我说已经安装好的电路板在组装阶段并没有带来乐趣。是的，这是一个正确的观点，但考虑到整个机器人的重量约为 120 克（包括电池和微控制器板）并且适合一只手。

为了达到这个体积，机器人是使用 SMD 组件制造的，并且不容易在家中或学校组装（还考虑到由于不正确的操作而导致的故障）。最后一个特点：Cutebot 真的很安静！移动时几乎听不到。

准备 Pico:ed

首先，您必须在 Pico:ed 板上上传CircuitPython 解释器。拿起 Pico:ed 并按住Bootsel按钮。Bootsel 按钮是板背面微型 USB 连接器左侧的按钮：

在按住该按钮的同时，使用 USB 电缆将电路板连接到计算机：等待几秒钟，必须出现一个名为RPI-RP2的新存储单元。

奖励信息这是所有 Raspberry Pi RP2040 开发板的工作方式。使用 Python 分支和 C++ 对其进行编程的唯一区别在于，对于 Python，您仅在第一次上传 Python 解释器，然后您可以将源代码（其中许多）作为 .py 文件（不在本 RPI-RP2 单元中）上传但另一个 circuitpython 解释器将创建），而在 C++ 中编程时，您将编译代码以获得要在引导加载程序模式下上传的.uf2文件（C/C++ 是一种编译语言）。

现在您必须上传 CircuitPython 解释器。您可以从 CircuitPython 官方网站下载。这是链接。

奖励信息使用这个用于 Pico:ed 的官方 Adafruit Circuitpython 解释器，你不需要上传库来使用一些功能，例如 led 驱动器 IS31FL3731，或者蜂鸣器，例如：包括这个特定板所需的一切。这些功能称为FrozenModules ：它们是已嵌入 CircuitPython 解释器的库。包含的模块有：adafruit_is31fl3731、adafruit_motor、adafruit_ticks、asyncio、elecfreaks_music、neopixel、picoed

下载.uf2文件后，您只需将该文件拖放到计算机上的RPI-RPI2存储单元上。等待几秒钟：RPI-RPI2单元将消失，一个名为CIRCUITPY的新单元将出现。

在启动时（我的意思是不按 bootsel 按钮），您在引导加载程序模式下上传的.uf2开始：在这种情况下将是 CircuitPython 解释器，它将使电路板作为 CIRCUITPY 单元可见：在这里您可以上传具有.py扩展名。CircuitPython 解释器启动后，它将搜索一个特定的命名文件（我们稍后会看到）以使其启动，否则它什么都不做。

现在您可以开始用 Circuitpython 语言编写代码并将它们上传到板上。

即使您可以使用简单的文本编辑器（Python 程序是简单的文本文件）执行此操作，然后使用拖放操作上传文件，也开发了更强大的工具来以安全的方式执行此操作，避免损坏文件的内容闪存（记住不安全的存储单元删除会损坏代码）并使用称为REPL （读取评估打印循环）的功能，该功能允许您从命令行进行一些调试和启动程序。

我说过你可以将你的.py文件上传到创建的内存存储单元上，但是文件不会在开机时自动执行。如果你想让程序在给电路板供电时自动启动，你必须将其命名为code.txt或code.py或main.py或main.txt - 这是确切的优先顺序。如果您放置一个名为code.py的文件和另一个名为main.py的文件，则只有code.py会自动启动。如果您将文件命名为与此不同，您可以使用 REPL 功能启动它（我们很快就会看到），因此这个平台对于在同一块板上存储许多软件实验和调试非常有用。

我喜欢使用Thonny IDE ：它可能是最常用于 Python / Python 分支的，我喜欢它的工作方式（另一个类似的编辑器是Mu。Mu是 Adafruit 的建议）。

下载Thonny（我在上面放的链接是Github Release page——在那里你可以下载一个不需要安装的便携版本，无论如何你也可以去Thonny官方页面），安装/启动它；现在我们将进行一些快速设置以使其与我们的 Pico:ed 一起使用。

单击工具/选项：

单击Interpreter并从下面的列表中选择CircuitPython (generic) ，然后按 OK：

现在使文件和外壳窗口可见，因为这些功能对于向开发板上传/下载文件以及与 REPL 交互非常有用。单击“查看”菜单，然后选择“文件”和“外壳”：

棘手的设置都完成了！

为确保 Pico:ed 已连接到 Thonny，shell 窗口中必须出现与此类似的文字（连接电路板并按下Thonny 上的停止按钮）：

如果显示一些错误，请转到本教程中的故障排除段落。

shell中的那3个>>>是REPL的提示符，等待命令或者准备写东西

出色地。即使我们上传的 CircuitPython 解释器是为使用所有 Pico:ed 功能而制作的，现在我们必须上传使用 Cutebot 功能所需的库（用于驱动电机、使用超声波传感器等）。

我说过我们已经有一些FrozenModules，是的：这对特定的板有效。Smart Cutebot 是连接到 Pico:ed 的附件板，因此没有冻结的模块，因此我们必须手动添加它们。

从此链接下载 cutebot 库（它是一个名为cutebot.py 的文件）。

该链接将从所在的 Github 存储库以 zip 格式下载库，并且始终是最新上传的。该库的 Github 存储库位于此链接。

如果我们也想使用红外遥控功能（注意：包装中不包含红外遥控），我们还可以从此链接下载 Adafruit Circuitpython红外遥控库。

让我们解压缩文件，我们从下载中需要的唯一文件称为cutebot.py和adafruit_irremote.py：将它们复制到计算机或外部驱动器上的文件夹中，以便您可以在接下来的段落中快速找到它们。

我们必须将这 2 个文件上传到 Pico:ed 上一个名为lib的特殊文件夹中，我们的代码中将在该文件夹中导入库。

从 Thonny 右键单击​​ circuitpythondevice窗口并选择NewDirectory

在下一个窗口中写入lib ，然后按OK 。现在双击lib文件夹，这样您现在就位于 Pico:ed 上的该文件夹中。

从上面显示计算机内容的窗口（文件）中，搜索放置cutebot.py和adafruit_irremote.py的文件夹，选择它们并单击鼠标右键。选择上传到/lib

等待几秒钟以允许上传。现在您将在CircuitPython 设备窗口中看到这些库。现在您可以退出设备上的lib文件夹以返回根目录，以便您可以在此处保存您的程序：只需单击CircuitPython 设备写入。

我们上传的这两个库是单个文件库。会发生其他库由文件夹中的更多文件组成的情况：在这种情况下，您将上传整个文件夹，因此/lib文件夹中会有子文件夹。

出色地。一切就绪。让我们编写一个简单的程序上传到 Pico:ed，看看是否一切正常。

在 Thonny 上单击文件，然后单击新建。将出现一个空的编辑器窗口。复制并粘贴此代码：

from picoed import display

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

按播放按钮：

由于这个文件是新的，没有保存，Thonny 会要求您保存它，因此会出现一个窗口询问保存位置：如果在计算机上或在 CircuitPython 设备上，我们将按 che CircuitPythonDevice按钮。

然后你必须输入一个名字：write scroll.py然后ok

该程序将开始在 LED 矩阵上显示HACKSTER.IO 的文字。

很简单，不是吗？

我们可以在不启动文件的情况下按“保存”按钮来保存文件。让我们指出一些事情： - 一个非常常见的错误是没有将.py扩展名放在文件的末尾：即使按下播放按钮文件无论如何都会被执行，编辑器中的语法突出显示将不起作用。 -如果你想让文件在开机时自动启动，你必须像我上面说的那样调用它：例如code.py或main.py，在所有其他情况下你可以让程序在你编写后按下 Thonny 的播放按钮开始或者在编辑器中加载（双击.py文件）

出色地。现在是组装 Cutebot 的时候了。

准备智能可爱机器人

这里有几件事要做：

插入超声波传感器。前面有一个 4x2 母接头（机器人的前面是两个 RGB LED 所在的位置。超声波传感器接头必须插入最前面的孔中：

将自粘胶带贴在电池座背面

将电池座连接器连接到机器人中心的插座中，在电机之间穿过电缆，然后将电池座粘在电机外壳上，注意与 Pico:ed 插槽保持间隙：最好对齐电池座的中心如图所示带轮轴：

确保 ON/OFF 开关处于最右边的位置 (OFF)，然后将 3 节 AAA 电池（不包含在供货范围内）放入电池座中。

将 Pico:ed 插入其面向前面 LED 矩阵的插槽中

组装完成！让我们编写第一个程序来测试 linefollower

编程实例

在 ELECFREAKS wiki 上，有一个将 Smart Cutebot 与 Pico:ed 结合使用的分步教程。每节课都教如何每次使用一个元素。我建议您先按照他们的教程进行操作，然后尝试下面的 Line Follower 示例。

线跟随器

我编写了自己的巡线器程序，试图将 Pico:ed 和 Cutebot 的大部分功能放入其中：我在前面使用了蜂鸣器、点阵显示器和 RGB LED。

这个巡线程序以这种方式工作：

• 打开机器人后，等待点阵显示屏上出现“兴奋”的脸
• 将机器人放在纸张轨道上，注意前面的两个小 smd 蓝色 LED 灯都亮着，表示黑色轨道就在红外传感器下方
• 按下 Pico:ed 上的“A”按钮（这是你左边的那个，机器人的脸在你面前）
• 按下按钮后，正面 BIG LED 会呈蓝白色闪烁，并会播放类似警车的声音
• 机器人开始沿着轨道移动。前面的大 LED 变成绿色。沿直线移动时，点阵显示器（面部）上会出现微笑。当机器人转动时，显示屏上描绘的脸会根据方向向右或向左看
• 如果机器人偏离轨道，LED 变为红色，面部变化，机器人转圈试图恢复线路
• 如果你按下“B”按钮，机器人就会停止，LED 会变红，面部也会发生变化。按“A”按钮重新启动

您可以在我的 Cutebot Github 存储库中下载我的示例，请点击此处。

以下是一些注意事项和提示：

• 在我的示例中，机器人运行速度比官方 ELECFREAKS 示例慢。这是一件需要的事情，因为我也在使用点阵显示器，即使没有人注意到它，更新点阵显示器时也会有一些延迟，这会导致线跟踪操作延迟，使机器人不断偏离轨道，所以最快的解决方案是让机器人缓慢移动。
• 沿线跟踪使用超声波传感器模块具有挑战性，因为超声波模块需要时间并且不能连续调用（测量之间必须至少允许 500 毫秒），因此您不能简单地将距离读数放入跟踪循环中，否则会发生奇怪的错误，使机器人卡住在无限循环中。恕我直言，最好的方法是使用单独/异步任务来执行此操作（这对您来说是一个专业挑战）。
• 机箱下的 2 neopixel 可以使用 CircuitPython 的 Adafruit Neopixel 库（它是一个冻结模块）进行管理。

故障排除

有时您会注意到 Thonny IDE 卡住了，找不到显示错误消息的开发板。在这种情况下，您必须尝试（从第一件事到最后）：

• 按下停止按钮
• 断开并重新连接 USB 数据线，等待 10 秒，然后按下停止按钮
• 关闭并重新启动 Thonny IDE，重复上述所有操作
• 在旧的 Microsoft Windows 版本上，有时即使未连接CIRCUITPY单元也会在计算机设备中可见：在这种情况下，您只能重新启动 PC。我在 Windows 7 上总是出现这种故障，而在 Windows 10 和 11 上则不会发生这种情况。无论如何最好在代码上传后安全地断开 Circuitpy 单元。

在其他情况下，您会看到 main.py 不会执行：当代码中存在错误导致 python 解释器卡住导致无限循环时，就会发生这种情况。在这种情况下，将电路板连接到计算机，打开 thonny，加载程序并按播放按钮执行程序，以便您可以在终端窗口中读取错误。

在其他情况下，您只是将文件命名为与main.py或code.py不同的名称，但无论如何您都希望它在开机时自启动：它不能！

非常常见的编程错误：

• Python 适用于缩进（没有大括号！），所以请检查你的缩进
• 我经常犯的错误是没有将冒号放在 IF 语句之后。我真的总是犯这个错误，所以我在我的显示器上贴了一张便利贴，上面写着：IF 后面的冒号！
• 在函数外声明的变量是全局的，但是如果你想在函数中使用它们，你必须使用关键字global否则你会遇到一个not previously declared variable错误或类似的东西

链接

• Smart Cutebot + Pico:ed 官方教程
• Pico:ed 入门官方教程
• Pico:ed CircuitPython 发布