HC-SR04 與 NewPing Library的結合

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最近在臉書上看到一篇文章：「原來超音波只要用echo腳位就好」。原作是在Microbit上使用，筆者就開始想在Arduino上試試看，底下為筆者搭配Arduino New Ping的成功做法。


硬體材料：
  • Arduino UNO R3 板子 x 1
  • 杜邦線母對母 x 7
  • 330歐姆電阻 x 1
  • Arduino Sensor Shield x 1
  • HC-SR04 x 1
  • SSD1306 I2C 0.96 吋 OLED 顯示模組 x 1
  • 麵包版 x 1

硬體電路：


接線方式：
將HC-SR04 接在麵包版上，使用330歐姆的電阻將HC-SR04的 Echo 與 Trig 給接在一起。
HC-SR04  的 Echo 接到 Arduino Sensor Shield  Pin 12
OLED 的 SCL 接到 Arduino Sensor Shield  SCL
OLED 的 SDA 接到 Arduino Sensor Shield  SDA
安裝 Arduino New Ping 與 OLED的程式庫：
https://bitbucket.org/teckel12/arduino-new-ping/wiki/Home

https://github.com/adafruit/Adafruit_SSD1306

https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library


Arduino IDE 程式碼：
示範影片：

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git 的五四三

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用git來做版本控制也有一段時間了，本篇就來聊聊 git 的一些事。

一、git是Local端的版本控制
這一點特別提出來的主要原因是：因為網路上有很多的 git hosting服務，結果似乎有些人覺得git是遠端版本控制。這一點看看下圖來說明(圖來源：https://softwareengineering.stackexchange.com/)：
alt text
請不要再將github與git混為一談了，因為github是提供git hosting的線上服務，不是git而已喔！


二、git是方便管理文字檔的版本控制軟體
有很多人會問：「git可不可以做為Word之類的文件版本控制啊？」

「用git做Word文件版本管理的話，會累死人喔！」

原因如下：
1. 預設的Word文件格式不是屬於文字檔案(若存成 xml 檔案等之類的文字格式除外)。
2. Word文件的軟體大多有追蹤修訂的功能，可作為簡易的Word文件版本控制。
3. 對一般電腦使用者而言，git 不好入門，因為git最初目的是給軟體開發者用的。

恩，「那有什麼方便使用的版本控制體可以推薦給一般電腦的使用者呢？」
筆者認為，要做版本控制的話，首先要養成寫文件紀錄的習慣，不然怎麼可能會記得檔案的：
1. 修改歷程。
2. 為了什麼修改。
3. 是誰修改的。
..等資訊呢？

版本控制軟體是方便我們來做以上的資訊紀錄，若沒有良好的寫文件紀錄習慣，例如有人只會寫版本一、版本二、版本三...。這樣子來使用版本控制軟體，根本就不知道做了那些修改啊！

三、自學資源
要學git的話，底下為筆者覺得不錯的教學網站。
連猴子都能懂的Git入門指南| 貝格樂（Backlog）

30 天精通Git 版本控管
GIT基本使用教學
Learn Git Branching
Git tutorial
Become a git guru

四、git 的開發歷史
git 是 Linus Torvalds 開發出來的，他在2005年時因為要放棄使用BitKeeper軟體，但又不想回到沒有BK的日子，於是花了約10天的時間打出第一個git版本。git避免許多人所犯的錯誤，而且又是開源的，所以才會在很短的時間內成為版本控制的新星。對git的歷史有興趣的人可以到wikipedia了解詳情。

以上是筆者目前想到的，若有想到其他的，日後再補充了。
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Scratch 遊戲：簡易憤怒貓(Building a Fake Angry Birds Game with Scratch Programming)

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在製作簡易憤怒貓之前，先來看一下 Angry Birds 此款遊戲試怎麼玩的。點一下連結 Angry Birds Project on Scratch Website 挑一個自己喜歡的玩玩看，玩的時候請注意鳥是怎麼移動的！
註：此篇文章將會修改Scratcher所分享的專案，來改成簡易版的憤怒鳥。

Angry Birds有用到「萬有引力」的物理觀念，於是我們可以找和這主題有關的專案。但筆者找到「Scratch砲彈射擊與簡易物理運算」一文有詳細說明「加速度」、「反作用力」等觀念，讀者可以參考看看。筆者將採用Scratcher laecych 所分享的 大砲-反彈分身版 範例來製作。

遊戲試玩：


專案網址：https://scratch.mit.edu/projects/263003817/

可以增加遊戲的功能：
1. 計分方式。
2. 關卡設計。
3. 特殊道具。
4. 自由發揮。
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Tinkercad Circuits：NeoPixel Ring 光控燈

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本文使用TinkerCad Circuits來示範NeoPixel Ring的應用：「光控燈」

材料(Materials)：
  1. Arduino UNO R3 x 1
  2. NeoPixel Ring x 1
  3. Small Breadboard x 1
  4. 10K ohm Resistor x 1
  5. Photoresistor x 1

電路(Circuit)：

光敏電阻Photoresistor的訊號接在UNO A0，NeoPixel的In接在UNO的D2。

程式碼(The Code)：

 示範影片(Demo Video)：




範例連結(Example Link)：
https://www.tinkercad.com/things/cqEGU6pHE5s
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Tinkercad Circuits：NeoPixel Ring 水流模擬

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本文使用TinkerCad Circuits來示範NeoPixel Ring的應用：「水流模擬」

材料(Materials)：
  1. Arduino UNO R3 x 1
  2. NeoPixel Ring x 1
  3. Small Breadboard x 1
  4. 1K ohm Resistor x 2
  5. Pushbutton x 2


電路(Circuit)：

兩顆按鈕分別接在UNO的D3與D4，NeoPixel的In接在UNO的D2。

程式碼(The Code)：

示範影片(Demo Video)：




範例連結(Example Link)：
https://www.tinkercad.com/things/9p6iQyMyfO6
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Tinkercad Circuits：LED 模擬走馬燈

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本文使用TinkerCad Circuits來示範LED燈的應用：「走馬燈看板」。

材料(Materials)：
  1. Arduino UNO R3 x 1
  2. Small Breadboard x 10
  3. 220 ohm Resistor x 10
  4. LED x 10


電路(Circuit)：



十顆 LED 燈的陽極(Anode)分別接到 UNO 的數位腳位 2 ~ 11。

程式碼(The Code)：
無使用陣列版本
使用陣列版本
示範影片(Demo Video)：


範例連結(Example Link)：
https://www.tinkercad.com/things/70zn6GiiAsQ
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Tinkercad Circuits：溫度警報器(Temperature alarm)

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本文使用TinkerCad Circuits來示範溫度感測器的應用：「溫度警報器」。當溫度越高時，蜂鳴器的聲音就越快發出聲響，LED亮越多顆。

 材料(Materials)：
  1. Arduino UNO R3 x 1
  2. Small Breadboard x 1
  3. Buzzer x 1
  4. 100 ohm Resistor x 1
  5. LED x 5
  6. 1K ohm Resistor x 5
  7. Temperature Sensor x 1


 電路(Circuit)：
程式碼(The Code)：





 示範影片(Demo Video)：
範例連結(Example Link)：
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Tinkercad Circuits：一個腳位偵測多顆按鈕(Multiple Buttons with One Analog Pin)

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本文要說明如何使用一個Arduino Analog Pin 來偵測多個按鈕(Push Buttons)的其中一顆按鈕是否有被按下。

材料(Materials)：
  1. Arduino UNO R3 x 1
  2. Buzzer x 1
  3. 10K ohm Resistor x 4
  4. Pushbutton x 3
  5. 100 ohm Resistor x 1
  6. Small Breadboard x 1
電路(Circuit)：


程式碼(The Code)：

示範影片(Demo Video)：


範例連結(Example Link)：
https://www.tinkercad.com/things/cUy3ztLD8cy
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寫程式用的雲端 IDE(Cloud IDE for Programming)

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要寫程式之前，得先將工具準備好，當所使用的程式語言有好多種，那前置作業就會很多，若只是要練習語法之類的話，那麼雲端 IDE 是個不錯的選擇，目前常見免費且不用建立帳號的雲端 IDE 有下面幾個：

Here are some cloud IDEs for programming. And we don't need a account to use them.

  1. ideone: http://ideone.com/，教學：https://www.techmarks.com/ideone-online-coding/
  2. codepad: http://codepad.org/，教學：https://www.youtube.com/watch?v=8izi7QDEOHk
  3. CodePen:  http://codepen.io/，教學：https://www.minwt.com/webdesign-dev/html/11470.html
  4. JSFiddle: https://jsfiddle.net/，教學：https://blog.miniasp.com/post/2011/02/07/Useful-tool-jsFiddle-Online-Editor-for-the-Web
  5. Tutorialspoint: http://www.tutorialspoint.com/codingground.htm，教學：https://codegym.tech/coding-ground/
  6. Jdoodle: https://www.jdoodle.com/，教學：https://www.youtube.com/watch?v=idN5QmUS8-8

其中的 Tutorialspoint 網站所提供的工具最完整，它除了多樣的程式語言外，還提供了一些 Terminal，如 MySQL、PowerShell、Node.js 等，此外 Tutorialspoint 也有豐富的教學資料，值得一看。 另外 CodePen 和 JSFiddle 只提供前端開發用的JavaScript + HTML + CSS。至於這些雲端 IDE 的使用方式大同小異，先在網頁上寫完程式碼，之後再按下類似 Run 的按鈕就行了。 祝各位 Happy Coding。
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Arduino控制WS2812三色燈條

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本文用到的材料為：
  • WS2812B LED 燈條 x 1
  • Arduino UNO x 1
  • 杜邦線公對公 x 3

安裝 FastLED 程式庫
打開Arduino 的程式庫管理工具(草稿碼 ==> 匯入程式庫 ==> 管理程式庫)

搜尋FastLED

安裝好FastLED就可以看到內建的範例程式


Arduino電路

  • LED燈條 5V 接 Arduion 5V
  • LED燈條 GND 接 Arduion GND
  • LED燈條 ID 接 Arduion Pin 5

接好電路後，筆者使用【檔案 ==> 範例 ==> FastLED ==> ColorPalette】來試試看，ColorPalette的Demo影片如下：

因為程式裡設定使用 50 顆 LED，所以此燈條沒有全部亮。
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Python Expressive Puzzlers 8: Does Equal

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底下的Java程式會輸出什麼結果？
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public class DosEquis {
  public static void main(String[] args) {
    char x = 'X';
    int i = 0;
    System.out.print(true  ? x : 0);
    System.out.print(false ? i : x); 
  }
}

輸出結果會是XX嗎？根據 JLS 15.25的說明(true ? x : 0)的運算結果會是char型別，而(false ? i : x)的運算結果會是int型別。所以輸出結果為X88。

而 Python 只有 <expression1> if <condition> else <expression2>的語法，沒有 Java 的 conditional operator 的語法，於是不會有這樣子的Pitfall。
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Python Expressive Puzzlers 7: Swap

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底下兩個Java Class分別會輸出什麼結果？
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public class CleverSwapOne {
  public static void main(String[] args) {
    int x = 1984;
    int y = 2001;
    x ^= y ^= x ^= y;
    System.out.println("x = " + x + "; y = " + y);
}
}

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public class CleverSwapTwo {
  public static void main(String[] args) {
    int x = 1984;
    int y = 2001;
    x ^= y;
    y ^= x;
    x ^= y;
    System.out.println("x = " + x + "; y = " + y);
  }
}
CleverSwapOne會輸出x = 0; y = 1984，而CleverSwapTwo會輸出x = 2001; y = 1984。為什麼會這樣子呢？

根據JLS 15.7 的說明：「Evaluate Left-Hand Operand First」也就是CleverSwapOne 的執行順序如下：
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// The actual behavior of x ^= y ^= x ^= y in Java
int tmp1 = x; // First appearance of x in the expression
int tmp2 = y; // First appearance of y
int tmp3 = x ^ y; // Compute x ^ y
x = tmp3; // Last assignment: Store x ^ y in x
y = tmp2 ^ tmp3; // 2nd assignment: Store original x value in y
x = tmp1 ^ y; // First assignment: Store 0 in x

如同原作所說：「 Do not assign to the same variable more than once in a single expression.」

那Python呢？
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x = 1984
y = 2001

x ^= y
y ^= x
x ^= y

x ^= y ^= x ^= y
print('x = ', x, 'y = ',  y)
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「特洛伊木馬病毒程式設計--使用Python」讀後感

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特洛伊木馬病毒程式設計--使用Python  此書在前言部分就說明，請以學術研究的角度來看待此書。這讓筆者想起多年前曾去參加一個資安的活動，內容是說明什麼是buffer overflow、stack overflow、SQL injection 等主題，而近幾年隨著 python 程式語言的流行，也越來越多用 python 來寫一些五花八門功能的程式。

而導讀部分也提到只要權限夠(通常用Kernel mode)，用C/C++指標的功能可以存取到特定記憶體位址，進而做一些特異功能。此書透過檔案讀寫、網路功能、執行緒、鍵盤紀錄等四大程式功能來完成一個可收集 Windows User 按了哪幾個鍵盤。

而熟悉如何使用這四大功能的人，大概也不想看這本書了吧！底下列出一些參考資源給有興趣的人去研究。


依照這四大功能，此書從網路程式觀念開始慢慢地建立讀者的基本Socket程式觀念，接著說明如何用網路程式來傳送檔案以及通訊協定的介紹。之後，多工程式常用的執行緒上場了。然後就是最後一項功能：鍵盤紀錄(這方法限制在Windows系統上)。

OK，那麼本書的特洛伊木馬病毒程式範例到底是什麼呢？因為本書的範例是在虛擬機器上測試，而且相關的防火牆也需要關閉，也得開啟權限讓程式執行。而這離真正的木馬程式還有一段路要走。不過作者也提到，只要將程式修改，或是將觀念融會貫通並實作出來，就有機會越來越接近真實的木馬程式了。

BTW，書中提到一個數字：「1337」，想了解此數字代表什麼意思，請參考這裡 ]-[3I23或那裡 7]-[3I23。
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Python Expressive Puzzlers 6: Multicast

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底下的Java程式會輸出什麼？
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public class Multicast {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println((int) (char) (byte) -1);
}
}

結果不會是 -1。幸運的是有條簡單的規則來說明：「Sign extension is performed if the type of the original value is signed; zero extension if it is a char, regardless of the type to which it is being converted.」也就是 byte -1  === sign extension ==> char 65535 === zero extension ==> int 65535。

而 Python Built-in type 不多，筆者只試了底下兩行：
print(int(str(bytes(-1))))
print(int(chr(bytes(-1))))

輸出結果會是什麼呢？
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Python Expressive Puzzlers 5: The Joy of Hex

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下面的程式碼會輸出什麼結果？
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public class JoyOfHex {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println(Long.toHexString(0x100000000L + 0xcafebabe));
  }
}

答案當然不會是1cafebabe。這是因為 0xcafebabe 會被擴展成 0x100000000L 的 long 型別，也就是從 int 變成 long。那這會讓 0xcafebabe 變成 0xffffffff cafebabeL ，原因是因為 0xcafebabe 的最高位元為1，當十六進制與八進制的最高位元為1時，Java會當成是負數來處理，也就是一直補1到左邊的高位元裡。而 0x100000000L + 0xcafebabe 就會變成
0x00000001 00000000L
+ 0xffffffff cafebabeL

運算結果為 0xcafebabe 。只要將 0xcafebabe 補上L變成 0xcafebabeL 就可以避免這個問題。 

那Python呢？
print(hex(0x100000000L + 0xcafebabe))

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Python Expressive Puzzlers 4: It’s Elementary

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底下Java程式的執行結果是什麼？
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public class Elementary {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(12345 + 5432l);
    }
}

答案是 17777 。數字1和小寫的L(l)是不一樣的。所以"Java Puzzlers"作者建議如下：
「 Always use a capital el (L) in long literals, never a lowercase el (l).」
在long literals時，請用大寫的L。

那Python呢？
print(12345 + 5432l)

上述片段的Python程式碼是從VS code複製過來的，此IDE幫我們將小寫L標上不同的顏色了！
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Python Expressive Puzzlers 3: Long Division

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長整數的處理在每個程式語言都不同，例如我們會預期底下的Java程式碼會輸出 1000。
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public class LongDivision {
  public static void main(String[] args) {
    final long MICROS_PER_DAY = 24 * 60 * 60 * 1000 * 1000;
    final long MILLIS_PER_DAY = 24 * 60 * 60 * 1000;
    System.out.println(MICROS_PER_DAY / MILLIS_PER_DAY);
  }
}
但是結果卻是5。這是為什麼呢？Java在處理整數數字時是以 int 的型態來處理的，上述的程式碼雖然有指定用 long 的型態，但是  24 * 60 * 60 * 1000 * 1000 與 24 * 60 * 60 * 1000 都是以 int 的型態來進行運算的。int的最大值為 2147483647 。其中 MICROS_PER_DAY 的結果超過 int 最大值，溢位(Overflow)了。只要將程式改成下面就可以輸出 1000 的結果了。
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public class LongDivision {
  public static void main(String[] args) {
    final long MICROS_PER_DAY = 24L * 60 * 60 * 1000 * 1000;
    final long MILLIS_PER_DAY = 24L * 60 * 60 * 1000;
    System.out.println(MICROS_PER_DAY / MILLIS_PER_DAY);
  }
}
"Java Puzzlers"一書提醒讀者：「When working with large numbers, watch out for overflow—it’s a silent killer.」

那在 Python 裡呢？
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MICROS_PER_DAY = MICROS_PER_DA 24L * 60 * 60 * 1000 * 1000
MILLIS_PER_DAY = 24L * 60 * 60 * 1000
print(MICROS_PER_DAY / MILLIS_PER_DAY)
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Python Expressive Puzzlers 2: Time for a Change

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這個謎題是跟浮點數(float)有關的議題。請問底下Java程式會出現什麼結果？
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public class Change {
  public static void main(String args[]) {
    System.out.println(2.00 - 1.10);
  }
}

回答是0.9的話，是有問題的。筆者使用 JDK 10 來執行得到的結果為0.8999999999999999。這是為什麼呢？"Java Puzzlers"一書提到「not all decimals can be represented exactly using binary floating-point」也就是用2進位的表示方式無法精準地表示所有的十進位數字。Java可以用BigDecimal 犧牲效能來獲得精確的數值。
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import java.math.BigDecimal;
public class Change {
  public static void main(String args[]) {
    System.out.println(new BigDecimal("2.00").
    subtract(new BigDecimal("1.10")));
  }
}
那 Python 的結果呢？
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print(2.00 - 1.10)
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Python Expressive Puzzlers 1: Oddity

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Python Puzzlers 系列文章皆參考"Java Puzzlers: Traps, Pitfalls, and Corner Cases"一書的內容，轉到 Python 語言中並看看這些陷阱會不會發生。

謎題一：判斷奇數
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public class Oddity {

public static boolean isOdd(int i) {

return i % 2 == 1;

}



public static void main(String[] args) {

        for(int i = -3; i <= 3; i++)

            System.out.println(i + ":" + Oddity.isOdd(i));

}

}

x

此書提到在 java 中，上述的程式碼有1/4的機率會不對，為什麼呢？原因是負奇數 % 2 會得到 -1。例如 -5 % 2 = -1 而 -1 == 1 不成立。那在Python中呢？請執行底下程式就知道結果了：
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def isOdd(n):
  print( n%2 )
  return n % 2 == 1
for i in range(-5, 5):
  print(i)
  print(isOdd(i))

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VoxelSDK Calibration Wizard on Windows

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本篇文章介紹如何在Windows平台執行 TI 的 Calibration Wizard For 3DTOF Cameras 程式。所需要的軟體如下：
請在 Visual Stduio Code 安裝 Python extension for Visual Studio Code。
在安裝Python、PCL、Voxel SDK的過程中請選擇將Add xxx to the system PATH for all users。

Python 的 System Path

PCL 的 System Path

QT Extras可以不用安裝

VoxelSDK 的 System Path

選擇 PCL資料夾

選擇QT資料夾


下載 https://github.com/3dtof/calibwizard 壓縮檔

將壓縮檔解壓縮，在 Visual Studio Code 中開始此資料夾。

開啟後會見到下圖，其中 CalibrationWizard.py 為主程式。

此時還需安裝相關的python套件，指令如下：
python -m pip install --user --upgrade pip
python -m pip install --user numpy
python -m pip install --user matplotlib
python -m pip install --user PySide
python -m pip install --user pyqtgraph
python -m pip install --user opencv-python
python -m pip install --user scipy

安裝好後就可以執行了，執行結果如下影片：


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使用TextRank演算擷取關鍵字(Using TextRank to Extract Keywords)

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本文所提的TextRank演算法是參考 Rada Mihalcea 與 Paul Tarau 在 2004所提出的論文"TextRank: Bringing Order into Texts"，而此篇論文被引用的次數有逐年增加的趨勢：

TextRank的演算法是在已經產生有權重的圖(Weighted Graph)下進行的，如下圖：

上圖裡，線上的數字(例如 自然 <==5==> 語言 為5)是計算【自然, 語言】兩個詞再語料中共同出現的次數。假設有下面一段文字：

每天|開心|，|天天|開心|。

那所有詞window size為3之間的共現次數(去除stopwords後再計算)如下表：



然後在使用底下公式不斷地迭代。
公式參數說明：
d：阻尼係數，通常設定為0.85。
Out(Vj)：連出去的節點(node)
In(Vj)：連進來的節點
WS(Vi)：TextRank分數
Wij：節點之間的權重


在論文"TextRank: Bringing Order into Texts"提供了收斂曲線的圖，約20次左右的迭代就會收斂了，如此就可以找出分數比較高的關鍵字了。


參考資料：
[1] TextRank — 文字探勘 — 找出關鍵字 以 八卦版標題為例
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桌遊DIY：閃靈快手Geistesblitz

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前言

閃靈快手是一套適合訓練大腦專注力與反應的桌遊，以第一代為例，遊戲的道具有卡片60張與五種物品，分別為：白鬼、綠瓶、藍書、紅椅、灰鼠。那要怎麼製作這一套遊戲呢？底下說明迷你型的閃靈快手製作方式。

準備材料

卡片60張 ==> 筆者是用【白色卡片紙】或【白色名片紙】
紙箱 ==> 用來製作物品用
紅筆、藍筆、黑筆
剪刀一把


物品製作

本例子使用的物品是：紅圓、黑三、藍正


準備好後，用剪刀將紙箱剪出 三角形、正方形、圓形 各一份。
用黑筆將三角形上色
用藍筆將正方形上色
用紅筆將圓形上色
這樣就製作好遊戲的物品了。


卡片製作

選擇下面一個圖案，在一張白色卡片上畫好。依序將60張卡片給畫好，所有卡片盡量圖案與顏色都不一樣。

這樣子就製作好迷你型的閃靈快手囉。

學生DIY成果



有學生畫出不一樣的圖案，我超喜歡的。

課後思考：

1. 有什麼規則來設計此款遊戲？
2. 其他特殊玩法，例如卡片的圖案是國旗的時候，玩家要怎麼做？
3. 在畫卡片的圖案時，有什麼方式可以讓遊戲擴充到五項物品？

心得：
原本想打算直接用五項物品直接做起，最後決定從三項物品做起，因為卡片設計好的話，可以延伸到五項物品再到九項物品等。

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