浅谈电路板micro:bitvsArduinovsRaspberryPi

STEM 里面经常运用电路板，但产品种类众多，多款产品令人摸不着头脑。今期介绍常见的三款产品，并补充一些相关的概念。

新学期刚开学，相信 STEM 于今年会进一步在各校推动，经过一年的发展，不少人均知道，STEM 能让学生学习解决问题的逻辑思维。只是新的学习方式，很多人不太明白其学习“结果”，所以很多人会选用机器人、制作智能产品等方法呈现，而当中就会涉及各类型电路板。

当中最红的电路板非 Arduino 和 Raspberry Pi 莫属，今年 micro:bit 也渐受欢迎。到底三者有什么具体分别呢？

认清两大概念

在先详细列出三者分别之前，先讲解两个观念，一是微处理器（ Micro Processing Unit, MPU ），另一是微控制器（ Micro Control Unit,  MCU ）。

微处理器

MPU 的概念不太复杂，整组设计与电脑十分相似，完成品大多已内置完整的操作系统，含有完整的操作界面，换句说话如同小型电脑，但他更小巧，而且工作频率较低、运算功能较差、芯片面积小、成本低、耗电量小，但随着半导体技术的进步，目前 MPU 系列的发展已愈来愈接近个人电脑。于 STEM 的学习领域里，代表性的产品之一是 Raspberry Pi。值得一提的是近日有人开始提及 SoC （ System on a Chip ），它能集合更多功能于一身，如 Wi-Fi 等，但正由于复杂性高，较适合进阶探讨。

MPU 俨如小型电脑，很多人的初次学习方案是将其设计为游戏机。

烟雾侦测器可用 Arduino 制作，阅毕本文，不妨尝试构思。

微控制器

MCU 比 MPU 更轻盈，其设计目的更单一，上述的工作频率、运算能力、芯片面积、成本及耗电也就进一步降低，他不能如电脑般运作，没有内置操作系统，程式开发需经由其他系统编写再输入，但其简单的设计让一切更快更直接，部分厂商甚至能直接连接感测器（ Sensor ），因此多应用在日常生活里的产品，如电子表、电动牙刷、血压计、烟雾侦测器等。于 STEM 的学习领域里，代表性的产品有 micro:Bit 和 Arduino 等。

2016 年 9 岁学生 Arnav Sharma使用 Raspberry Pi、Arduino UNO、Sense HAT 等制作了哮喘探测器。

Arnav Sharmay 设计 Asthma Management Kit。https://youtu.be/3Dniuy4-D3M

补充一个要点，上述的分类是一个概念，实际应用上两者当然可以独立应用，也可以结合使用，清楚自己所需的设计，然后找出两者的优点及特长，就更容易挑选适合的硬件使用。

三大产品简介

上述的基础概念分类外，以下介绍三件产品的基本结构和历史，就更能有助大家理解当的地位。

英国学生产品　micro:bit

计划于 2012 年左右推出，英国政府为当地 11 至 12 岁的学童免费提供一块 micro:bit 电路板。此底板的特色是集多功能于一身且十分轻巧，并于板上已有一组 5×5 共 25 粒的 LED 、左右可编程按钮及鳄鱼夹方式的传送接头，并可使用 JavaScript 、 Python 和 Scratch 等编程。优点是直接简单，但其设计不利于高阶机器人的接驳连接，但也正因此最适合入门，尤其是高小至中学的学生使用，毕竟其接线方式，可减低需稳定接驳线路的技巧，如焊接或接驳面包板等问题。

micro:bit 发展至今也有很多扩展板，图中是作植物湿度监测。

micro:bit 集多项基本功能于一身，作为入门学习最适合不过。

低成本微设计始祖　Arduino

Arduino 早于 2003 年开始开发，实际上是一个计划名称，当初的意念是为了让专科学生减低学习成本，因此其相关计划大多以开源方式开发。其后所发展的各项设计产品，也受动手制作的组织如 Maker Faire 所喜爱。发展至今已有多个版本推出，有入门级也是坊间最常见的 UNO 、接驳界面更齐备的 MEGA 等。程式界面方面，基本上有专属的 ARDUINO 1.8.3 开发，可于各作业平台上安装；也有类似 Java 、 C 语言的开发环境。适合高小至成年人学习使用。

Arduino UNO 是最常见的 MCU 开发工具，但作为学界学生使用，已十分足够。

香港学界有学校利用 Arduino UNO 制作水箱监测。

平价电脑　Raspberry Pi

Raspberry Pi 同是英国产品，但是由基金会所发展，约于 2012 年已开始推出。其设计目的是致力促进基本电脑科学教育，因此以一切电脑为原型基础，底板上已有处理器、内存、USB、Ethernet、HDMI、RCA 等输出，体积约是一张信用卡大小，并以 SD 卡当作储存媒体，Linux 系统操作系统也储存于 SD 卡内，但也代表其已具备浏览器、文书软件等。优点是毋须接其他操作系统，支援多种程式语言开发，但正由于使用 Linux ，属于中高阶产品，并仅适合中学或以上的人使用。

Rasberry Pi 设计布局如电脑的主板一样。

Raspberry Pi 既是一部小型电脑，可制作游戏机之外，灵活设计，也可作模拟太空探索。

Hack Superman：https://goo.gl/yACULN

其他相关常见概念

上述的电路板，均可直接作机器人或智能产品设计，但经年累月的发展后，为了满足不同的设计需求，大多有配合更多类型的配件，就如同机器人，可配合不同武器一样，迅速强化设计。

感测器（Sensor）

感测器是指特定功能的电子设计零件，最常见用作测量距离的超声波测量器，和收集三维数据的陀螺仪，还有动作感测、震动感测、压力感测、气压感测、定位感测、红外线感测、声音感测和 CO2 感测等。

图中是 Raberry pi 的 37 件配件组，当中很多能与 Arduino 共用。

近年很多厂商为了客户方便，推出入门组，图中是 Arduino 组件。

扩展板（Shield）

感测器与扩展板有密切关连，扩展板的目的是用简易的方式，进一步快速扩展电路板的功能，有如 Lego ，大多层叠后即可使用。扩展板会因应所需而加入不同功能，简单如网络连接或拍摄镜头，也有扩展板会将多项感应器集于一身，也有扩展板仅作显示之用。

巿场上已有触控式的 LCD 扩展板，自行组合平板不是梦。

Sense HAT 是一款多功感测器扩展板，内置温度、湿度、压力、陀螺仪及 8×8 RGB LED。