Informatik Enlightened. Station 0 - Einstieg

Transkript

1 Informatik Enlightened Herzlich Willkommen zum Workshop rund um das Thema Licht! Ihr wollt heute also eine Einparkhilfe selbst konstruieren, Geschwindigkeiten messen, eine Blume mit der Sonne wandern lassen oder Temperaturen über Farben anzeigen? Das ist super, aber bevor ihr euch auf diese Projekte stürzt, ist es wichtig, dass ihr erst mal euer Material kennenlernt. Hier bekommt ihr einen Überblick über den Arduino-Mikrocontroller, die Bauelemente und die Programmierumgebung! In diesem Arbeitsblatt werdet ihr... 8 eine erste Schaltung aufbauen, 8 eine LED zum leuchten und blinken bringen, 8 und sie mit einem Taster ein- und ausschalten. Der Arduino Als erstes solltet ihr euch mit dem Arduino beschäftigen, der im Mittelpunkt jeder Schaltung steht. Wenn ihr genauer hinseht, dann gibt es auf eurem Arduino verschiedene Anschlüsse. Oben befindet sich der USB-Anschuss zum Programmieren und als Stromversorgung, rechts die digitalen Anschlüsse, links unten die Analogen. Bei den oberen, linken Anschlüsssen gibt es auch noch zwei für euch wichtige: GND, das ist der Minuspol und 5V, das ist der Pluspol. Die digitalen Anschlüssen 0 und 1 sind für besondere Aufgaben vorgesehen und sollten von euch nicht benutzt werden! Abb. 1 : Der Arduino Das Breadboard Neben dem Arduino befindet sich das so genannte Breadboard. Auf diesem werden in Folgenden all eure Schaltungen gesteckt. Das Board ist wie im Bild links zu sehen intern verbunden. Das heißt, dass der blau und der rot markierte Streifen wie ein langes Kabel funktionieren. Genauso sieht es bei den einzelnen Spalten aus (hier in schwarz markiert). Abb. 2 : Der Arduino Wenn man ein Bauteil mit beiden Beinchen in eine verbundene Reihe steckt, dann ist das so, als ob es gar nicht da wäre... 1

2 Informatik Enlightened Eine LED zum leuchten bringen Nachdem ihr Arduino und Breadboard kennen gelernt habt, wollen wir mit der ersten Schaltung beginnen und so eine LED zum leuchten bringen. LEDs kennt ihr vielleicht schon als Lampe bei euch zu Hause. In dem Kästchen zur Station 0 befindet sich eine kleine, rote LED und ausserdem auch ein Paar Widerstände. Die Widerstände haben unterschiedliche Farbkodierungen, je nach dem wie stark sie sind. Im folgenden brauchen wir einen mit rot-rot-braun-goldenen-ringen. Abb. 3 : Die fertige LED-Schaltung Die LED und den Widerstand müssen wir nun in einer Schaltung kombinieren. Damit die LED auch leuchtet muss man sie richtig herum in das Breadboard stecken. Sie besitzt ein langes und ein kurzes Beinchen. Das lange Beinchen muss später mit dem Plus-, das kurze Beinchen mit dem Minuspol verbunden werden. Ob der Widerstand vor, oder hinter der LED in die Schaltung eingebaut wird ist egal, Hauptsache er wird eingebaut, denn er verhindert, dass zu viel Strom durch die LED fließt und sie kaputt geht. 1. Verbindet den 5V-Anschluss am Arduino mit der roten Leiste auf dem Breadboard. 2. Verbindet den GND-Anschluss am Arduino mit der blauen Leiste dem Breadboard. 3. Nehmt nun ein Kabel, einen Widerstand und eine LED und fügt sie, wie auf dem Bild oben zu sehen, hintereinander als Verbindungsstücke auf dem Breadboard ein. 4. Verbindet den Arduino über das USB-Kabel mit dem Laptop. Sehr gut, ihr habt die LED zum leuchten gebracht und ihr könnt anfangen zu programmieren... 2

3 Eine LED zum blinken bringen Ihr wisst nun, wie man die LED zu leuchten bringt, doch wie schafft man es, dass sie blinkt? Hier kommt der Arduino in spiel. Bisher habt ihr ihn nur als Stromversorger genutzt, jetzt nutzen wir ihn zum steuern. Hierzu müssen wir aber zunächst ein klein wenig umbauen. Bevor man irgendetwas an der Schaltung ändert, sollte man sie immer erst vom Strom trennen - also: USB-Kabel ausstecken! Steckt eure Schaltung so um, dass das Plus-Beinchen von der LED nicht mehr mit der roten Leiste verbunden ist, sondern mit einem der digitalen Eingänge (nicht 0 oder 1). Auf eurem Laptop ist bereits das Programm ArduBlock geöffnet: Hiermit überträgt man das Programm auf den Arduino Hier findet man die Befehle Hier entsteht euer Programm Abb. 4 : Das Programm ArduBlock Mit Hilfe von ArduBlock soll zunächst einfach die LED zum leuchten gebracht werden. Das Leuchten ist ein Signal nach außen, also findet ihr den passenden Block unter. Wenn wir einen Ausgang an- oder ausschalten möchten brauchen wir den Befehl ditalwrite. Wenn ihr ihnin den mache -Bereich des Wiederhole fortlaufend -Befehl zieht, so sollte er dort einrasten. ArduBlock schlägt euch auch direkt vor, an welchem Pin er ein HIGH, anlegen soll, also welcher Pin angeschaltet werden soll. Hier muss man dann immer noch anpassen, an welchem Ausgang, in diesem Fall die LED angeschlossen ist. 1. Schreibt in ArduBlock ein Programm was eure LED zum leuchten bringt. 2. Testet euer Programm, indem ihr auf Hochladen auf den Arduino klickt. 3

4 Und was ist mit dem Blinken? Nach euren ersten Programmierschritten sollte euer Programm etwa so aussehen wie in der Abbildung rechts: Es wurde die LED angeschaltet, zum Blinken müssen wir sie jedoch auch wieder ausschalten. Das Umschalten zwischen an und aus würde jetzt jedoch so schnell sein, dass man es gar nicht sieht. Es muss also auch noch eine Verzögerung eingebaut werden. Die Verzögerung gehört zu den Steuerelementen, man findet sie also unter als Bauteil Warte Millisekunden ( ) 1. Erweitert euer Programm, so dass die LED ausgeschaltet wird, indem ihr Wert statt auf HIGH auf LOW gesetzt wird. 2. Fügt nach jedem Schaltvorgang eine Pause von einer Sekunde ein. 3. Testet euer Programm. Die LED steuern Sehr gut, ihr habt die LED nun zum blinken gebracht, aber eigentlich wäre es ja nett, wenn man auch noch später Einfluss auf sie haben könnte. Hierzu brauchen wir einen Taster. Der Taster ist wie ein kleiner Lichtschalter, mit jedoch einem kleinen Unterschied: Er leitet nur Strom, solange er gedrückt wird. Auch der Taster muss wieder mit einem Widerstand in Reihe, also hintereinander, geschaltet werden. In diesem Fall ist der Widerstand jedoch als sogenannter Pull-down -Widerstand gedacht (gegen Stromstau ), dementsprechend muss er auch größer sein und hat eine andere Farbcodierung: braun-schwarz-gelb-goldenen Erweitert eure Schaltung so, wie im Bild rechts zu sehen. Achtet dabei darauf, dass die rote Leiste auch wieder mit dem 5V-Anschluss verbunden ist. zum Arduino bedeutet hier wieder, dass dieses Kabel in einen digitalen Eingang am Arduino gesteckt werden muss. Abb. 5 : Die Tasterschaltung neben der LED Sehr gut! Dann steht der nächsten Programmierrunde ja nichts mehr im Weg... 4

5 Die LED soll nun also mit dem Taster gesteuert werden, und das mit Hilfe des Arduino. Also: Falls der Taster gedrückt ist, dann soll die LED angeschaltet werden, sonst soll sie ausgeschaltet werden. Unter finden wir einen Block, der uns genau dieses Verhalten liefert, der falls/sonst-block. Den dann - und den sonst -Teil des Blocks können wir ja schon mit unseren bekannten Blöcken füllen, aber was macht man mit dem teste -Block? Hier wird das angegeben, was die Voraussetzung für den dann -Block ist, also: Falls der Taster gedrückt ist. Um das zu überprüfen brauchen wir drei weitere Blöcke. Der am Arduino angeschlossene Taster macht durch seine Schaltung genau das umgekehrte zu dem was wir mit der LED gemacht haben: Wenn wir wollten, dass die LED leuchtet haben wir den Ausgang auf HIGH gesetzt. Wenn der Taster gedrückt wurde, dann setzt er einfach den Ausgang auf HIGH, bzw. dann ist es natürlich aus unserer Sicht ein Eingang. Wir müssen also am Eingang (digital) lesen und brauchen den Block: aus dem Bereich. Nachdem wir nun auslesen können, was am Pin anliegt müssen wir es im nächsten Schritt nun vergleichen. Dies können wir mit dem ==-Block ( ) aus dem -Bereich machen. Achtung!: Es gibt eine analoge und eine digitale Variante. Ihr braucht den mit den runden Lücken. Vergleichen schön und gut, aber mit was? Wir wollen wissen, ob der Taster an ist, also. Das findet man unter. Somit haben wir auch alles zusammen für diesen letzten Schritt. 1. Sucht die oben genannten Blöcke aus den entsprechenden Menus 2. Fügt sie mit Hilfe der zuvor genutzten Blöcke zu einem Programm zusammen, was die LED anschaltet, wenn der Taster gedrückt ist und ansonsten sie ausschaltet. 3. Testet euer Programm. Klasse! damit seid ihr nun bestens gerüstet, um euch an die großen Projekte heranzuwagen. Meldet euch damit ihr das Material dazu auch bekommt. 5