Conrad 10213 Operation Manual [nl]

Arduino adventskalender 2016

Het programmeren van microcontrollers was vroeger iets voor ingenieurs en IT-experts. Arduino maakt het dankzij overzichtelijke hardware en
eenvoudig te begrijpen software voor iedereen mogelijk om toe te treden tot de microcontroller-techniek.

De naam Arduino

De Arduino komt uit Italië en werd vernoemd naar de Italiaanse koning Arduino, die tot het jaar 1005
heerste in Ivrea, de plaats van de maatschappelijke zetel van de Arduino-fabrikant. Tegenwoordig is daar
de naar de Koning Arduino genoemde lievelingsbar, van de Arduino-ontwikkelaars Massimo Banzi en
David Cuartielles.

Arduino UNO

Het Arduino-platform biedt ondertussen een grote veelvoud aan plaatjes voor verschillende gebruiksdoeleinden. De Arduino Uno is het beste
geschikt voor beginners en is ook één van de best presterende Arduino-plaatjes.

Deze adventskalender bevat elke dag een hardware-experiment voor de Arduino Uno of compatibele printplaten van andere fabrikanten. Enkele
van de compatibele printplaten bieden ten opzichte van de originele Arduino Uno het voordeel dat ze een micro-USB-aansluiting gebruiken en er
dus gebruik gemaakt kan worden van gewone smartphone-kabels. De originele Arduino Uno heeft daarentegen een USB-aansluiting type B.

De experimenten in deze kalender worden met Snap! geprogrammeerd. Deze programmeertaal is gebaseerd op Scratch, überhaupt één van de
makkelijkst te leren programmeertalen.

Downloads van de adventskalender

De te gebruiken programma's vindt u op http://www.buch.cd om te downloaden. Voer voor dit product
de code 10213-1 in het invoerveld in.

Insteekprintplaat

Voor de snelle opbouw van elektronische schakelingen zonder solderen, bevat de adventskalender op de eerste dag een insteekprintplaat.
Daarmee kunnen elektronische componenten direct in een insteekprintplaat worden aangesloten.

Bij deze insteekprintplaat zijn de buitenste lengterijen allen met elkaar verbonden via contacten (X en Y). Deze contactrijen worden vaak als
plus- en minpool voor de stroomvoorziening van de schakelingen gebruikt. In de andere contactrijen zijn steeds vijf contacten (A tot E en F tot J)
dwars met elkaar verbonden, waarbij er in het midden van de printplaat een tussenruimte is. Zo kunnen er in het midden grotere componenten
worden aangesloten en naar buiten worden bedraad.

LEDs

Op de digitale pennen kunnen voor lichtsignalen en lichteffecten LEDs
(LED = Light Emitting Diode, op z'n Nederlands lichtdiode) worden aangesloten. Daarbij moet tussen de gebruikte pen en de anode van de LED een
220 ohm voorweerstand (rood-rood-bruin) worden ingebouwd om de doorstroom te begrenzen en daarmee het doorbranden van de LED te
verhinderen. Bovendien beschermt de voorweerstand ook de digitale uitgang van de Arduino, omdat de LED in de doorstroomrichting bijna geen
weerstand biedt en de pen daarom bij verbinding met de massa snel overbelast kan raken. Men verbindt de kathode van de LED met de aardleiding
van de Arduino.

In welke richting de LED aansluiten?

De beide aansluitkabels van een LED zijn van verschillende lengte. De langere is de pluspool, de anode, de kortere is de kathode. Eenvoudig
te onthouden: Het plusteken heeft een streep meer dan het minteken en maakt de kabel daarmee optisch iets langer. Bovendien zijn de
meeste LEDs aan de minzijde afgeplat, zoals een minteken. Gemakkelijk te onthouden: Kathode = kort = kant.

RGB-LEDs

Een normale LED brandt altijd in één kleur. De in de adventskalender opgenomen RGB-LEDs kunnen naar keuze in meerdere kleuren branden.
Hier zijn in principe drie LEDs met verschillende kleuren ingebouwd in een transparante behuizing. Elk van deze drie LEDs heeft een eigen
anode, via welke zij met een digitale uitgang worden verbonden. De kathode, die met de aardleiding wordt verbonden, is slechts één maal
voorhanden. Derhalve heeft een RGB-LED vier aansluitdraden.

De aansluitdraden van de RGB-LEDs zijn van verschillende lengte, zodat ze duidelijk te herkennen zijn. Anders dan bij normale LEDs is de
kathode hier de langste kabel.

RGB-LEDs functioneren zoals drie enkele LEDs en gebruiken daarom ook drie voorweerstanden.

Weerstanden en hun kleurcodes

Weerstanden worden gebruikt voor de stroombegrenzing op gevoelige componenten, evenals op voorweerstanden voor LEDs. De maateenheid
voor weerstanden is ohm. 1.000 ohm komt overeen met een kilo-ohm, afgekort kOhm. 1.000 k-ohm komt overeen met een mega-ohm, afgekort

mOhm. Vaak wordt voor de eenheid ohm ook het omega-teken Ω gebruikt.

De gekleurde ringen op de weerstanden geven de weerstandswaarde aan. Met een beetje oefening zijn ze duidelijk makkelijker te herkennen
dan heel kleine getallen, die men slechts nog op zeer oude weerstanden vindt.

De meeste weerstanden hebben vier van zulke gekleurde ringen. De eerste twee gekleurde ringen betreffen de cijfers, de derde een multiplicator
en de vierde de tolerantie. Deze tolerantiering is meestal goud- of zilverkleurig, kleuren die niet voorkomen op de eerste ringen. Daardoor is de
leesrichting altijd eenduidig. De tolerantiewaarde zelf speelt in de digitale elektronica bijna geen rol. De tabel geeft de betekenis weer van de
gekleurde ringen op weerstanden.

Het maakt niet uit in welke richting een weerstand wordt ingebouwd. Bij LEDs speelt de inbouwrichting daarentegen een belangrijke rol.

Verbindingskabel en draadbrug

De gekleurde verbindingskabels hebben aan beide zijden een dunne draadconnector waarmee ze in de buskader van de Arduino en op de
insteekprintplaat gestoken kunnen worden.

Verder bevat de adventskalender een draadbrug. Daarmee maakt u korte verbindingsbruggen waarmee contactrijen verbonden worden aan de
insteekprintplaat. Snijd de draad met een kleine kantensnijder per experiment af op de juiste lengte. Om de draad beter in de insteekprintplaat
te kunnen steken is het aan te bevelen deze licht scheef af te snijden, zodat er een soort wig ontstaat. Verwijder aan beide zijden op een lengte
van ongeveer een halve centimeter de isolatie.

Voorzorgsmaatregelen

Nooit enige Arduino-pennen met elkaar verbinden en afwachten wat er gebeurt.
Niet alle Arduino-pennen laten zich vrij programmeren. Sommige zijn speciaal geconfigureerd voor de stroomvoorziening en andere
doeleinden.
Enkele Arduino-pennen zijn direct met aansluitingen van de microcontroller verbonden, een kortsluiting kan de Arduino volledig verwoesten

- op z'n minst in theorie. De Arduino-plaatjes zijn verbazingwekkend stabiel tegen circuitfouten. Indien men twee pennen met elkaar verbindt
via een LED, dan moet er altijd een veiligheidsweerstand ertussen worden geplaatst.
Gebruik voor logicasignalen altijd de 3,3V pen. De 5V pen dient voor de stroomvoorziening van externe hardware. Hier kan (bijna) zoveel
stroom worden afgenomen als de aangesloten voeding levert. Deze pen mag echter niet worden verbonden met een digitale ingang.

1ste dag

Vandaag in de adventskalender

• Insteekprintplaat (SYB 46)

• LED rood

• 220 ohm weerstand (rood-rood-bruin)

• 2xverbindingskabel

Arduino voorbereiden

Om de Arduino in bedrijf te nemen, heeft men nodig:

• PC met Windows

• USB-Kabel (type B)

• Arduino-IDE

De verbinding tussen PC en Arduino gebeurt via een USB-kabel met de bijna vierkante stekker type B aan één kant. U hoeft zo'n kabel niet extra
te kopen, bijna alle moderne printers gebruiken dit stekkertype en terwijl u met de Arduino experimenteert zal u nauwelijks gelijktijdig printen.

Arduino nog niet aansluiten

Sluit de Arduino niet gelijk aan op de PC, maar installeer eerst de Arduino-software. Anders kan dit later problemen geven met de driver­installatie.

Software installatie in het kort

Voor de programmering van de Arduino levert de fabrikant een zeer overzichtelijke ontwikkelingsomgeving waarin men de programma's, die bij
Arduino als Sketch worden aangeduid, in een op C gelijkende programmeertaal kan schrijven. Deze Arduino-IDE brengt ook de verbinding tussen
PC en Arduino tot stand.

Voor iedereen die zijn Arduino nog niet bedrijfsklaar heeft, hier de systeeminstallatie in zeven stappen:

1 Download de Windows Installer voor de actuele versie van de Arduino-IDE van www.arduino.cc/en/Main/Software of gebruik gewoon het bestand

arduino-1.6.8-windows.exe uit de Downloads bij de adventskalender.

2 Installeer de Arduino-IDE alvorens de Arduino voor het eerst op de PC aan te sluiten. Daarmee worden de nodige drivers automatisch

geïnstalleerd en wordt de Arduino later automatisch herkend. Let er daarbij op dat in het dialoogveld Installation options alle vinkjes
geplaatst zijn. Afhankelijk van de Windows-configuratie is een bevestiging van het gebruikersaccountbeheer vereist.

3 Start na de installatie de Arduino-IDE en sluit de Arduino dan aan met een USB-kabel. De driver wordt nu automatisch geïnstalleerd en

simuleert via USB een seriële poort waarmee de Arduino verbonden is.

4 Kies pas nadat de driver geïnstalleerd is in het menu van de Arduino-IDE Tools/Port. In de meeste gevallen wordt slechts een enkele seriële

poort weergegeven. Zet hier het vinkje.

5 Kies vervolgens via het menupunt Tools/Board de Arduino/Genuino Uno, wanneer deze niet reeds automatisch wordt herkend.

6 Kies in het menu Bestand/Voorbeelden/Firmata/StandardFirmata. Er wordt een nieuw venster van de Arduino-IDE geopend met de

StandardFirmata-Sketch.

7 Klik op het symbool Uploaden in de bovenste symbolenlijst (het ronde symbool met de pijl naar rechts). Nu wordt de software gecompileerd

en overgedragen naar de aangesloten Arduino.

Wanneer u Linux of Mac OS X gebruikt: Op de website www.arduino.cc/en/Guide/HomePage vindt u installatie-instructies van de Arduino-IDE
voor deze besturingssystemen.

LED brandt

Voor het eerst experiment is er geen eigen programma nodig. Het Firmata-testprogramma schakelt een LED in en uit en controleert daarmee ook
gelijk of StandardFirmata werkt.

Componenten: 1x insteekprintplaat, 1x LED rood, 1x 220 ohm weerstand (rood-rood-bruin), 2x verbindingskabel

Sluit de LED met een voorweerstand aan op pen 5 van de Arduino, zoals afgebeeld.

Start nu het programma firmata_test.exe uit de downloads bij de adventskalender. Kies in het menu Poort de door de Arduino te gebruiken poort.
Dan verschijnen besturingselementen voor de pennen van de Arduino.

Het Firmata-testprogramma laat de LED oplichten.

Klik op de knop Low in de regel Pen 5, dan schakelt de LED in en schakelt de knop naar High om. Er nogmaals op klikken schakelt de LED weer
uit.

Voor statusindicatie zonder aanvullende hardware heeft de Arduino ook een eigen LED. Deze kan bestuurd worden via pen 13. Klik op de knop
Low in de regel Pen 13, dan schakelt deze LED in en uit.

Arduino uitschakelen

De Arduino heeft geen schakelaar, u hoeft alleen aan de stekker te trekken en hij schakelt uit. Bij de volgende keer inschakelen start de laatst
opgeslagen Sketch automatisch - in ons geval tevens de StandardFirmata. Hetzelfde gebeurt wanneer men op de reset-toets drukt.

2de dag

Vandaag in de adventskalender

• LED groen

• 220 ohm weerstand (rood-rood-bruin)

• Verbindingskabel

Afwisselend knipperlicht

Een eenvoudig programma laat twee LEDs afwisselend knipperen.

Componenten: 1x insteekprintplaat, 1x LED rood, 1x LED groen, 2x 220 ohm weerstand (rood-rood-bruin), 3x verbindingskabel

Het programma

Voor de projecten in de adventskalender gebruiken wij de eenvoudig te leren programmeertaal Snap4Arduino. Download de laatste versie op

s4a.cat/snap of gebruik gewoon het bestand Snap4Arduino-aktuell.exe uit de downloads bij de adventskalender.

Klik in Snap4Arduino op het Instellingen-symbool en kies in het menu Language.

Het instellingen-menu in Snap4Arduino

Kies »Nederlands« in de lijst.

Alvorens u met programmeren kunt beginnen, moet er verbinding gemaakt worden met de Arduino. Klik daarvoor linksboven in het blokpalet op
Arduino en vervolgens op verbinding maken met Arduino. Bij het openen van een nieuw programma in Snap4Arduino gaat de verbinding met
de Arduino vaak verloren. Indien er een fout optreedt wanneer u een nieuw programma start, verbindt de PC dan opnieuw met de Arduino, zoals
beschreven.

Snap4Arduino ondersteunt meerdere Arduino's op een PC. Zolang er slechts één Arduino is aangesloten wordt deze direct herkend en wordt de
verbinding tot stand gebracht.

De verbinding met de Arduino werd met succes tot stand gebracht.

De programma's bij de adventskalender

U kunt de programma's bij de adventskalender downloaden van www.buch.cd of u kunt ze eenvoudig elke zelf samenstellen aan de hand
van de afbeelding. Pak het ZIP-bestand van de download uit naar een register op de harde schijf. Klik dan linksboven in Snap4Arduino op het
Bestand-symbool en kies Importeren, om de programma's, die in XML-indeling zijn, in Snap4Arduino te importeren. Klik na het importeren in
het menu één keer op Opslaan. Vervolgens is het programma beschikbaar in de eigen bibliotheek, die via het menupunt Openen geopend
kan worden.

In Snap4Arduino hoeft men tijdens het programmeren geen programmacode te tikken. De blokken worden eenvoudig middels Drag-and-drop
aan elkaar gehangen. De blokkenkaart in het linker deel van het venster bevat de beschikbare blokken geordend op thema.

Het programma gebruikt de belangrijkste blokken:

Wanneer het groene vlagje wordt aangeklikt op de kaart Besturing dan leid dit bij de meeste programma's tot de start.

doorlopend van de kaart Besturing is een eindeloze lus die permanent wordt herhaald.

wacht... sec van de kaart Besturing laat het programma een bepaalde tijd wachten tot de volgende stap.

Zet digitale pen... op... van de kaart Arduino zet een digitale pen van de Arduino op een logische waarde waar of niet waar. deze beide

waarden zijn als blok op de kaart Operators te vinden.

Het programma start wanneer de gebruiker rechtsboven op het groene vlagje klikt.

Een doorlopendelus zorgt ervoor, dat de beide LEDs afwisselend eindeloos knipperen – tot de gebruiker op het rode Stop-symbool rechtsboven
in Snap4Arduino klikt.

Nadat de LED op pen 5 is ingeschakeld, wordt er 0,1 seconde gewacht, zodat StandardFirmate geen bevel „onderdrukt“. Tussen het plaatsen van
twee pennen moet altijd een minimale wachttijd ingebouwd worden. Vervolgens wordt de LED op pen 8 uitgeschakeld. Nu wacht het
programma een halve seconde.

Aanwijzing: Decimale punt

Snap4Arduino gebruikt zoals veel Amerikaanse programma's de punt als decimaalteken, niet de in Nederland en België gebruikelijke komma.

Vervolgens wordt op gelijke wijze de LED op pen 8 in- en op pen 5 uitgeschakeld. Na nog een halve seconde herhaalt de cyclus zich van voren af
aan.

3de dag

Vandaag in de adventskalender

• LED geel

• 220 ohm weerstand (rood-rood-bruin)

• Verbindingskabel

Verkeerslicht

Het experiment van de 3de dag schakelt een verkeerslicht uit drie LEDs in hun typische cyclus van rood via rood-geel naar groen en via geel terug
naar rood.

Componenten: 1x insteekprintplaat, 1x LED rood, 1x LED geel, 1x LED groen, 3x 220 ohm weerstand (rood-rood-bruin), 4x verbindingskabel

Het programma

Het programma werkt bijna net zo als dat van gisteren. Ook hier worden in een eindeloze lus na elkaar verschillende LED-combinaties in- en
uitgeschakeld. In de tussenfasen rood-geel en geel licht het verkeerslicht telkens 0,5 seconden op, in de fasen rood en groen telkens 3 seconden.
Deze tijden kunnen in de wacht...sec-blokken ook anders worden ingesteld.

De wachttijden tussen het schijnbaar gelijktijdig omschakelen van meerdere LEDs werd teruggebracht tot 0,01 seconde, wat technisch voldoende
is en door de toeschouwer nauwelijks waarneembaar is.

Het programma 03ampel01 laat de LEDs afwisselend knipperen.

4de dag

Vandaag in de adventskalender

• RGB-LED

RGB-LED knippert veelkleurig

Het experiment van de 4de dag laat een RGB-LED in volgorde in verschillende kleuren knipperen.

Componenten: 1x insteekprintplaat, 1x RGB-LED, 3x 220 ohm weerstand (rood-rood-bruin), 4x verbindingskabel

Het programma

Het programma werkt bijna net zo als dat van gisteren. Ook hier worden in een eindeloze lus na elkaar verschillende digitale pennen in- en
uitgeschakeld. In dit geval gaat het om de drie kleurcomponenten van de RGB-LED.

Additieve kleurmenging

RGB-LEDs gebruiken de zogenaamde additieve kleurmenging. De drie lichtkleuren rood, groen en blauw worden toegevoegd en leveren aan
het eind zuiver wit. Een kleurenprinter daarentegen gebruikt subtractieve kleurmenging. Elke kleur werkt op een wit blad als een filter dat een
deel van het wit gereflecteerde licht wegneemt (= aftrekt). Wanneer men alle drie de printerkleuren over elkaar afdrukt, dan geeft dat zwart,
dat helemaal geen licht meer reflecteert.

In het programma lichten door het afwisselend in- en uitschakelen altijd één, of twee kleurcomponenten op. Daardoor wisselt de RGB-LED tussen
zes verschillende kleuren.

Het programma 04rgb01 laat de LEDs afwisselend knipperen

De snelheid van de kleurwisseling wordt met de variabele z gestuurd, die bij het begin van het programma op een bepaalde waarde gezet wordt
en dan voor elke kleurwisseling geldt.

Variabelen in Snap4Arduino

Variabelen zijn kleine geheugenruimtes, waar men tijdens een programma een getal of iets anders kan opslaan. Wanneer het programma
wordt beëindigd, worden deze opslagruimtes voor variabelen automatisch weer gewist. Variabelen moeten eerst in Snap4Arduino
aangemaakt worden alvorens men ze kan gebruiken.

5de dag

Vandaag in de adventskalender

• LED rood

LED dimmen

Componenten: 1x insteekprintplaat, 2x LED rood, 2x 220 ohm weerstand (rood-rood-bruin), 3x verbindingskabel

LEDs zijn typische onderdelen voor de weergave van signalen in de digitale elektronica. Ze kunnen twee verschillende toestanden aannemen:
aan en uit, 0 en 1 of niet waar en waar. Hetzelfde geldt voor de als uitgangen gedefinieerde digitale pennen. Derhalve is het theoretisch niet
mogelijk om een LED te dimmen.

Met een truc is het toch mogelijk om de helderheid van een LED aan een digitale pen te regelen. Wanneer men een LED snel genoeg laat
knipperen, dan neem het menselijke oog het niet meer waar als knipperen. De als pulsbreedtemodulatie (PWM) aangeduide techniek levert een
pulserend signaal dat binnen zeer korte intervallen in- en uitschakelt. De spanning van het signaal blijft altijd gelijk, alleen de verhouding tussen
Level niet waar (0V) en Level waar (+3,3V) wordt gewijzigd. De pulsverhouding geeft de verhouding van de lengte van de ingeschakelde
toestand tot de totale duur van een schakelcyclus aan.

Hoe kleiner de pulsduur, hoe korter de brandtijd van de LED binnen een schakelcyclus. Daardoor werkt de LED donkerder dan een permanent
ingeschakelde LED.

Pennen voor PWM-signalen

De pennen 3, 5, 6, 9, 10, 11 worden op de Arduino met een ‚~‘-symbool aangeduid. Deze pennen kunnen gebruikt worden voor PWM.

Het programma

Het programma 05pwm01 dimt de beide LEDs cyclisch helderder en donkerder. Aan het begin worden daarvoor twee variabelen gedefinieerd:
helder geeft de PWM-waarde voor de helderheid van de LED en stap geeft de stapgrootte bij het dimmen aan. De actuele waarde van beide
variabelen wordt realtime rechtsboven weergegeven in het platform.

Nu begint er een eindeloze lus. Als eerste wordt bij elke lusdoorloop de actuele waarde van de variabele helder als PWM-waarde op de pen5 en
na een korte wachttijd op de pen 6 gegeven. Aansluitend wordt de waarde van de variabele helder met de waarde stap verhoogd.

In de volgende stap wordt gecontroleerd of de waarde van helder de grens 0 of 100 heeft bereikt. In dit geval wordt er een of-blok ingezet, dat
wederom plaats voor twee verdere vragen bevat. Indien van deze twee minimaal één waar is, dan geeft het of-blok de waard waar terug en de
inhoud van het niet waar-blok wordt uitgevoerd.

Twee gelijkheidsvragen controleren of de variabele helder de waarde 0 of 100 bereikt heeft. Klopt dit, dan wordt de variabele pas op een nieuwe
waarde gezet. Omdat Snap4Arduino geen mogelijkheid biedt om het voorteken van een variabele om te keren, gebruiken we de Operator ‚-‘ en
trekken we de waarde van de variabele af van 0, wat hetzelfde resultaat oplevert.

Tot slot wacht het programma 0,025 seconden. Aansluitend start de eindeloze lus opnieuw en levert de LEDs een nieuwe PWM-waarde.

6de dag

Vandaag in de adventskalender