Conrad 10222 Operation Manual

Raspberry Pi-Projekte für Young Makers

POWERED BY

Liebe Kunden!

ieses Produkt wurde in Übereinstimmung mit den geltenden europäischen Richtlinien hergestellt und trägt daher das

D CE-Zeichen. Der bestimmungsgemäße Gebrauch ist in der beiliegenden Anleitung beschrieben.

ei jeder anderen Nutzung oder Veränderung des Produktes sind allein Sie für die Einhaltung der geltenden Regeln

B verantwortlich. Bauen Sie die Schaltungen deshalb genau so auf, wie es in der Anleitung beschrieben wird.

as Produkt darf nur zusammen mit dieser Anleitung weitergegeben werden.

D

Das Symbol der durchkreuzten Mülltonne bedeutet, dass dieses Produkt getrennt vom Hausmüll als Elektroschrott dem Recycling zugeführt werden muss. Wo Sie die nächstgelegene kostenlose Annahmestelle finden, sagt Ihnen Ihre

ommunale Verwaltung.

k

Achtung! Augenschutz und LEDs:

Blicken Sie nicht aus geringer Entfernung direkt in eine LED, denn ein direkter Blick kann Netzhautschäden verursachen! Dies gilt besonders für helle LEDs im klaren Gehäuse sowie in besonderem Maße für Power-LEDs. Bei weißen, blauen, violetten und ultravioletten LEDs gibt die scheinbare Helligkeit einen falschen Eindruck von der tatsächlichen Gefahr für

Ihre Augen. Besondere Vorsicht ist bei der Verwendung von Sammellinsen geboten. Betreiben Sie die LEDs so wie in der Anleitung vorgesehen, nicht aber mit größeren Strömen.

Alle Rechte vorbehalten, auch die der fotomechanischen Wiedergabe und der Speicherung in elektronischen Medien. Das Erstellen und Verbreiten von Kopien auf Papier, auf Datenträgern oder im Internet, insbesondere als PDF, ist nur mit ausdrücklicher Genehmigung des Verlags gestattet und wird widrigenfalls strafrechtlich verfolgt.

Die meisten Produktbezeichnungen von Hard- und Software sowie Firmennamen und Firmenlogos, die in diesem Werk genannt werden, sind in der Regel gleichzeitig auch eingetragene Warenzeichen und sollten als solche betrachtet werden. Der Verlag folgt bei den Produktbezeichnungen im Wesentlichen den Schreibweisen der Hersteller.

Alle in diesem Buch vorgestellten Schaltungen und Programme wurden mit der größtmöglichen Sorgfalt entwickelt, geprüft und getestet. Trotzdem können Fehler im Buch und in der Software nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag und Autor haften in Fällen des Vorsatzes oder der groben Fahrlässigkeit nach den gesetzlichen Bestimmungen. Im Übrigen haften Verlag und Autor nur nach dem Produkthaftungsgesetz wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit oder wegen der schuldhaften Verletzung wesentlicher Vertragspflichten. Der Schadens- ersatzanspruch für die Verletzung wesentlicher Vertragspflichten ist auf den vertragstypischen, vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht ein Fall der zwingenden Haftung nach dem Produkthaftungsgesetz gegeben ist.

Autor: Christian Immler

Art & Design: www.ideehoch2.de

Satz: DTP-Satz A. Kugge, München

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So funktioniert das Programm

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82

Inhaltsverzeichnis

Raspberry Pi vorbereiten ...............................................................6

Betriebssystem installieren ....................................................................

Der erste Start des Raspberry P

Die Teile im Paket ...................................................................................

LEDs

RGB-LEDs ................................................................................................

Knete, Draht und Krokodilklemmen-Kabel

1 Elektronik steuern mit Knetekontakten ......................................34

s geht los! o funktioniert das Programm

2 Fußgängerampel ............................................................................56

3 RGB-LED mit Knetekontakten steuern........................................62

o funktioniert das Programm

24

4

0

4 LED-Würfel .......................................................................................66

o funktioniert das Programm ................................................................7

5 Ein Scratch-Spiel mit einem Gamepad aus Knete steuern ........78

Der Raspberry Pi erzeugt Tön

o funktioniert das Programm ...............................................................

5

81

Der kleine Hacker

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Raspberry Pi vorbereiten

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ist das engli-

Ap

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er Raspberry Pi ist – auch

wenn es auf den ersten Blick

ar nicht so aussieht – ein voll

wertiger Computer. Du kannst

amit Texte schreiben, ins

nternet gehen, Spiele spie

len oder Filme ansehen. Vieles

eht etwas langsamer, als man

es von modernen PCs gewohnt

st, dafür ist der Raspberry Pi a auch viel kleiner und vor

llem billiger als ein PC

nd du kannst den Ras

berry Pi programmieren – das

eht sogar viel leichter als auf em PC, weil alle dafür not

wendigen Werkzeuge bereits

DER NAME RASPBERRY PI

Raspberr

sche Wort für Himbeere. Schon früher wurden

omputer nach Früchten

benannt, wie z. B. Apple,

ricot, Blackberry. Pi steht für Python Interpreter, eine wichtige Programmiersprache

uf dem Raspberry Pi.

usammen genommen ergibt sich ein Name, der wie das englische Wort für Himbeerkuchen

raspberrypie, klingt

Die Anschlüsse des Raspberry Pi

6

vorinstalliert sind und einfachere,

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Ältere Ladegeräte aus den Anfangs-

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verständliche Programmiersprachen verwendet werden. Python, das dem Raspberry Pi seinen Namen gegeben

at, und vor allem Scratch sind deut

lich leichter zu erlernen als C++ und

ava, die sich unter Profiprogram

ierern auf dem PC durchgesetzt

n

Im Laufe der noch sehr kurzen Geschichte des Raspberry Pi wurden verschiedene Modelle entwickelt. Für

nsere Projekte kannst du alle aktu ellen Raspberry-Pi-Modelle B+, Pi 2 und Pi 3 verwenden

B-L

hnik sin

h zu schwach. Das Netzteil sollt

indestens 1.000 mA liefern, besser

.

mA. Der eingebaute Leistungs

egler verhindert ein „Durchbren

en“ bei zu starken Netzteilen. Wie

viel Strom ein Handyladegerät liefert,

teht ganz klein gedruckt auf den

eräten

ie für einen „großen“ PC

raucht man auch für den Raspberry Pi einiges Zube

ör, um ihn wirklich benutzen

u können

STROM ÜBER MICRO-USBHANDYLADEGERÄT

Der Raspberry Pi benö

t nur wenig Strom und

uss deshalb nicht wie ein

PC direkt an eine Steck

ose angeschlossen werden.

ur Stromversorgung reicht

edes moderne Handynetzteil.

SO ERKENNT MAN EIN ZU SCHWACHES NETZTEIL

Wenn der Raspberry Pi

war bootet, sich dann

ber keine Mausbewegung erkennen lässt oder das System nicht

uf Tastatureingaben reagiert, deutet das

uf eine zu schwache Stromversorgung hin.

uch wenn kein Zugriff

uf angeschlossene USB-Sticks oder Festplatten möglich ist, solltest du ein stärkeres Netzteil verwenden

7

Der kleine Hacker

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Raspberry Pi vorbereiten

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Dieses Netzteil liefert 2A = 2000mA; das

st völlig ausreichend für aktuelle Raspberry-

Pi-Modelle.

MONITOR

ösung nur mit Einschränkungen

edienen, Scratch fast gar nicht. Deshalb ist di empfehlen

nicht z

TASTATUR UND MAUS

Am Raspberry Pi kann jede gängige Tastatur mit USB-Anschluss genutzt werden. Kabellose Tastaturen funk

ionieren manchmal nicht, da sie zu

viel Strom oder gar spezielle Treiber

enötigen

Natürlich brauchst du einen Moni

um auch zu sehen, was du tust.

Der Raspberry Pi kann per HDMI-Ka

el an moderne Monitore oder Fern

eher angeschlossen werden. Zum

nschluss an Computermonitore

it DVI-Anschluss gibt es spezi

elle HDMI-Kabel oder Adapter. Es

ibt auch Adapter zum Anschluss an

VGA-Monitore, die allerdings ver

leichsweise teuer sind

teht kein HDMI-Monitor zur Ver fügung, kann der Raspberry Pi mit einem analo gen FBAS-Videokabel an einen klassischen Fernseher ange

chlossen werden, wobei die Bild chirmauflösung allerdings sehr

iedrig ist. Die grafische Oberfläche lässt sich in analoger Fernsehauf

8

Einige USB-Tastaturen haben einen weiteren USB-Anschl Maus. Dadurch ersparst du dir am Raspberry Pi einen USB-Anschluss, was besonders beim Rasp berry Pi A+ wichtig ist, der nur einen USB-An

t. Die anderen aktuellen Raspberry-Pi-Modelle haben vier USB-Anschlüsse, die immer ausrei

hen sollten

NETZWERKKABEL

Möchtest du mit dem Raspberry Pi ins Internet, brauchst du ein Netz werkkabel, um ihn mit deinem Rou

er zu verbinden. Für die Experi

ente in diesem Paket benötigst

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Raspberry Pi mit angeschlossenen Kabeln: USB-Tastatur (transparent), Netzwerk (gelb),

)

HDMI-Monitor (schwarz

und Netzteil (weiß

u keine Internetverbindung. Der

Raspberry Pi 3 hat ein eingebautes

LAN-Modul. Hier ist kein Netz

werkk

ung nöti

l für eine Internetverbin

SPEICHERKARTE

Der Raspberry Pi hat keine Fest platte, stattdessen wird eine Spei

herkarte verwendet. Sie enthält as Betriebssystem. Eigene Daten

nd installierte Programme wer en ebenfalls darauf gespeichert.

ie Speicherkarte muss mindes

ens 4 GB groß sein. Auf der Rück

eite befindet sich der Steckplatz für ine MicroSD-Karte. MicroSD-Kar

en sind deutlich stabiler als frühere

eicherkartenformate und rasten

im Stecksockel fest ein. Um sie wie

er herauszubekommen, drücke die

eicherkarte noch einmal leicht in

en Stecksockel, dann löst sich die

alterung, und eine kleine Feder

chiebt die Karte heraus

9

Der kleine Hacker

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Raspberry Pi vorbereiten

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assen sich alle nu

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er MicroSD-Speicherkartensteckplatz auf der Rückseite des RaspberryP

Die Stiftleiste an der einen Seite des

DIE GPIO-ANSCHLÜSSE AM RASPBERRY PI

Was den Raspberry Pi so besonders

nd bei Makern so beliebt macht

ist die Möglichkeit, Elektronik anzu

chließen und sie mit eigenen Pro

rammen zu steuern. Das geht mit inem PC nicht, denn dort gibt es eine Anschlüsse, die sich so leicht

für eigene Bastelprojekte nutzen las

Raspberry Pi wird als GPIO bezeich

et. Die englische Abkürzung für

General Purpose Input Output

et auf Deutsch einfach Allgemeine

Ein- und Ausgabe

Von di

it einer Zahl bezeichneten Pin

wahlweise als Eingang oder Ausgan

rogrammieren und so für vielfältige

Hardwareexperimente nutzen. Die

brigen sind für die Stromversor

n Pins l

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GPIO-Pins am Raspberry Pi

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IMMER +3,3V VERWENDEN

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erwende für elektronische Experimente immer die +3,3-V-Anschlüsse des Raspberry Pi und nicht die +5-V-Anschlüsse. Würde 5-V-Spannung durch eine elektronische Schaltung wieder zurück auf einen GPIO-Pin kommen, würde dies den Raspberry Pi beschädigen. Die +5-V-Anschlüsse sind nur für externe Geräte wie zum Beispiel Servomotoren gedacht und nicht für Logiksignale

ung und andere Zwecke fest einge

richtet. Es gibt je zwei Pins mit +3,3 V

twas Glück schon für unter 20 Eur

kommen nd +5 V Spannung sowie insgesamt cht Pins mit Masseanschluss

a der Raspberry Pi A+ keinen Netz werkanschluss hat, kommst du nur mit zusätzlicher Hardware ins Inter net, was aber für unsere Projekte gar

DER RASPBERRY PI A+

nicht nötig ist. Allerdings benötigst

u eine Tastatur mit USB-Anschluss

eben den bekannten Modellen B+

i 2 und Pi 3 gibt es auch den etwas

kleineren Raspberry Pi A+ mit nur

ür die Maus oder einen USB-Hub

m Tastatur und Maus gleichzeiti nschließen zu können

einem USB-Port, ohne Netzwerk

nschluss und mit etwas verein

fachter Hardwareleistung. Dieses

odell verfügt aber über die gleiche

PIO-Schnittstelle und ist billiger

ie aktuelle Version des Raspbi

n-Betriebssystems Jessie läuft auf em B+, Pi 2, Pi 3 und dem A+ glei hermaßen.

ls die anderen. Man kann es mit

11

Der kleine Hacker

De

Raspberry Pi vorbereiten

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auchst du eine

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er Raspberry Pi A

BETRIEBSSYSTEM INSTALLIEREN

Der Raspberry Pi verwendet Linux

nd kein Windows, aber das sieht uch nicht viel anders aus. Linux

at den großen Vorteil, dass es längst nicht so hardwarehungrig ist wie Windows. Außerdem ist Linux „freie Software“. Das heißt, jeder

arf Linux nutzen, für seine eigenen

wecke anpassen und auch beliebig weitergeben, ohne Seriennummern verwenden oder sich mit Lizenzen

erumärgern zu müssen

12

ir haben für dieses Paket ein spe

ielles Linux vorbereitet, das bereits

lles Nötige enthält, damit man

ofort mit den Experimenten losle

en kann. Du findest alle notwendi en Dateien auf der DVD

SPEICHERKARTE VORBEREITEN

Da der Raspberry Pi selbst noch

icht booten kann, bereiten wir die peicherkarte auf dem PC vor. Dazu r

n Kartenl

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INFO

Unser Linux für den Raspberry Pi

basiert auf dem origi-

nal Raspbian-Betriebssystem

Jessie, das die Raspberry-Pi-Stiftung

(www.raspberrypi.org) anbietet. Bei dieser

Linux-Version ist die Programmiersprache

Scratch, die wir verwenden, auch schon dabei.

Wir haben zusätzlich die verwendeten Pro-

gramme für die Projekte vorinstalliert und

alles komplett auf Deutsch eingestellt.

Unsere Raspbian-Version ist nur etwa

3,7 GB groß und passt somit auf

jede 4-GB- Speicherkarte –

auf größere natürlich

auch.

PC. Dieser kann fest eingebaut oder per USB angeschlossen werden.

enn dein PC noch keinen Kartenle

er hat, besorge dir am besten einen kleinen Kartenleser in USB-Stick Form. Die einfachen Modelle, die nur MicroSD-Karten lesen und bei manchen Speicherkarten sogar mit

eliefert werden, reichen völlig aus,

a wir genau dieses Kartenformat für den Raspberry Pi brauchen und

ndere Kartentypen inzwischen weit

ehend ungebräuch

ich sind. Smartphones

nd Tablets verwen

en üblicherweise auch

MicroSD-Karten. Bei im PC

eingebauten Kartenlesern ist

für MicroSD-Karten meistens

ein Adapter erforderlich, der bei

euen MicroSD-Karten oft mitge

iefert wird.

enn du eine fabrikneue Speicher arte verwendest oder eine, die bis er nur in Smartphones oder Tablets enutzt wurde, ist sie bereits vom

ersteller optimal vorformatiert,

13

Der kleine Hacker

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Raspberry Pi vorbereiten

auchst dich um die For-

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der SD Asso-

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nd du br

matierung nicht zu kümmern

ast du die Speicher

karte früher schon einmal

für einen Raspberry Pi

ACHTUNG

Egal ob neu formatiert oder nicht:

Bei der Installation des Betriebssys-

tems werden alle Daten, die sich auf

der Speicherkarte befinden, unwider-

ruflich gelöscht. Also vorher alles

sichern, was wichtig ist!

erkennt

Um die Speicherkarte neu zu forma

ieren, lade dir das kostenlose Pro

ramm SD Formatter

iation unter www.sdcard.org/

downloads/formatter_4 herunter.

der einen anderen

Linux-Computer ver

formatiert werden r Kartenl

röße der Speicherkarte rich

endet, muss sie neu

damit

r im PC di

Das SD-Formatter-Tool unter Windows in Aktion

14

Das Programm erkennt die Spei cherkarte im Kartenleser automa

isch und zeigt ihre Größe an. Sollte

ie Speicherkarte Partitionen aus

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wird die

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iner früheren Linux-Installation nthalten, zeigt der SD Formatter

nicht die vollständige Größe an. Kli

ke in di

wähle die Formatierungsoption ON

i Format Size Adjustment. Nach

inem Klick auf Format

peicherkarte in ihrer vollen Größe

formatiert

m Fall auf Option un

IMAGE-DATEI AUF DIE SPEICHERKARTE ÜBERTRAGEN

r DVD fin

mage-Datei des Raspbian-Betriebs

ystems, die jetzt auf die Speicher arte übertragen werden muss.

ie Datei kann nicht einfach kopiert

erden, sie enthält ein Abbild der

inux-Partition mit dem Bootblock nd der kompletten Verzeichnis truktur des Raspbian-Betriebs ystems, das auf der Speicherkarte ootfähig installiert wird

er Startbi

schirm der DVD

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Der kleine Hacker

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aus.

ur Übertragung solcher Image-Da

eien gibt es ein Spezialprogramm,

USB-Image-Tool von www.alex-

page.de. Du brauchst es nicht herun

erzuladen, es ist auf der DVD vor

anden

tecke die Speicherkarte in den

1

artenleser und starte das

USB-Ima

es Programm braucht nicht vorher

uf dem PC installiert zu werden

e-Tool von der DVD. Die

Klicke

2

Mode auf das Symbol der Spei-

cherkarte. Rechts tauchen dann jede Menge technischer Daten auf sowie

er Laufwerksbuchstabe, unter dem

indows die Speicherkarte anspricht.

ollte oben links statt Device Mode

r Volume Mode ausgewählt sein,

chalte auf Device Mode um.

licke dann auf Restore und

3

ähle die Image-Datei rasp

berrypikids.img von der DVD

n links unter Device

Das USB-Image-Tool von der DVD

16

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tarte danach den Kopiervor

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Stecke die Speicherkarte in den

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Strom anschluss ko

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4

ang, der einige Minuten dau

rn kann. Nach A

peicherkarte fertig vorbereitet, und

kannst sie

nehmen.

m PC her

teckplatz auf der Rückseite des

aspberry Pi und schließe Tasta

ur, Maus und Monitor an. Der USB

mmt als Letztes.

amit wird der Raspberry Pi einge

chaltet. Einen extra Einschaltknopf

bt es nicht

DER ERSTE START DES RASPBERRY PI

etzt ist es so weit, und du kannst en Raspberry Pi zum ersten Mal

booten

er Raspberry Pi bootet und zeigt

i auf einem schwarzen Bil chirm diverse Linux-Kommandos ie schnell durchr

erst einmal nicht weiter interessie

en müssen. Wundere dich nicht, wie

Die Benutzeroberfläche auf dem Raspberry Pi

17

Der kleine Hacker

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ebbrowser und de

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chnell das geht. Trotz der geringen

Hardwareleistung bootet das kom

lette Linux-Betriebssystem deut

lich schneller als ein Windows-PC.

m Ende erscheint ein Desktop, der

Windows relativ ähnlich sieht. Die

us Windows bekannte Taskleiste

findet sich hier am

rmrand

DasMenü-Symbol ganz links oben öffnet das Startmenü, die Symbole

n

Dateimanager. Das Startmenü ist wie

nter Windows mehrstufig aufge

n W

n Bil

n

aut. Um die Experimente in diesem

Kapitel nachzubauen und zu pro

rammieren, brauchst du die Pro ramme im Startmenü nicht alle. Wir

verwenden nur Scratch

tarte Scratch über das Desk

op-Symbol oder aus dem Startmenü

nter Entwicklung

r Windows kannst du di

Fenster über den Bildschirm schie

en, indem du sie mit der Maus an er Titelzeile anfasst.

18

Mit dem zweiten Symbol

Scratc

d-

s

zu haben.

a

S

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echts oben kannst du das

h-Fenster auf volle Bil

chirmgröße vergrößern, um

ehr Platz zum Programmieren

RASPBERRYPI AUSSCHALTEN

Theoretisch kann man bei dem Raspberry Pi einfach den Stecker ziehen, und er schaltet sich

b. Besser ist es jedoch,

ihn wie einen PC sauber herunterzufahren. Wähle dazu im Startmenü

hutdownund klicke

dann auf Shutdown und

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19

Der kleine Hacker

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Raspberry Pi vorbereiten

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DIE TEILE IM PAKET

x Steckbrett

2x LEDs

x LEDs rot

2x LED

x LED bl

x RGB-LE

x 220-Ohm-Widerständ

x 20-MOhm-Widerständ

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4x Krokodilklemmenkabel

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STECKBRETTER

Für den schnellen Auf

ischer Schaltungen, ohne löten zu

üssen, ist ein Steckbrett im Paket enthalten. Hier können elektronische Bauteile direkt in ein Lochraster

esteckt werden.

Bei diesen Steckbrettern sind die

ußeren Längsreihen über Kontakte

X und Y) alle miteinander verbunden. Di Plus- und Minuspol zur Stromversor

ung der Schaltungen genutzt. In den nderen Kontaktreihen sind jeweils

fünf Kontakte (A bis E und F bis J

uer miteinander verbunden, wobei in der Mitte der Platine eine Lücke ist. So können in der Mitte größere Bauelemente gesteckt und nach

ußen hin verdrahtet werden

ktreihen werden oft al

ktr

VERBINDUNGSKABEL

Die farbigen Verbindungskabel

aben alle auf einer Seite einen dün en Drahtstecker, mit dem sie sich uf das Steckbrett stecken lassen.

Auf der anderen Seite ist eine Steck

uchse, die auf einen GPIO-Pin des

Raspberry Pi passt

WIDERSTÄNDE

Ein Widerstand begrenzt den Strom,

er durch eine Leitung fließt. Man

nn ihn sich vorstellen wie ein dün

es Stück Gartenschlauch, das in ein

asserrohr eingebaut wird. Durch

ie Rohrleitung fließt dann im Gan

en weniger Wasser, nämlich nur

och so viel, wie durch den Schlauch indurchkommt

22

Das Bild zeigt, wel

m

St

kbrett miteinan

er verbunden sind.

Widerstände werde

n zur Strom

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renzung an empfindlichen elekt ronischen Bauteilen sowie als Vor widerstände für LEDs verwendet. Die Maßeinheit für Widerstän

st Ohm. 1.

hm entsprechen inem Kiloohm, abgekürzt kOhm. .

hm entsprechen einem Megaohm, abgekürzt MOhm. Oft wird für die Einheit

hm das Omega-Zei

hen Ω verwendet.

Die farbigen Ringe auf den Wider

tänden geben den Widerstandswert n. Mit etwas Übung sind sie deutlich

leichter zu erkennen als die winzi

anz alten Widerständen findet

ie meisten Widerstände haben vier olcher Farbringe. Die ersten bei en Farbringe bezeichnen die Ziffern, er dritte einen Multiplikator und der

erte die Toleranz. Der Toleranzring

ist meistens gold oder silbern, das

eißt in Farben, die auf den ersten

ingen nicht vorkommen. Dadurch

ist die Leserichtung immer eindeutig.

er Toleranzwert selbst spielt in der

igitalelektronik kaum eine Rolle.

ie Tabelle zeigt die Bedeutung der

arbigen Ringe auf Widerständen

ar

r

Gold

Schwarz

Braun Rot Orange

el

r

Blau

Violett

Grau

W

Widerstandswert in Oh

. Ring

Zehner

. Ring

Einer

. Ring

Multiplikator)

−

= 0,01 ±10

−1

= 0,1±

4. Ring Toleranz

= 1

= 1 = 1 = 1.

±1 ±2

= 10.

= 100.

06 = 1.000.00

= 10. = 100. = 1.

±0,5 % ±0,25 % ±0,1 % ±0,05 %

23

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m Paket sind Widerstände in nur

i verschi

n Werten enthal

n:

Wert

20 OhmRot

. Ring

Zehner

ot Schwarz

. Ring

Einer

t

chte darauf, die beiden Wider

tandsarten nicht zu verwechseln.

ie Schaltungen würden dann nicht

funktionieren. Die Widerstände

ehen zwar gleich groß aus, ein

-MOhm-Widerstand ist inhunderttausendmal stärker als in 220-Ohm-Widerstand

n welcher Richtung ein Widerstand

ingebaut wird, ist egal. Bei LEDs agegen spielt die Einbaurichtun ine wichtige Rolle

LEDS

ED ist die Abkürzung für das en

lische Wort „light emmitting diode“, was wörtlich übersetzt

Licht ab strahlende

iode“ oder einfach euchtdiode bedeutet. EDs können schön unt leuchten, wenn

chaltplan einer LED mit Vorwiderstand

trom in einer Richtung durch sie indurchfließt. In der anderen Rich

. Ring

Multipl.

raun

au

4. Ring Toleranz

l

old Widerstand für

erwendung

rwider stand

r LED

nete kontakt

lassen sie nichts durch und

euchten auch nicht

LEDs werden in Schaltungen mit einem pfeilförmigen Dreieckssym

ol dargestellt, das die Flussrichtun vom Pluspol zum Minuspol oder zur Masseleitung angibt

Eine LED lässt in der Durchfluss

ichtung nahezu beliebig viel Strom

urch, sie hat nur einen sehr gerin

en Widerstand. Um den Durch

lussstrom zu begrenzen und so ein

Durchbrennen der LED zu verhin

ern, muss zwischen dem verwende

en GPIO-Pin und der Anode der LED

ein 220-Ohm-Vorwiderstand (Rot

24

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auch de

zu hohen Stromstärken.

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sorgung

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LED – IN WELCHER RICHTUNG

.

2

l

ANSCHLIESSEN?

Die beiden Anschlussdrähte einer LED sind unterschiedlich lang. Der längere ist die Anode (der Pluspol), der kürzere die Kathode (der Minuspol). Einfach zu merken: Das Pluszeichen

at einen Strich mehr als das Minuszeichen und

acht quasi den Draht etwas länger. Außerdem sind die meisten LEDs auf der Minusseite abgeflacht, wie ein Minuszeichen. Leicht zu merken: Kathode = kurz = Kante

Rot-Braun) eingebaut werden. Die

r Vorwiderstand schützt

PIO-Ausgang des Raspberry Pi vor

n

Probiere einfach einmal eine LED

us. Baue dazu die abgebildete

chaltung auf einem Steckbrett auf.

In diesem ersten Experiment wird

er Raspberry Pi nur als Stromver

für die LED genutzt. Die eiden verwendeten Pins am Ras erry Pi sind immer mit +3,3 V und

Masse geschaltet. Die LED leuchtet

mmer, man braucht keinerlei Pro

ramm dazu

BENÖTIGTE BAUTEILE

x Steckbrett x LED rot x 220-Ohm-

Widerstand

x Verbindungs-

kabe

25

Der kleine Hacker

De

Raspberry Pi vorbereiten

euchtet imme

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Die erste LED am Raspberry P

RGB-LEDS

Eine normale LED l einer Farbe. Bei den im Paket mitgeliefer

en LEDs kann man

ie Farbe auch dann

erkennen, wenn die

26

r nur in

LED aus ist. Es gibt aber auch LEDs,

ie transparent aussehen und ihre

Farbe erst zeigen, wenn Strom fließt

Anschlusspins einer RGB-LE

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Schaltplan für eine RGB-LED mit drei Vorwiderständen

euchte

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3

l

RGB-LEDs können wahlweise in mehreren Farben l

n. Bei

hnen sind im Prinzip drei LEDs mit verschiedenen Farben in ein transpa rentes Gehäuse eingebaut. Jede die

er drei LEDs hat eine eigene Anode, ber die sie mit einem GPIO-Pin ver

bunden wird. Die Kathode, die mit

er Masseleitung verbunden wird, ist nur einmal vorhanden. Deshalb hat eine RGB-LED vier Anschlussdrähte.

Die Anschlussdrähte der RGB-LEDs

ind unterschiedlich lang, damit

ie eindeutig zu erkennen sind. Im Gegensatz zu normalen LEDs ist die Kathode bei ihnen der längste Draht

n wie drei einzeln

EDs und br

halb auch drei Vorwider

tände

t der abgebildeten

chaltung kannst du die

nktionen einer RGB

ED ausprobieren. Wie beim letzten Experiment wird der Raspberry Pi nur

ls Stromversorgung für ie LED genutzt.

BENÖTIGTE BAUTEILE

1x Steckbrett 1x RGB-LED

x 220-Ohm-Wi-

derstand

2x Verbindungs-

abel 4x Drahtbrücke 1x Krokodil-

klemmen-Ka-

e

27

Der kleine Hacker

De

Raspberry Pi vorbereiten

-

t

,

.

-

s

.

a

ß

a

,

.

Add

ADDITIVE FARBMISCHUNG

RGB-LEDs verwenden die sogenannte additive Farbmischung. Dabei werden die drei Lichtfarben Rot, Grün und Blau addiert und ergeben reines Weiß. Im Gegensatz dazu verwendet ein Farbdrucker die subtraktive Farbmischung. Jede Farbe wirkt

uf einem weißen Blatt wie ein Filter, der einen Teil des wei

eflektierenden Lichts wegnimmt (= subtrahiert). Druckt man

lle drei Druckerfarben übereinander, erhält man Schwarz

das gar kein Licht mehr reflektiert

itive Farbmischung

Die grauen Linien auf dem Steckbrett

ezeichnen etwa 2 cm lange Draht rücken, die du aus dem mitgeliefer

en Draht zurechtbiegen kannst.

Beachte beim Einbau der RGB-LED

ass die flache Seite oben ist

Nimm ein Krokodilklemmen-Kabel

nd klemme die eine Klemme an die

Drahtbrücke oben am +3,3-V-An

chluss. Berühre mit der anderen

Klemme nacheinander die anderen

28

rei Drahtbrücken. Die Pfeile zeigen ie Farben, in denen die RGB-LED ann leuchten wird

bie-

k

i

DRAHT SCHRÄG ABSCHNEIDEN

w

.

Der mitgelieferte Draht ist relativ dick, damit er sich nicht zu leicht verbiegt und sich mit den Krokodilklemmen gut greifen lässt. Es kann passieren, dass er sich besonders am Anfang,

enn die Steckbretter noch neu sind, schwer in die Kontaktlöcher stecken lässt. Schneide deshalb den Draht für die Anschlüsse am Steckbrett mit der Zange schräg ab. Dann entsteht eine leichte Spitze, die sich einfacher in das Steckbrett stecken lässt

29

RGB-LED auspro ren – dafür ist

ein

rogramm

nöt

g.

Der kleine Hacker

De

Raspberry Pi vorbereiten

-

oder be

-

.

S

-

a

.

S

,

w

g

.

KROKODILKLEMME

Warum die Krokodilklemmen-Kabel so heißen

ie sie heißen, kann sich jeder leicht vorstellen.

Wir haben uns diesen Namen übrigens nicht aus-

edacht. Es ist die unter Elektrikern wirklich ge-

bräuchliche Bezeichnung für diese Art von Kabel

KNETE, DRAHT UND KROKODILKLEMMEN-KABEL

Im Paket befinden sich Knete, Draht

nd Krokodilklemmen-Kabel. Damit auen wir Kontaktschalter, um die

Elektronikexperimente zu steu

rn. Die Knete kann Tasten

einem Spiel auch ein ganzes Game

ad ersetzen

30

KNETEKONTAKTE BAUEN

ür einen Knetekontakt

1

brauchst du als Erstes ein

tück Knete. Forme aus zwei Stü

cken Knete (rot und blau) zwei etwa

bis 3 cm große Kugeln oder eine

ndere Form, die gut in der Hand

iegt

i

chneide mit einer Zange zwei

2

etwa 4 bis 5 cm lange Stücke

vom Draht ab, biege sie zu je einem

-

½ cm aus de

aus-

s

WARUM EIGENTLICH KNETE?

.

a

abels so

Knete leitet Strom ähnlich gut wie deine Haut. Sie lässt sich leicht in jede beliebige Form bringen, und ein Knetekontakt fasst sich viel besser an als ein einfaches Stück Draht. Die Fläche, mit der deine Hand den Kontakt berührt, ist deutlich größer. So kommt es nicht so leicht zu einem

Wackelkontakt“. Natürlich kannst du auch andere leitfähige Dinge, wie zum Beispiel einen Löffel oder eine Münze, an ein Krokodilklemmen-Kabel klemmen und als Kontakt nutzen. Die neuartige leichte „Kugelknete“ mit ihren eingebauten Styroporkügelchen eignet sich nicht. Sie leitet den Strom nicht gut genug

weit in die Knetekugeln, dass der Draht nicht mehr von allein heraus rutschen kann.

U“ und stecke die beiden Enden so

Letztlich sollte er noch etwa

3

r Knete her

tehen. Klemme hier

eines der Krokodilklemmen-Kabel

n.

Das andere Ende des Krokodil-

4

lemmen-K

ll mit der

lektronik auf dem Steckbrett ver-

nden werden. Schneide dazu noch

31

Der kleine Hacker

De

Raspberry Pi vorbereiten

z

S

-

a

s

-

abel der beide

-

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t

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.

ssche

asser e

e-

-

s

-

g.

-

l

FÜR JEDEN KNETEKONTAKT BRAUCHST DU:

Stück Knete

U-förmig gebogenen Draht von etwa 4 bis 5 cm Länge für den Anschluss der Krokodilklemme an der Knete

U-förmig gebogenen Draht von etwa 2 bis 3 cm Länge für den Anschluss der Krokodilklemme am Steckbrett

Krokodilklemmen-Kabe

wei kürzere, nur etwa 2 cm lange

tücke vom Draht ab und biege dar

us auch je ein „U“. Stecke diese dann

n das Steckbrett. In den Abbildungen

ind diese Kabelanschlüsse grau dar-

estellt, um die blanken Drähte von en farbigen, isolierten Verbindungsabeln zu unterscheiden.

5

Knetekontakte an die gerade gebau

en Anschlüsse auf dem Steckbrett

Da du jetzt weißt, was ein Knetekon

akt ist und wie man ihn bastelt, wer

en wir diesen Schritt bei den folgen en Experimenten nicht mehr jedes

Mal erklären

32

Klemme zuletzt die Krokodil

lemmen-K

WENN DIE KNETE HART WIRD

Die Knete ist so weich, weil sie ein

i

n W

er Luft, wenn die Knete zum Bei

piel in beheizten Räumen gelagert

wird, kann sie austrocknen, nachdem

ie ein paar Tage offen herumgele

en hat, und dann lässt sie sich nicht

n

ehr so gut kneten. Außerdem kann

ie Leitfähigkeit nachlassen, und die

Knetekontakte funktionieren dann

cht mehr so gut wie am ersten Ta

Packe die Knete, wenn du sie ein

aar Stunden nicht brauchst, des alb immer in eine geschlossene

Plastikdose. Die Dosen, die man zum

nthält. Bei trock

w

.

z

.

agern von Lebensmitteln im Kühl

-

s

auch e

-

tronische

ese

.

doch e

:

chrank verwendet, eignen sich gut.

kannst

infach den Plastik

eutel verwenden, in dem die elek

n Bauteile in di

m Paket

verpackt sind

Wenn die Knete

inmal zu hart

eworden ist, hilft dieser Trick

KNETE WIEDER WEICH MACHEN

Nimm ein Stofftuch, das nicht fusselt (sonst hast du die Fusseln später an der Knete kleben), und mache es mit Wasser nass. Drücke es dann so

eit aus, dass es sich nur noch leicht feucht anfühlt. Wickele die Knete in das Tuch ein und lass sie über Nacht darin liegen. Am nächsten Morgen wird sich die Oberfläche leicht glitschig anfühlen. Knete die Masse gut durch, dann verteilt sich die Feuchtigkeit gleichmäßig, und die Knete kann wieder ganz normal benutzt werden Damit die Feuchtigkeit besser in die Knete hineinkriechen kann, forme keine Kugeln, sondern drücke die Knete platt, bevor du sie in das Tuch packst. Die Kugel ist die Form, die im Verhältnis

um Volumen die geringste Oberfläche hat, es kann also wenig Feuchtigkeit eindringen. Umgekehrt kommt über die geringe Oberfläche auch kaum Feuchtigkeit heraus. Deshalb sind die meisten Früchte annähernd kugelförmig – damit sie im Sommer nicht so schnell austrocknen

33

Der kleine Hacker

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1

J

o-

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a

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a

z

2

)

2

Elektronik steuern mit

Knetekontakten

etzt geht es los! Nachdem

er Raspberry Pi läuft, zeigt nser erstes Scratch-Pr ramm, wie du den Rasp

berry Pi mit selbstgebauten

ontakten aus Knete steu

ern kannst. Probiere dieses

xperiment in aller Ruhe aus,

bevor du dich an die kom

lizierteren Versuche her nwagst. Denn hier erfährst u eine Menge Tricks, die du

äter noch brauchen wirst. Vielleicht klingt das Experi ment erst mal nicht weiter

ufregend, aber es liefert das esamte wichtige Fachwissen, m später weitere Elektronik nzuschließen. Im Vergleich

u dem Versuch, mit einem

BENÖTIGTE BAUTEILE

1x Steckbrett 1x LED rot 1x LED grün

x 220-Ohm-Wider-

stand (rot-rotbraun

1x 20-MOhm-Wider-

stand (rot-schwarzblau

5x Verbindungska-

bel x Drahtbrücke x Knetekontakt

34

W

indows PC eine extern angeschlos

-

s

.

S

2

20

O-

a

w

.

ene LED zum Blinken zu bringen, eht es mit dem Raspberry Pi ganz infach

aue zunächst die abgebildete

chaltung auf einem Steckbrett auf.

hm-Vorwiderständen an den GPI

ins 18 und 25 am Raspberry Pi

ngeschlossen. Das gleiche Prinzip

erden wir beim Anschließen von

EDs immer anwenden

Die Schaltung auf dem Steckbrett

35

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1

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+

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T

-

–

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.

-

a

5.

Elektronik steuern mit

Knetekontakten

WICHTIG

Eine LED bietet dem

Strom fast keinen Wider-

stand. Es könnte also beliebig viel

Strom fließen – gerade so, als ob man

die beiden Pole einer Batterie miteinander

verbindet. Die Batterie wäre nach Sekunden kaputt. Das Gleiche gilt für die GPIO-Ports des Raspberry Pi, die „durchbrennen“, wenn man

sie mit einem Draht oder einer LED verbindet.

Zwischen einem GPIO-Pin und der Anode

der LED muss immer ein 220-Ohm-Vorwi-

derstand eingebaut sein. Die Kathode

der LED verbindet man mit der

Masseleitung auf Pin 6.

Eine der Kontaktleisten an den lan

en Seiten des Steckbretts ist mit er Masseleitung auf Pin 6 ver unden, die andere Seite mit der

3,3-V-Leitung auf Pin 1 des Rasp

erry Pi. Wir werden die gleiche echnik noch für andere Experi

ente verwenden, denn genau dafür

zur Stromversorgung – sind diese

eiden langen Kontaktleisten auf den teckbrettern schließlich gedacht

36

Der 20-MOhm-Widerstand

nd die Leitung zum GPIO

Pin 5 sind für den Knete

ontakt. Wir verwenden in iesem Experiment zwei

Knetekontakte: Einer kommt

n die Masseleitung, der ndere an den GPIO-Pin

Die Schaltung mit angeschlossenen Knetekontakten

V

.

KABELFARBEN

blicherweise werden in der Elektrotechnik rote Kabel für die Verbindung mit dem Pluspol der Schaltung und schwarze oder blaue Kabel für die

erbindung mit der Masseleitung verwendet. Um leichter erklären zu können, welcher Knetekontakt gemeint ist, zeigen wir in der Abbildung rote und blaue Knete

37

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S

-

t

-

s

Elektronik steuern mit

Knetekontakten

HIGH ODER LOW?

Ein GPIO-Pin, der vom Programm ein- oder ausgeschaltet werden

ann, wird wie im ersten Experi

ent als Ausgang bezeichnet, da der

Rasp berry Pi hier ein Signal ausgibt,

ämlich eine 0 für ausgeschaltet

oder eine 1 für eingeschaltet

ACHTUNG!

Man darf auf keinen Fall

einfach einen GPIO-Pin mit der

+3,3-V-Leitung oder gar der +5-V-Leitung verbinden. Dies kann zu einem Kurzschluss führen und den Rasp-

berry Pi beschädigen. Und das, obwohl

es sich nur um eine geringe Span-

nung handelt, die man mit dem

Finger nicht einmal bemerkt.

Umgekehrt kann ein GPIO-Pin auch

ls Eingang benutzt werden, der em Programm eine 0 oder eine 1

chickt. Das hängt davon ab, wel

ches Signal am Eingang anliegt. Man

nterscheidet in der Digitalelektro

k zwischen Low- (= niedrig) und

High

Signalen (= hoch). Dabei gilt

Low: Der Eingang ist mit der

verbunden

High

Am Eingang liegt eine

positive Spannung an

n elektronischen Geräten sind an

olchen Stellen immer Schutzwi

erstände eingebaut. Wir brau

chen uns damit nicht herum

uärgern, beim Schalten mit

Knetekontakten spielst du

elbst den Widerstand.

as funktioniert, weil

er Mensch Strom lei

et, zwar nicht so gut wie

ein Draht, aber gut genug.

as kann bei den geringen

pannungen, die wir für Kne

ekontakte verwenden, sehr

nützlich, bei hohen Spannun

en aber auch sehr gefährlich

ein.

38

ACHTUNG!

Berühre nie eine

Steckdose oder ein

nicht isoliertes Kabel, das ans

230-V-Stromnetz angeschlossen ist! Auch

diesen Strom würdest du, weil du über dei-

ne Füße immer mit der Masseleitung Erde

verbunden bist, direkt dorthin leiten – und das

ist lebensgefährlich! Das wäre in etwa so, als

würde ein Blitz in deinen Körper einschla-

gen. Ein Gewitter ist nichts anderes als ein

Kurzschluss zwischen positiv geladenen

Wolken und der Erde, der durch

die feuchte Luft herbeigeführt

wird.

39

Der kleine Hacker

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1

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s

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tig

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g

a

also

asse verbunden.

-

t

Elektronik steuern mit

Knetekontakten

DER TRICK MIT DEN KNETEKONTAKTEN

Das Prinzip der Knetekontakte ist einfach: Der verwendete GPIO-Pin ist

Schaltbild für einen Knetekontak

ber einen extrem hohen Widerstand

20 MOhm) mit +3,3 V verbunden

odass ein schwaches, aber eindeu

als High definiertes Signal am

GPIO-Pin anliegt

Wenn du mit einer Hand den bl Knetekontakt an der Masseleitun

nfasst, ist dein Körper „geerdet“,

mit der M

Wenn du gleichzeitig mit der ande

en Hand den roten Knetekontakt am

GPIO-Pin anfasst, wird das schwa

he High-Signal dort von dem deut

lich stärkeren Low-Signal der Hand

berlagert und zieht den entspre

chenden GPIO-Pin auf Low

40

n

ES GEHT LOS!

a

uf d

a

-

Z

,

S

.

elbe Symbol Steuerung. Nun wer en in der Blockpalette links die

löcke zur Steuerung angezeigt.

iehe die Blöcke, die du brauchst einfach aus der Blockpalette links in das Skriptfenster in der Mitte von

cratch.

Dieses Scratch-Programm sorgt dafür, dass die LEDs bei Berührung des Knetekontaks die Farbe wechseln. Die Beschriftungen in Rot geben an, wie die verschiedenen Bereiche des

cratch-Fensters genannt werden

41

Der kleine Hacker

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w

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g

z

-

.

-

z

/

Start GPIO server

starten.

t

,

ä

GPIO

hiebst,

Elektronik steuern mit

Knetekontakten

GPIO-FUNKTIONEN STARTEN

Um die GPIO-Unterstüt-

ung in Scratch nutzen zu können, musst du sie über den MenüpunktBearbeiten

Mit diesen Symbolen wird ein Programm gestartet und wieder angehalten.

Denke bei jedem neuen Scratch-Programm daran, diesen Schritt zu überprüfen. Wenn die GPIO-Funk-

ionen bereits aktiv sind

ndert sich dieser Menü-

unkt automatisch in Stop

server

Einen nicht mehr benötigten Block kannst du jederzeit von den

nderen Blöcken abtrennen und

ieder zurück auf die Blockpa

tte ziehen

Wenn du das Skript aus

en Scratch-Blöcken ferti

usammengebaut hast und

ie Schaltung aufgebaut ist, kli cke auf das grüne Fähnchen oben rechts in Scratch. Damit wird das Programm gestartet.

it einem Klick auf das rote Stopp-Symbol rechts oben kannst du das Pro

ramm wieder anhalten

achdem du die Schaltung auf

ebaut und die Knetekontakte

42

Wenn du einen neuen Block dicht unter einen anderen sc

rastet er ein und verbindet sich automatisch.

ang

eschlossen hast, starte das

selbs

usammenbauen oder das

von der DVD ver-

euchte

-

s

-

ta

euchtet die

-

t

.

un

de

n,

am GPIO-Pin

-

n

-

t

-

s

.

S

-

s

aue

d

-

.

Programm und klicke auf das

rüne Fähnchen. Du kannst as Programm auf dem Bildschirm

t z

rogramm kontakt

wenden.

Die rote LED l blauen Knetekontakt an der Mas

eleitung in die eine Hand und leichzeitig den roten Knetekon

kt in die andere. Jetzt l

rüne LED. Wenn du loslässt, leuch

et wieder die rote LED

t. Nimm den

Low

Rot = Kontakte nicht verbun

en,High am GPIO-Pi

s mag vielleicht verwirrend klingen,

ass ein Low-Signal, also eigent

ich 0 V, am GPIO-Pin anliegt, wenn

er Stromkreis geschlossen ist. Das ommt daher, dass du einen Pin, der

im Ruhezustand einen schwachen

High-Pegel hat, über die Knetekon

akte und deine Hände mit der Mas

eleitung verbindest

ZWEI PERSONEN

Du kannst den

tromkreis auch

r mehrere Per

onen schließen. Nimm den bl Knetekontakt in

ine Hand un bitte eine andere Person, den roten Knetekontakt in

ie Hand zu neh men. Die rote LED leuchtet.

n

as Programm kontakt zeigt, wie Knetekontakte funktionieren

43

Der kleine Hacker

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1

ig

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-

a

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t

S

Elektronik steuern mit

Knetekontakten

44

enn ihr euch gegen

n die Hand nehmt, l

et die grüne LED. De

tromkreis ist über e

ände geschlossen.

eit

uch r ure

ES GEHT AUCH OHNE

-

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.

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-

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-

s

auch auf Ste

bode

o-

auc

,

z

.

MASSEKONTAKT

Nimm jetzt nur den roten Kne

ekontakt in die Hand, ohne über

en blauen Knetekontakt mit er Masseleitung verbunden zu

n. Bewege dich etwas, steh

uf, setz dich hin oder berühre mit der anderen Hand ein Möbelstück. Die

mmer wieder mal mehr, mal

weniger lang leuchten

Das bedeutet, dass der GPIO-Pin mit Masse verbunden ist, aber wie? Ein Mensch ist über seine Füße fast immer mit der Masse

er Erde verbunden. Wie hoch

llerdings der Widerstand zwi

chen deiner Hand und der Erde

st, hängt von vielen Dingen ab,

vor allem davon, was für Schuhe

anhast und auf welchem Fuß

boden du stehst. Barfuß im nas

en Gras ist die Verbindung zur Masse der Erde am besten, aber

niert es meistens gut. Du kannst

h mit der freien Hand ein

eerdetes Metallteil wie zum Beispiel einen Heizkörper oder

inen Wasserhahn berühren

m guten Kontakt zur Erde zu bekommen und die grüne LED

um Leuchten zu bringen

rüne LED wird

infuß

n funkti

45

Der kleine Hacker

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1

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z

g

W

z

-

.

Elektronik steuern mit

Knetekontakten

WENN DIE LEDS BLINKEN

In manchen Fällen kann es passie

en, dass die LEDs abwechselnd

linken, auch wenn du gar keinen er Knetekontakte berührst. Dies ann verschiedene Ursachen haben,

um Beispiel, dass die Tischplatte

der eine sonstige Unterlage, auf der ie Knetekontakte liegen, leitfähi

ist und so den Stromkreis schließt.

enn du den roten Knetekontakt am isolierten Kabel hochhebst, ohne die Knete oder eine blanke Drahtstelle

u berühren, sollte die rote LED wie

er durchgehend leuchten

Die beiden 20-MOhm-Widerstände sind an beiden Enden miteinander verbunden: links über die Kontaktleiste im Steckbrett, rechts über die Drahtbrücke, an die die Krokodilklemme angeschlossen wird.

46

S

elbst geringe statische Elektri

-

z

beschichtete

-

s

O-

über den 20-MO

d

s

-

.

W

:

W

-

W

-

a

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d.

W

-

t

a

lä

ebeneinande

d

-

.

-

s

-

te

-

a

-

Z

-

t

aber durch Störfelde

a

-

z

-

t

S

-

itätsfelder, wie sie zum Beispiel

rch kunststoff

platten oder auch Teppichböden ent

tehen, können schon zum Blinken führen. Die Verbindung des GPI Pins mit dem Pluspol der Schaltung ist zu

chwach, um diese Störfelder auszu

leichen.

Hier hilft ein Trick: Baue einfach wie in der Abbildung einen zweiten 20-MOhm-Widerstand parallel zum vorhandenen Widerstand ein. Das löst solche Probleme meistens

ichtig zu wissen

iderstände hintereinander

erhöhen den Gesamtwider

stand.

iderstände parallel nebenein

nder verringern den Gesamt

widerstan

Diese Schaltungen kann man, etwas vereinfacht, mit Gartenschläuchen vergleichen. Wenn du einen Becher

asser an einem Ende in einen Gar

enschlauch schüttest, kommt es

m anderen Ende nur noch langsam

n. Steckst du zwei Gartenschläuche hintereinander, wird am Ende nur noch wenig Wasser sprudeln. Hältst

hm-Widerstan

Tisch

he n ippst das Wasser gleichzeitig in eide Öffnungen, kommt an den bei en Enden insgesamt mehr heraus

en Trick mit dem doppelten Wider

tand kannst du in allen Experimen

n mit Knetekontakten anwenden.

r in der Hand un

WENN ES GAR NICHT FUNKTIONIERT

n seltenen Fällen kann es vorkom

en, dass die grüne LED ab und zu

ufblinkt, selbst wenn du den roten

netekontakt frei in die Luft hältst der ihn nicht einmal angeschlossen ast. In solchen Fällen hat der GPIO

in keinen eindeutig definierten

ustand, er ist also weder High noch

Low. So etwas darf in der Digitalelek

ronik eigentlich nicht vorkommen,

nn uch als Elektrosmog bezeichnet – assieren. Solche elektrischen Fel er entstehen durch Handys, Com uter, Fernseher, Mikrowellen und ahlreiche andere elektrische Geräte

in der unmittelbaren Umgebung,

önnen aber bei bestimmten Wet

erlagen auch natürlich entstehen.

ogar besondere Gesteinsformati

nen im Erdboden unter dir können

r – oft

47

Der kleine Hacker

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1

g-

.

A

aus

eße

a

+3,3

.

W

-

a

-

s

-

.

l

Elektronik steuern mit

Knetekontakten

Der dritte Knetekontakt am Pluspo

elektromagnetische Unregelmäßi

eiten verursachen, die sich bei den eringen Strömen, mit denen unsere

Knetekontakte arbeiten, schon

merkbar machen können

ber auch in diesen Fällen kannst u mit einem Trick nachhelfen. Baue azu einen dritten Knetekontakt

Knete und Draht und schli

ihn, wie in der Abbildung gezeigt,

n eine neue Drahtbrücke an der

-V-Kontaktleiste an

48

enn du jetzt gleichzeitig den (dun elrot dargestellten) Knetekontakt m Pluspol und den (orange darge

tellten) Knetekontakt am GPIO-Pin

erührst, setzt du den GPIO-Pin auf

ein deutliches High-Signal. Berührst

u nun den blauen Knetekontakt und

ässt dafür den dunkelroten los, setzt

u den GPIO-Pin wieder auf Low

Auch dieser Trick funktioniert natür

ich bei allen Experimenten mit den Knetekontakten, sollte aber nur in Ausnahmefällen nötig sein

SO FUNKTIONIERT

a

.

S

-

t

-

öffnet

öffne

.

Schreibe

eses Feld

und bestätige die Ein-

A

-

f

i-

,

a

-

t

.

DAS PROGRAMM

Das Programm startet wie die meisten Scratch-Programme mit

em Block Wenn grünes Fähnchen

angeklickt, der in Scratch auf der

ockpalette Steuerung zu finden

st. Der Block ist oben rund, passt

lso unter keinen anderen Block. Er muss immer als Erstes gesetzt werden

cratch verwendet

für die GPIO-Funk

ionen den Steue

rungsblock sende...

an alle

Dieser Block enthält ein Feld, in dem freier Text eingegeben werden kann. Klickst du darauf, erscheint eine Liste der zuletzt verwendeten Einga

n. Ein Klick auf Neu/edit...

ein Eingabefeld für neuen Text

in di

config25out

abe mit OK

m Anfang werden die beiden GPIO ins 18 und 25 als Ausgänge (out

ür die LEDs initialisiert. Mehrere

ins können in einem sende...an alle

lock initialisiert werden. Zwischen

n beiden Wörtern config18out

nd config25out muss ein Leerze

chen stehen. Jeder GPIO-Pin muss,

evor er verwendet werden kann ls Ausgang (z. B. für LEDs) oder als

ingang (z. B. für Taster oder Kne

e-Kontakte) definiert werden

config18out

49

Der kleine Hacker

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1

Ansc

-

s

-

s

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t

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s

a

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.

S

zwei

-

S

beide

-

w

.

Elektronik steuern mit

Knetekontakten

hließend wird der

GPIO-Pin 5 als Ein

ang initialisiert. Damit ie Sensorkontakte

funktionieren, müs

en zuerst die inter

en Pull-up-Widerstände an den

PIO-Pins ausgeschaltet werden,

ie Scratch auf dem Raspberry Pi

tandardmäßig immer einschaltet. Das erledigt der Zusatz pullnone am GPIO-Befehl config5in

Danach star

et eine Endlos

chleife, die sich

utomatisch so

lange wiederholt,

is du auf das

ote Stopp-Sym

l klickst

verschiedene Dinge tun, näm ich die grüne oder die rote LED euchten lassen – je nachdem, ob

er Knetekontakt berührt wird oder

Innerhalb der

chleife muss as Programm

50

nicht. Dazu verwenden wir den

teuerungsblock falls...sonst

Innerhalb der mern des falls...sonst-Blocks

erden die Blöcke eingefügt,

ie ausgeführt werden sollen,

enn die Abfrage wahr oder

falsch ergibt

n Klam

ür die Abfrage selbst

-

s

.

steht

.

-

Stopp

.

a

Sensoren werden alle GPIO-Pins zur

Pinsz

g

usste das

werd

v

w

,

B

w

.

t im falls

Block ein längliches Feld mit spitzen Enden vorgesehen. Hier muss ein Block aus

er grünen Blockpalette Operatoren ingefügt werden. Ziehe den

lock mit dem Gleichheitszei

hen auf das Platzhalterfeld im

ock falls

ieser Operator ist immer

ann wahr, wenn die beiden

Werte links und rechts des

leichheitszeichens identisch

ind

n unserem Fall soll der Wert

es GPIO-Pins 5 dem Wert 0 ntsprechen. Die Ziffer 0

für Low

Schreibe also eine 0 as rechte der beiden Textfelder im rünen Block

licke einmal auf das grüne Fähn hen oben rechts, um das noch nfertige Programm zu starten.

mit werden die GPIO-Pins defi

iert. Klicke dann wieder auf das rote

-Schild

Zur Abfrage von GPIO-Eingängen wird der Block Wert von Sensor...

us der blauen Blockpalette Füh-

len verwendet. Wähle im Listenfeld

es blauen Blocks den Sensor gpio5 us. Neben einigen vordefinierten

Auswahl angeboten, die als Eingan

finiert sind. Deshalb m

rogramm einmal kurz gestartet

en.

GPIO-EINGANG ERSCHEINT NICHT

Sollte der GPIO-Eingang auch nach einigen Sekunden nicht

on allein in der Aus-

ahlliste auftauchen

überprüfe im Menü

earbeiten, ob der

GPIO-Server gestartet

orden ist

51

Der kleine Hacker

Der k

l

ei

ne

H

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k

1

Z

-

Titel des

s.

W

a

-

Elektronik steuern mit

Knetekontakten

iehe den blauen Block Wert von

Sensor...

en Blocks und diesen in das Feld im

n das linke Feld des grü

falls...sonst

Block

52

enn diese Abfrage wahr ist, am

PIO-Pin 5 also ein Low-Signal (0

nliegt, berührt jemand den roten Knetekontakt. Jetzt soll die grüne LED am GPIO-Pin 25 leuchten und

ie rote LED am GPIO-Pin 18 ausge

n.

Du kannst diese beiden Zeilen ein

-

einfü-

-

taste auf den erste

e

-

t

.

-

t

und

nd

ese

(

O-

-

ese

,

a

-

,

-

s

-

fach duplizieren und in den unteren Teil der Abfrage

nter sonst en. Klicke zum

Duplizieren mit

er rechten Maus

n Block, der dupliziert werden soll. Wähl

ann im Menü

Duplizieren. Der

arunter hängende

sende...an alle

Block wird automa

isch mit dupliziert

gpio18on gpio25off , denn in

i

m zweiten

sonst

Fall rote LED am GPI Pin 18 leuchten und

ie grüne LED am

PIO-Pin 25 ausge hen. Di immer dann ein wenn die Abfrage

m Anfang des Blocks das Ergeb nis falsch liefert

er Wert von Sen

or GPIO 5 also

icht 0

sondern 1 ist. In diesem Fall

esteht keine Verbindung zur Mas

soll die

r Fall tritt

Ändere im kopier

en Block die beiden

Textfelder auf

53

Der kleine Hacker

Der k

l

ei

ne

H

ac

k

1

s

also

.

-

S

“

-

ten“

-

.

Elektronik steuern mit

Knetekontakten

eleitung, der Knetekontakt wird

nicht berührt

Nach der Abfrage wartet das Pro

ramm eine Zehntelsekunde lang. olche sogenannten „Timeouts

oder auf Deutsch einfach „Auszei

baut man immer dann ein, wenn

Programme direkt mit Hardware

ommunizieren. Vereinfacht aus

edrückt, verhindern sie, dass sich ein Programm „überschlägt“ und irgendein Hardwareereignis nicht

ehr mitbekommt

54

PROGRAMM SPEICHERN

V

.

ergiss nicht, das fertige Programm mithilfe des Menüpunkts Datei/Speichern als zu speichern, um es später wiederverwenden zu können

55

Der kleine Hacker

2

d

s

pi-

s

ede

s

.

-

tung

-

l

2

LED

lb

)

8

2

Fußgängerampel

ine einzelne LED ein- un wieder auszuschalten mag im ersten Moment ganz spannend

ein, aber dafür braucht man

eigentlich keinen Computer.

ne Ampel mit ihrem ty

chen Lichtwechsel von Grün

ber Gelb nach Rot und dann ber eine Lichtkombination

t-Gelb wi

r zu Grün ist

chon viel spannender

as nächste Experiment stellt eine einfache Ampelschal

dar, mit einer Ampel für

Autos und einer für Fußgän

er: Während der Rotphase er Verkehrsampel soll die ußgängerampel Grün anzei en. Umgesetzt wird das auf

BENÖTIGTE BAUTEILE

1x Steckbrett

x LED rot x LED grün x

ge

5x 220-Ohm-Wider-

stand (rot-rotbraun

1x 20-MOhm-Wider-

stand (rot-schwarzblau

x Verbindungska-

el x Drahtbrücke x Knetekontakt

Ve rkehrsampel und Fußgängerampe

56

einem Steckbrett mit fünf LEDs,

-

taster sowie be

eda

uf

ge

-

s

z

-

inem Knetekontakt für den Druck

i B

rf noch einem

ntakt.

nd die Knetekontakte angeschlos en hast, starte das Programm

ampel

aue die abgebildete Schaltung auf

einem Steckbrett auf und schließe

e Knetekontakte an.

m mehr Platz für das Programm

u haben, kannst du mit den Symbo

en oben rechts im Scratch-Fenster

57

Der kleine Hacker

2

.

-

s

-

t

-

.

J

-

s

,

.

-

S

auch diese

destze

s

f

-

.

= 2 Sek.

Fußgängerampel

en Skriptbereich verbreitern und ie Bühne mit der Katze, die wir im

Moment nicht brauchen, verkleinern

Klicke auf das grüne Fähn chen, um das Programm zu

tarten. Die Verkehrsampel leuch

et grün, die Fußgängerampel rot,

enauso, wie es echte Ampeln stun enlang tun, solange kein Fußgänger ommt und auf den Knopf drückt

Berühre den roten Knetekontakt oder – je nachdem, wie gut deine Erdung ist – gleichzeitig den blauen Knetekontakt an der Masseleitung.

etzt startet der Ampelzyklus, der in unserem Programm wie auch bei einer echten Ampel aus sechs unter

chiedlichen Lichtmustern besteht

ie unterschiedlich lange leuchten

Mit dem letzten Lichtmuster – Fuß

ängerampel rot, Verkehrsampel rün – erreicht die Ampel wieder den

tandardzustand. Das Programm

uss allerdings dafür sorgen, dass

r immer eine Min

ang eingehalten wird. Selbst wenn

tändig Fußgänger auf den Knopf

rücken, müssen die Autos auch mal

ahren dürfen. In unserer Modellam

el sind das 2 Sekunden, bei einer

wirklichen Ampel dauert diese Phase

atürlich deutlich länger

it

0,6 Sek

58

6 Sek

Sek. 0,6 Sek

0,6 Sek

SO FUNKTIONIERT

W

-

t

-

O-

.

euert.

wi

rd

-

s

d

z

8

8PIO

5

DAS PROGRAMM

enn du auf das grüne Fähn

hen klickst, werden als Ers

es die fünf als Ausgänge ver wendeten GPiO-Pins initialisiert. Hier verwenden wir wieder einen einzigen

sende ... an alle

Pins. Danach wird noch der GPIO-Pin

als Eingang definiert

Die Tabelle zeigt, welcher GPIO-Port welche LED st

Block für alle GPi

ie Grundstellung der Ampel einge chaltet, d. h. Grün für die Autos und

ot für die Fußgänger. Die anderen

rei LEDs werden ausgeschaltet.

as Ausschalten ist hier am Anfang

eigentlich nicht nötig. Es dient nur

azu, das Programm auf jeden Fall

it einem klar definierten Zustan

u starten.

24 GPIO 2

59

Der kleine Hacker

2

J

-

a

-

ser de

liefert, werden

-

.

Fußgängerampel

etzt beginnt wie im letzten Pro

ramm eine wiederhole fortlau-

fend-Schleife, die den Knetekontakt

m GPIO-Pin 5 abfragt. Wenn die

n Wert Low

acheinander die unterschiedlichen Lichtmuster der Ampel geschaltet. Danach wartet die Ampel 0,6 Sekun

en bis zum nächsten Lichtmuster. Während die Fußgängerampel grün leuchtet, wird 2 Sekunden gewartet

60

61

Der kleine Hacker

3

-

assen sich e

ode

i-

-

euern.

-

tung

a

-

ode

asseleiste

auchst du

-

3

)

3

)

8

RGB-LED mit Knete-

kontakten steuern

ie drei Farben einer RGB ED l emeinsam ansteuern. So

können, wie bereits zu Beginn

ieses Buchs beschrieben,

verschiedene Farben erzeugt werden. In diesem Exper ment werden wir mit drei

netekontakten eine RGB ED st

aue die abgebildete Schal

auf einem Steckbrett

uf. Achte darauf, dass die

GB-LED richtig herum ein ebaut ist. Die flache Seite ist

oben. Für die Verbindung der

th

mit der M

Steckbretts br

ine Drahtbrücke. Achte dar

inzeln

r

BENÖTIGTE BAUTEILE

1x Steckbrett 1x RGB-LED

x 220-Ohm-Wider-

stand (rot-rotbraun

x 20-MOhm-Wider-

stand (rot-schwarzblau

x Verbindungska-

bel 5x Drahtbrücke 4x Knetekontakt

62

auf,

.

-

t

v

-

s

Die Schaltung mit angeschlossenen Knetekontakte

n

dass der blanke Draht keines

er anderen Bauteile berührt, sonst

kommt es zu einem Kurzschluss

ür dieses Experiment brauchst du

vier Knetekontakte. Wenn du über

en Fußboden gut geerdet bist, rei

chen auch drei. In der Abbildung sind

ie Knetekontakte in den Farben dar estellt, die die entsprechenden Far

ben der RGB-LED steuern. Der Kne

ekontakt für die Masseleitung ist

ier gelb, was in der RGB-LED nicht

orkommt. Grüne Knete kannst du

brigens gut aus gelber und blauer

ischen.

achdem du die Schaltung aufgebaut nd die Knetekontakte angeschlos en hast, starte das Programm rgb-

led

63

Der kleine Hacker

3

e-

-

euchte

.

RGB-LED mit Knete-

kontakten steuern

Halte mit einer Hand den Knet

ontakt an der Masseleitung und erühre dann mit der anderen Hand acheinander je einmal den roten, en grünen und den blauen Knete

64

ntakt. Die RGB-LED l

er entsprechenden Farbe. Wenn du

ehrere Kontakte gleichzeitig

erührst, erzeugst du Mischfarben

t in

SO FUNKTIONIERT

W

-

O-

-

.

wiede

,

a

.

ontak

-

sor de

z

w

O-

DAS PROGRAMM

ie in jedem Scratch-Pro

ramm, das Hardware ansteu

ert, werden zuerst die GPI

ns eingerichtet. Wir brauchen

ieses Mal drei Ausgänge für die drei

rben der RGB-LED und drei Ein

änge für die Knetekontakte

as eigentliche Programm startet

r mit einer wiederhole fort-

laufend-Schleife. Sie enthält drei

leichartige falls...sonst ie jeweils einen der Knetekontakte bfragen

Blöcke

ekommt der entsprechende Sen

n Wert 0, und der GPIO-Pin der

ugehörigen Farbe für die RGB-LED

ird eingeschaltet. Berührst du den

netekontakt nicht, wird der GPI

in ausgeschaltet.

65

Der kleine Hacker

4

-

t

– abe

sechs

A

S

-

s

,

-

.

LED-Würfel

Die typischen Spielwürfel mit einem

is sechs Augen kennt jeder, und vermutlich hat jeder welche zu Hause. Wesentlich cooler ist ein elektronisch gesteuerter Würfel, der

it einer Steuerung über einen Kne

ekontakt die Augen leuchten lässt

r nicht einfach eine bis

LEDs in einer Reihe, sondern in der

nordnung eines Spielwürfels.

pielwürfel haben Augen in der typi

chen quadratischen Anordnung.

Dazu braucht man sieben LEDs

ie in vier Gruppen gesteuert wer en, wie die Abbildung zeigt. Für die

Ansteuerung der LEDs brauchen wir

ur vier statt sieben GPIO-Pins, da ein Würfel zur Darstellung gerader Zahlen die Augen paarweise nutzt

66

Die Würfelaugensymbole mit LED-Gruppen dargestellt

67

Der kleine Hacker

4

-

.

i-

zi

-

S

.

-

t

2

7

-

2

LED-Würfel

aue die Schaltung aus sie

ben LEDs, Vorwiderständen

nd einem Knetekontakt auf

ie Schaltung sieht auf den

ersten Blick deutlich kompl

erter aus als die vorherigen.

mmerhin werden 15 elektro nische Bauteile und zusätz lich diverse Drähte auf dem

teckbrett aufgebaut

ache es wie die Elektro

nikprofis, die Hunderte von

auteilen auf Platinen löten:

ange mit den untersten Bau

eilen an und arbeite dich

BENÖTIGTE BAUTEILE

1x Steckbrett

x LED rot x LED grün x LED gelb

1x LED blau

x 220-Ohm-Widerstand

rot-rot-braun)

1x 20-MOhm-Widerstand

rot-schwarz-blau) x Verbindungskabel x Drahtbrücken (unter

schiedliche Längen)

x Knetekontakt

LED-Würfel am Raspberry Pi mit Knetekontakten

68

nach

obe

bedeute

e-

s

:

Stecke zuerst die

de

-

g

-

od

.

Stecke erst danach die

A

-

Sc

-

.

em Fall Folgendes

n hoch. Das

t in di

lemmen angeklemmt werden

1

nd die kurzen Drahtbrücken.

Achte dabei darauf, dass die blanken

rahtbrücken keine Bauteile berüh ren. Wenn du in deiner Bastelkiste isolierten Schaltdraht hast, kannst du natürlich auch diesen für die farbi

argestellten Drahtbrücken verwen en. Nur die grauen Drähte müssen

Widerstän

2

chte darauf, dass die Drähte

er LEDs keine Widerstände berüh

.

3

erry Pi und Steckbrett sowie die

hließe als Letztes die Verbin

ungskabel zwischen Rasp

netekontakte an

LEDs.

Diese Abbildung zeigt nur die Widerstände und Drahtbrücken

69

Der kleine Hacker

4

-

s

A

-

t

-

.

d

d.

LED-Würfel

Diese Abbildung zeigt zur Übersicht die LEDs ohne die Vorwiderstände, die jetzt schon auf

em Steckbrett aufgebaut sin

Nachdem du die Schaltung aufgebaut

nd die Knetekontakte angeschlos

en hast, starte das Programm

led-wuerfel

lle LEDs sind zunächst ausgeschal

et. Berühre kurz die beiden Knete

70

ontakte, um zu würfeln. Wenn du wieder loslässt, wird die gewürfelte Zahl so lange angezeigt, bis du die Knetekontakte erneut berührst

71

Der kleine Hacker

4

-

t

-

Ausgäng

-

We

eser GPIO

-

des

a

ang

-

.

-

s

LED-Würfel

SO FUNKTIONIERT DAS PROGRAMM

Wenn du auf das grüne Fähn chen klickst, werden als Ers

es die fünf verwendeten

PIO-Pins initialisiert. Wir verwen

en die Pins 18, 23, 24 und 25 als

e für die LEDs und den Pin

21 als Eingang für den Knetekontakt.

Danach beginnt die Endlosschleife,

ie darauf wartet, dass du die Knete

ntakte berührst.

nn di

at, werden die Anweisungen inner

lb

falls-Blocks ausgeführt.

Als Erstes schalten wir die vier LEDs aus. Zu Beginn sind die LEDs

lle ausgeschaltet, später bleibt ein

ezeigtes Würfelergebnis so lange estehen, bis du wieder die Knete ontakte berührst

Danach wird eine zufällige Zahl zwi

chen 1 und 6 erzeugt und in der

-Pin den Wert 0

72

Variable

n w

gespeichert. Variablen

s

anders merke

das

o-

V

-

.

V

z

-

(wie Würfel). In der

-

schiedene

V

.

W

einschaltest, wird

-

z

eicht

-

eses Zahlenfeld ist aller-

-

te

austaste darauf und wähle aus

besse

.

ind kleine Speicherplätze, in denen man sich, während ein Programm läuft, eine Zahl oder irgendetwas

n kann. Wenn ramm beendet wird, werden diese ariablenspeicher automatisch wie er geleert

ariablen müssen in Scratch

unächst einmal angelegt werden,

bevor man sie benutzen kann. Kli

ke in der Blockpalette oben auf as orangefarbene Symbol Variab-

len und dann auf Neue Variable

ib der Variablen einen Namen. In unserem Beispiel verwenden wir einfach w Blockpalette werden jetzt ver

Blöcke zur Arbeit mit

ariablen angezeigt

Pr

ontrollieren, ob die LEDs funktio ieren. Di ings sehr klein. Klicke mit der rech

n M em Menü Großanzeige aus. Dann ist ie Zahl

r zu erkennen

enn du den Schalter links neben

r Variablen w

iese Variable automatisch auf der Bühne bei der Katze in einem klei nen orangefarbenen Feld ange

eigt. So siehst du hier immer die

73

Der kleine Hacker

4

Zi

S

-

a

s

.

-

das Zah-

-

so

-

:

LED-Würfel

ehe den setze...auf-Block in das

kriptfenster. Solange nur eine Vari ble definiert ist, ist sie im Block utomatisch ausgewählt. Wenn du

päter in einem Programm mehrere Variablen verwendest, musst du im Listenfeld die richtige auswählen

Ziehe dann aus der grünen Block

alette der Operatoren den Block

Zufallszahl von...bis... auf

enfeld im orangefarbenen setze...

auf

Block. Trage in die beiden Zah

enfelder eine 1 und eine 6 ein, da die

Zufallszahl in diesem Bereich liegen

ll.

Baue jetzt den Block in das Pro

ramm ein. Dies sollte so aussehen

74

Nachdem die Zahl gewürfelt wurde,

.

W

-

.

V

-

das

-

J

-

t

des

s

,

a

.

-

auchst du nu

e

W

.

s

S

w

sog

-

t

-

f

.

folgen sechs falls möglichen Würfelwert

Blöcke für jeden

lock kannst du diesen duplizie

n. Nun br

r noch di

falls

enn eine bestimmte Zahl gewürfelt

wurde, schaltet jeder dieser Blöcke

ie entsprechende Kombination von

LEDs ein.

Ziehe den grünen

=

Block in das Abfrage

feld des falls-Blocks

Ziehe dann den Block der

ariablen w aus der Block alette Variablen in rste der beiden kleinen weißen Fel er im grünen Block. In das zweite

Feld schreibe eine 1

etzt wird der Block innerhalb der

Klammer immer dann abgearbei

et, wenn das Würfelergebnis eine 1

war. Setze innerhalb

inen Block sende...an alle und gib ort den GPIO-Befehl gpio18on ein, m die mittlere LED einzuschalten lso die 1 auf dem Würfel

falls-Block

ürfel ergebnisse und die passenden

EDs zu ändern

Unabhängig vom Würfelergebnis,

oll das Programm immer eine halbe

ekunde lang warten, nachdem mit

em Knetekontakt neu gewürfelt

urde, um zu vermeiden, dass durch

enanntes Tastenprellen kurz hin

ereinander zwei verschiedene Wür

elaktionen ausgelöst werden

75

Der kleine Hacker

4

eue

S

LED-Würfel

Danach startet die Endlosschleife

inen n ermitteltem Sensorwert wird die Würfelaktion gestartet oder nicht.

olange der Knetekontakt nicht

erührt wird, hat der Sensor den Wert 1 weiterhin das zuletzt gewürfelte Ergebnis an.

n Durchlauf. Je nach

und die Endlosschleife zeigt

76

WIE ENTSTEHEN EIGENTLICH ZUFALLSZAHLEN?

z

Z

z

.

Man könnte annehmen, in einem Programm passiere nichts zufällig, und alles sei geplant. Wie aber kann ein Programm dann in der Lage sein, zufällige Zahlen zu generieren? Teilt man eine große Primzahl durch irgendeinen Wert, ergeben sich ab der x-ten Nachkommastelle Zahlen, die kaum noch vorhersehbar sind. Sie ändern sich auch dann ohne jede Regelmäßigkeit, wenn man den Divisor regelmäßig erhöht. Dieses Ergebnis ist zwar scheinbar

ufällig, lässt sich aber durch ein identisches Programm oder mehrfachen Aufruf des gleichen Programms jederzeit reproduzieren. Nimmt man aber eine aus mehreren dieser

iffern zusammengesetzte Zahl und teilt sie wiederum durch eine Zahl, die sich aus der aktuellen Uhrzeitsekunde oder dem Inhalt einer beliebigen Speicherstelle des Rechners ergibt, kommt ein Ergebnis heraus, das sich nicht reproduzieren lässt. Es wird deshalb als „Zufallszahl“ be-

eichnet

77

Der kleine Hacker

5

S

-

s

-

W

-

s

,

-

eue

e-

h

2

)

2

)

7

t

)

3

Ein Scratch-Spiel mit einem

Gamepad aus Knete steuern

türlich kann man mit cratch nicht nur LEDs pro rammieren. Ursprünglich

war die Programmiersprache

azu gedacht, einfache Bild

chirm-Spiele zu p rogram

mieren. Ein solches Spiel auf

em Bildschirm einfach mit

netekontakten steuern – mit

nserem nächsten Projekt

wird das möglich.

ir werden ein klassisches

ong-Spiel programmie

ren, wie man es von diver

en Retro-Konsolen kennt

nd es über zwei Knete

kontakte st

rn. In di

BENÖTIGTE BAUTEILE

1x Steckbrett

x LED rot x LED grün

4x 220-Ohm-Wider-

stand (rot-rotbraun

x 20-MOhm-Wider-

stand (rot-schwarzblau

x Verbindungska-

el

4x Drahtbrücken (un-

erschiedliche Län-

gen

x Knetekontakt

78

Das Pong-Spiel in Scratc

s

em Spiel versuchst

(

-

z

a

d

p

Sp

-

du

addle nac

s

.

S

Steckbre

e

-

S

-

t

s

d

s

-

u, einen Ball, der im

aum umherfliegt, mit einem Paddle Art Schläger) zurück

uschlagen. Wenn der

all die farbige Linie m unteren Ran erührt, bekommst du

einen Minus

er Ball startet in der

ielfeldmitte wieder neu. Mit zwei Knete kontakten kannst

P

nd rechts bewegen

aue die abgebildete

chaltung auf einem

arauf, dass die LEDs richtig herum einge baut sind. Die flachen

eiten sind rechts.

ie beiden grünen

EDs zeigen an, wenn

einer der Knetekon

akte berührt wird. Bei

einem Fehler leuchten

ie beiden roten LED kurz auf. Dazu sin

ie mit dem gleichen GPIO-Pin 18 verbun

en. Zusätzlich wer

en Töne abgespielt. All das ist für das Spiel

einer

unkt, und

h link

tt auf. Acht

Gamepad aus Knete, am Raspberry Pi angeschlossen

79

Der kleine Hacker

5

-

takte

-

.

assekonta

-

s

-

.

W

-

s

W

s

-

Ein Scratch-Spiel mit einem

Gamepad aus Knete steuern

icht wichtig, zeigt dir aber in der

Hektik des Spiels, ob die Knetekon

wirklich funktionieren. Außer

em sieht es natürlich cooler aus

Forme drei Knetekontakte für die

eiden Richtungen nach links und

hts sowie für den M

Nachdem du die Schaltung aufgebaut

nd die Knetekontakte angeschlos

en hast, starte das Programm pong

In diesem Programm verwenden wir nicht die Katze, sondern eigene Objekte, denen bestimmte Funkti onsblöcke zugeordnet werden. Dabei

kt.

wirst du auch einige neue Program

iertechniken kennenlernen

enn du auf das grüne Fähn

chen klickst, fliegt der Ball los,

nd du kannst mit den Knete ontakten das Paddle nach links und

echts bewegen. Jedes Mal, wenn

er Ball gegen die rote untere Kante

tößt, gibt es einen Minuspunkt, und

er Ball fliegt wieder von der Mitte

os.

as du jetzt auf dem Bildschirm

iehst, ist noch nicht das ganze Pro

ramm. Selbst bei genauerem Hin

Die Programmblöcke für den Ball im Scratch-Programm pong

80

sehe

n fin

dest du nä

ö-

.

j

-

,

-

s

.

-

s

T

-

a

-

ddl

ke, die die Knetekontakte abfragen. Hier sind nur die Programmblöcke für den Ball zu sehen

In einem Scratch-Programm kann

edes Objekt eigene Programmblö

ke haben. Wenn du einmal rechts

nten in der Objektliste auf das

Paddle klickst

rer Programmteil, der dieses Objekt

teuert

mlich keine Bl

erscheint ein weite

DER RASPBERRY PI ERZEUGT TÖNE

er Raspberry Pi kann über einen

DMI-Monitor, einen externen Laut precher oder einen Kopfhörer an er analogen 3,5 mm-Klinkenbuchse öne abspielen. Bei Computer

onitoren mit DVI-Anschluss, die

ber Adapterkabel am HDMI-Aus ang angeschlossen sind, muss am nalogen Ausgang ein Lautspre

Die Programmblöcke für das Pa

e im Scratch-Programm pong

81

Der kleine Hacker

5

A

-

a

z

a

.

oben auf das

und wähle dort

a

-

.

dest du die

a

s

a

-

t

zeig

.

-

Ein Scratch-Spiel mit einem

Gamepad aus Knete steuern

cher angeschlossen werden, da das

udiosignal nicht über das DVI-Ka

el übertragen wird. Klicke mit der

echten Maustaste rechts oben auf

as Lautsprechersymbol, um den ewünschten Audioausgang auszu

wählen.

SO FUNKTIONIERT DAS PROGRAMM

Da dieses Programm außer inter essanten, neuen Programmblöcken

uch einen eigenen Hintergrund und

wei eigene Objekte enthält, werden

wir es Schritt für Schritt, sozusagen

us dem Nichts, aufbauen

DER HINTERGRUND

licke in Scratch

1

enü Datei us, um mit einem ganz neuen Pro ramm anzufangen

nten rechts fin

2

ller Objekte im Programm. Hier

ind zunächst nur die Katze und ein

weißes Objekt Bühne zu sehen. E

ezeichnet das weiße Fenster oben echts, auf dem sich die Katze oder ein nderes Objekt bewegt. Klicke in der

bjektliste auf das Feld Bühne. Die

bere Leiste des Programmfensters verändert sich und zeigt die Bühne an. Alle Programmblöcke in diesem Fens

er gelten immer für das hier ange-

te Objekt

Klicke auf die Registerkarte

3

Hintergründe

rund der Bühne zu bearbeiten.

um den Hinter

Neu

Liste

82

in Scratch-Programm kann

4

mehrere Hintergründe haben,

ie durch das Programm ausge

83

Der kleine Hacker

5

tausc

auche

d

.

S

-

j

W

a

.

g

Ein Scratch-Spiel mit einem

Gamepad aus Knete steuern

ht werden. Das br

ier nicht. Klicke einfach unter Hin-

tergrund1 auf Bearbeiten

vorhandenen weißen Hintergrund zu

ern

verän

cratch beinhaltet ein einfa

5

ches Malprogramm, mit dem

u den Hintergrund sowie andere

Ob

ekte malen kannst. Wähle das

n wir

um den

Rechteck-Werkzeug aus, und zwar

ie gefüllte Variante.

ähle dann eine auffällige Farbe

6

us, z. B. Rot, und male damit

m unteren Rand über die gesamte Breite ein schmales Rechteck

Verlasse das Malprogramm mit

7

OK, und der farbi

e Balken

84

rscheint auf dem Hintergrund der

du

a

.

a

A

-

Bühne.

Klicke auf den Button Neues

2

Objekt aus Datei laden, das ist

r mittlere der drei Buttons bei

Neues Objekt

DER BALL

Als Nächstes brauchen wir den

1

Ball. Natürlich könntest

uch die Scratch-Katze durch den

Raum werfen, aber ein Ball sieht

chter aus. Lösche also als Erstes ie Scratch-Katze, indem du mit der

rechten Maustaste auf das Objekt in

er Objektliste klickst und dann im

Menü Löschen auswählst

Wähle im nächsten Fenster

3

nter Things den Basketball

us und klicke auf OK

Der Ball erscheint in der

4

Objektliste, auf der Bühne und, a er gerade ausgewählt ist, auch ben über dem Programmfenster.

lle neu zusammengebauten Pro rammblöcke gelten also jetzt für en Ball.

85

Der kleine Hacker

5

Ein Scratch-Spiel mit einem

Gamepad aus Knete steuern

86

Als Nächstes erhält der Ball

baue die

a-

O-

.

e

W

ein.

-

sen und

g

cratc

5

ie Programmblöcke, nach enen er sich bewegen soll. Schalte azu auf die gelbe Blockpalette Steu-

erung und

lisierung der fünf verwendeten GPI Pins zusammen, wie schon aus früheren Programmen bekannt

Blöcke zur Initi

Beim Start des Programms soll

6

iegen. Die Blöcke auf der blauen

nd trage in beide Zahlenfelder eine

0

r Ball immer in der Mitt

ockpalette Bewegung steuern die

ewegung von Scratch-Objekten.

ähle hier den Block gehe zu x:...y:...

Der Punkt x:0, y:0

7

ist der Mittel

unkt des Koordinaten

rdinatenach

Win-

kelan

aben in

S

h

87

Der kleine Hacker

5

sy

.

-

zurückge-

s

eue Variable

an und füge einen Block

an das Programm an.

das

a

-

.

aue

a

und

gesetzt.

-

s

g

ederho

os.

Ein Scratch-Spiel mit einem

Gamepad aus Knete steuern

stems auf der Scratch-Bühne. Die ositive x-Achse läuft nach rechts, ie negative nach links. Die positive

y-Achse läuft nach oben, die negative

ach unten

Außerdem sollen beim Pro

8

rammstart die Fehler aus

em letzten Spiel auf 0

etzt werden. Zum Zählen der Fehler

rauchen wir eine Variable. Lege azu auf der Blockpalette Variablen ine n

Fehler Fehler auf 0

Aktiviere

9

Kästchen neben er Variablen Fehler uf der Blockpalette

Variablen

Fehler auf der Bühne im Spiel angezeigt wer

en

damit die

mit dem Namen

setze

inem bl uf einen zufälligen Wert zwischen

-20

11

erholt. Er prallt vom Rand ab, sollte er ihn berühren. Andernfalls fliegt er einen Vierer-Schritt in die einge

tellte Richtung. Diese Bewegun

wi

n Block zeige Richtung...

20

Anschließend wird die Bewe

ung des Balls fortlaufend wie

lt sich theoretisch endl

Der Ball soll in

10

einem zufälligen Winkel nach schräg oben losfliegen. Dazu wird die Richtung mit

88

Probiere es

aus und

s

-

scheidet sic

.

S

-

z

.

Als Nächstes zeichne

das

z

addle wer-

z

12

tarte das Programm mit dem grünen Fähnchen. Der Ball fliegt gleichmäßig durch den Raum und prallt an allen vier Rän

ern ab. Die rote Kante unten unter

h nicht von den anderen

ändern

DAS PADDLE

1

Paddle, mit dem du den Ball

urückspielst. Klicke dazu in der

bjektpalette unten auf den Button

Neues Objekt malen. Das P

en wir nicht als fertiges Objekt

n wir

toppe den Ball, um an

13

em Programm weiter

uarbeiten

importieren, sondern schnell selbst

eichnen.

89

Der kleine Hacker

5

-

zeug

aus

e

A

.

addle so

Ein Scratch-Spiel mit einem

Gamepad aus Knete steuern

Hier wird das gleiche Malpro

2

ramm wie für den Hinter

rund verwendet. Wähle das Werk

Linie und eine mittlere

Pinselstärke

urze waagerechte Linie, wie in der

bbildung unten zu sehen

Nach einem Klick auf OK

3

erscheint das neue Objekt in

. Zeichne dann ein

er Mitte der Bühne. Schiebe es an en unteren Rand, kurz über den

oten Balken. In der Objektpalette

nten taucht es als Objekt2 auf.

Gib den Objekten sinnvolle

4

amen. Du kannst den Namen es ausgewählten Objekts oberhalb es Programmfensters ändern. Das

P Ball Ball

ll Paddle heißen und der

90

91

Der kleine Hacker

5

addle

über die

e-

t

a

-

t

g

das Paddle auf die

s

e.

-

sors

-

.

W

am GPIO

-

S

g

addles u

-

Ein Scratch-Spiel mit einem

Gamepad aus Knete steuern

Das P

5

ekontakte gesteuert und raucht dazu ein Programm. Wenn u das Paddle in der Objektpalette uswählst, ist das Programmfenster och leer. Baue ein kleines

rogramm, das automa

isch startet, wenn du auf

as grüne Fähnchen klickst.

Dieses Pro

rstes

Position: 0,-160. Dadurch

teht das Paddle zu Beginn

enau in der Mitte zwischen dem

linken und dem rechten Rand der Bühn

Anschließend beginnt eine

6

Endlosschleife, die die Knete kontakte abfragt.

wird

ramm setzt als

Kn

aue jetzt eine falls

7

ie prüft, ob der Wert des Sen

gpio7 = 0 ist, also ob der Knete

ontakt für die Bewegung nach links erührt wird

enn du diesen Knetekontakt

8

berührst, soll die grüne LED

-Pin 24 einmal kurz aufblin

en. Dazu schalten wir sie mit einem

sende...an alle-Block ein und 0,1

ekunden später wieder aus.

Abfrage,

92

Viel wichtiger, als dass die LED

9

kurz leuchtet, ist die Bewegun

P eiten nach links. Dazu gibt es auf er blauen Blockpalette Bewegung

einen Block ändere x um...

m 20 Koordinatenein

Falls

das Paddle a

g

s

-

s

.

S

a

.

s

ese

ste-

to

ü

a

-

.

10

Rand an

ich nicht weiter bewegen. Hier ver

wenden wir eine falls

rüft, ob die x-Position kleiner ist als

240. Ist dies der Fall, wird die x-Po ition einfach auf -240 gesetzt

chiebe diese Blöcke alle in die

11

falls

Wert von Sensor...

ie komplette Abfrage duplizieren, m auch den anderen Knetekontakt m GPIO-Pin 4 abzufragen

ekommen ist, soll es

Abfrage mit dem Block

m linken

Abfrage, die

Jetzt kannst du

Die Werte für die GPIO-Pin

12

owie der zweiten grünen LED annst du direkt in den duplizierten

löcken ändern. Wenn du di netekontakt berührst, wird das

addle nach rechts bewegt. Im Block

ändere x um... muss jetzt also 20

en, und die Abfrage danach muss rüfen, ob die y-Position größer als 40 ist. Klicke dazu mit der rechten

austaste auf den grünen < r. Schalte dann im Kontextmen

uf > um.

13

zweiten Knetekontakt

n

Opera-

Baue nun diese beiden Abfra

en in die Hauptschleife des

Programms ein

93

Der kleine Hacker

5

S

s

a

-

.

-

S

V

g-

v

Sons

s

Ein Scratch-Spiel mit einem

Gamepad aus Knete steuern

tarte jetzt

14

ramm mit

einem Klick auf das

rüne Fähnchen. Du

kannst das Paddle mit

en Knetekontakten

teuern. Der Ball fliegt

ber davon völlig unbe

rrt weiterhin durch

n Raum

DIE SPIELREGELN

Nachdem die Spiel mechanik funktio niert, braucht das Spiel noch seine Regeln. In diesem einfachen

piel gibt es nur zwei

Regeln:

Pro-

94

chlägt der Ball egen das

Paddle, wird er zurück-

eschlagen, wobei es

eine leichte, zufällige

eränderung der Flu

bahn geben soll, damit

er Ball nicht immer

öllig gleichförmig

urch den Raum fliegt.

t könnte man al

Sp

ieler das Paddle einfach

an einer bes

e

stehe

assen.

S

-

p

.

z

-

t

.

W

s

-

.

s

-

i

-

f

aus.

das Paddle

-

v

-

,

f

-

tung

-

A

-

zwische

ese

W

.

A

timmten Stell

n l

chlägt der Ball

egen den lilafarbe nen Balken am rechten Rand (weil der Spieler ihn mit dem Paddle verfehlt hat), gibt es einen Minus

Diese beiden Regeln werden in zwei

neuen Programmblöcke betreffen

st nun wieder das Programm zu

Block, der nur ausgeführt wird, wenn

Ball, das Paddle berührt. Für solche Fälle gibt es auf

Fühlen den Block

unkt, und der Ball startet in

er Mitte des Spielfelds neu

usätzlichen Programmblöcken für

en Ball definiert, die beide automa

isch mit dem Spiel starten

ähle auf der Objektpalette

1

echts unten den Ball aus. Die

ieses Objekt. Im Programmfenster

ehen, das die Ballbewegung steu rt

Baue hier eine neue Gruppe

2

von Programmblöcken, die tarten soll, sobald das grüne Fähn hen angeklickt wird. Danach folgt in wiederhole fortlaufend falls

as aktuelle Objekt, nämlich der

er Blockpalette

wird...berührt. Wähle h

eld das Objekt Paddle

Wenn der Ball

3

erührt, wird die Bewegungs

ichtung ins Negative umgekehrt.

er Ball fliegt im gleichen Winkel

ach links unten weiter, in dem er

on links oben kam – oder umge

ehrt, wenn er von links unten kam

liegt er nach links oben weiter. Um

ie Bewegung etwas unvorhersehba

er zu gestalten, wird die Flugrich

des Balls gegenüber der bishe

igen Richtung leicht verändert.

nstatt die bisherige Richtung von

80 Grad zu subtrahieren, subtrahie

en wir sie von einem Zufallswert

n 160 und 200. Auf di

eise ändert sich die Richtung für

en Rückflug um einen zufälligen

ert zwischen -20 und 20 Grad

nschließend wird der Ball

4

einen Fünfer-Schritt bewegt,

er im Listen

95

Der kleine Hacker

5

das Paddle au

.

-

spi

p

das

e

Schlägen.

abg

-

ausg

.

S

f

-

,

.

auswähle

Ein Scratch-Spiel mit einem

Gamepad aus Knete steuern

mit er

hr berührt

Dann wird ein kurzer Ton abge

5

spiele Schlagzeug ... für ... Schläge

von der Block Programm. Wähle das Instrument 35

Große Trommel (akustisch) und ein

Länge von 0.2

6

rammblöcken, die von Anfang an

wartet, dass der Ball das Paddle

erührt. Nur dann werden die Blöcke

elt. Ziehe dazu einen Block

alette Klang in

Zusammen ergibt das die

ebildete Gruppe von Pro

it gestartet wird und nur darauf

eführt

f keinen Fall

un geht es darum, die zweite

7

pielregel umzusetzen und

estzulegen, was passiert, wenn der

all den roten Balken am unteren Rand der Bühne berührt. Baue dazu eine weitere Gruppe von Programm

löcken, die ebenfalls starten soll wenn das grüne Fähnchen angeklickt wird

Auch hier kommt wieder ein

8

wiederhole fortlaufend falls...

Block zum Einsatz, der dieses Mal

ur durchlaufen werden soll, wenn

r Ball den roten Balken

berührt. Dafür gibt es auf

er Blockpalette Fühlen en wird Farbe... berührt?

Block. Wenn du in diesem Block auf

as Farbfeld tippst, erscheint eine Pipette, mit der du die rote Farbe auf

r Bühne

n kannst.

96

l-

am GPIO

V

wird um

ese Variable

e

ang

S

.

gesetzt.

ese

e

-

sche

und

Grad gewählt,

mit der Ball

ab

.

-

t

p

Schlägen.

S

-

s

w

-

t

-

.

nicht exakt vom Rand abprallt,

er trotzdem

ngefähr nach

oben fliegt

erührt der Ball den roten Ba

9

en, leuchten beide roten LEDs

-Pin 18 auf, und der Spieler

bekommt einen Fehlerpunkt. Die

ariable Fehler

Di

ezeigt, d. h., du kannst dort im

piel jederzeit deine Punkte sehen

Anschließend wird der Ball

10

wieder in die Spielfeldmitte auf

ie Position x:0,y:0

Auch in di

11

eue Richtung zufällig zwi

wird auf der Bühn

n -20

1 erhöht.

m Fall wird di

20

Dann wird ein dumpfer Fehler

12

on abgespielt. Ziehe dazu

einen Block spiele Note ... für ...

Schläge von der Block

in das Programm. Wähle den Ton 52

nd eine Länge von 0.5

Nach einer Wartezeit von 0,5

13

ekunden werden auch die rot

euchtenden LEDs wieder ausge

chaltet, und das Spiel läuft normal

eiter.

amit ist das Programm fer

ig. Wenn du auf das grüne

ähnchen klickst, starten drei

Gruppen von Programm blöcken für den Ball und eine für das Paddle

alette Klang

97

Der kleine Hacker

5

l

Ein Scratch-Spiel mit einem

Gamepad aus Knete steuern

Das fertige Programm für das Pong-Spie

98

Conrad 10222 Operation Manual [de]

Specifications and Main Features

Frequently Asked Questions

User Manual