Conrad 15000 Operation Manual [de]

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Speziell für Kinder konzipierte Programmiersprache

Selber programmieren hat noch nie so viel Spaß gemacht …

… wie mit den Arduino-Projekten für Young Makers. Denn mit diesem Paket geht es gleich ans Eingemachte: Schon bald blinkt die erste LED, und kurz darauf hast du eine ganze Ampelanlage aufgebaut und programmiert. Oder hast du schon mal einen elektronischen Würfel mit einem Knete-Controller gesteuert? Nein? Dann leg gleich los!

Projekte, die Spaß machen

Mit Arduino-kompatibler Platine

einfache Programmierung mit Snap!

kein Löten erforderlich

inkl. aller Bauteile

Arduino-Projekte für Young Makers

Das Handbuch in englischer Sprache ist als Download unter www.conrad.de erhältlich.

The English version of the handbook can be

downloaded at www.conrad.de

Für Kinder unter 14 Jahren nicht geeignet. This is not a toy! Not suitable for children under 14 years.

2017/01

Diese Teile sind enthalten:

Arduino-kompatible Nano-Platine, LEDs,

Widerstände und weitere elektronische Bauteile, Steckbrett und Knete.

Diese Projekte setzt du um:

Wechselblinklicht, Fußgängerampel,

LED-Würfel, LED-Dimmer, Pegelanzeige

Innovationen, Irrtümer und Druckfehler vorbehalten. Subject to innovation, errors and printing errors.

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Arduino-Projekte für Young Makers

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Liebe Kunden!

Dieses Produkt wurde in Übereinstimmung mit den geltenden europäischen Richtlinien hergestellt und trägt daher das CE-Zeichen. Der bestimmungsgemäße Gebrauch ist in der beiliegenden Anleitung beschrieben.

Bei jeder anderen Nutzung oder Veränderung des Produktes sind allein Sie für die Einhaltung der geltenden Regeln verantwortlich. Bauen Sie die Schaltungen deshalb genau so auf, wie es in der Anleitung beschrieben wird. Das Produkt darf nur zusammen mit dieser Anleitung weitergegeben werden.

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 kommunale Verwaltung.

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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Inhaltsverzeichnis

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1 Nano-Platine und PC vorbereiten ..................................................6

Arduino und kompatible Platinen ............................................................. 7

as du sonst noch brauchst

oftware installieren.................................................................................

2 Die Teile im Paket ..........................................................................12

teckbretter .............................................................................................

Knete, Draht und Krokod

Widerstände .............................................................................................

Potenziometer LEDs

3 Wechselblinklicht ............................................................................26

Programmieren mit Snap4Arduino

o funktioniert das Programm ................................................................1

4 Fußgängerampel ............................................................................36

s geht los

o funktioniert das Programm

l klemmenkabel ..............................................

20 22

5 LED-Würfel .....................................................................................50

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

LED-Würfel mit echtem Würfeleffekt ......................................................6

6 LED dimmen ....................................................................................62

o funktioniert das Programm ................................................................6

7 Pegelanzeige .................................................................................68

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................................................................7

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Der kleine Hacker

r klei

ker

oco

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Nano-Platine

und PC vorbereiten

Das Programmieren von Mi kr

ntrollern war früher nur etwas für Ingenieure und Informatiker. Arduino ermög licht dank übersichtlicher Hardware und einfach zu ver

tehender Software auf ein

mal jedem den Einstieg in

ie Mikrocontrollertechnik.

Die Arduino-Plattform, eine

erie kleiner, kostengüns

iger Platinen auf der Basis von Atmel-Mikrocontrollern wurde ursprünglich für Bast ler und Künstler entwickelt

ie damit interaktive elektro nische Objekte schufen. Die Pl

ttform ist inzwischen in

DER NAME „ARDUINO“

Der Arduino kommt aus Italien und wurde nach dem italienischen König

rduino benannt, der bis ins Jahr 1005 in Ivrea, dem Firmensitz des

rduino-Herstellers herrschte. Nach diesem König ist dort auch die Lieblingsbar der Arduino-Entwickler Massimo Banzi und David Cuartielles benannt

WAS IST EIN MIKROCONTROLLER?

Ein Mikrocontroller ist ein kleiner (mikro = winzig) programmierbarer Elektronikchip, der zur Steuerung (to control = steuern) von unterschiedlichster Hardware

erwendet wird. Mikrocontroller sind heute in den meis-

en Geräten eingebaut, die eine elektronische Steuerung haben, wie unter anderem Küchengeräte, Elektronikspielzeug, Alarmanlagen, Heizungsanlagen oder Fahrradtachos. Im Gegensatz zu einem „echten“ Computer haben sie kein Betriebssystem und auch keine Festplat-

e. Prozessor, Programmspeicher und Datenspeicher befinden sich alle auf dem gleichen Chip, der zusätzlich

uch Anschlüsse zur Steuerung externer Hardware wie

LEDs, LCD-Anzeigen, Tastern und Sensoren hat

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er Maker-Szene zum allgemeinen

auc

auch die

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17.03.2017 16:13:41

tandard für mikrocontrollergesteu

erte Hardwareprojekte geworden

ARDUINO UND

hat gegenüber dem klassischen UNO eine kleinere Bauform und kann

irekt, d. h. ohne zusätzliche Kabel uf ein Steckbrett gesteckt werden

KOMPATIBLE PLATINEN

Die Arduino-Plattform bietet mittler weile eine große Vielfalt von Platinen für unterschiedliche Anwendungs

weck

Neben dem Original-Arduino gibt es

ede Menge kompatibler Platinen,

ie nicht nur fast gleich aussehen,

ndern funktionieren. Für die Experimente ist in diesem Paket eine kompatible

h wie der echte Arduin

WAS DU SONST NOCH BRAUCHST

In unserem Paket sind bereits alle Bauteile enthalten, die du zum Auf bau der Experimente benötigst

Zur Programmierung des Arduino verwenden wir in den Experimen

en einen Windows-PC. Die Ardui no-Software wie Programmiersprache Snap4Arduino werden außer für Windows auch für

interaktiv

Nano und UNO im Größenvergleic

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Der kleine Hacker

r klei

ker

oUSB-Stecker au

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Nano-Platine

und PC vorbereiten

Linux und Mac OS angeboten. Eine App für Chromebooks befindet sich noch in der Experimentierphase, funktioniert aber schon ziemlich

uverlässig

USB-KABEL

Die Verbindung zwischen PC und Nano erfolgt über ein USB-Kabel mit einem Micr einer Seite. Du brauchst dir ein sol ches Kabel nicht extra zu besorgen, fast alle modernen Smartphones verwenden diesen Steckertyp. Die

es USB-Kabel wird gleichzeitig zur

Programmierung und zur Stromver

orgung der Platine verwendet. Der Nano braucht also für unsere Experi mente kein eigenes Netzteil

SOFTWARE INSTALLIEREN

Zur Programmierung des Nano sind ein paar Programme auf dem PC erforderlich, die alle kostenlos her

ntergeladen werden können

Alle notwendige Software und auch

ie Beispielprogramme aus diesem

Paket findest Du auf www.buch.cd.

ib dort den Code 15000-4 ein und

ade dir die Zip-Datei herunter. Ent

acke diese anschließend in ein Ver

eichnis auf der Festplatte

TREIBER INSTALLIEREN

Der Nano braucht zur Verbindun mit dem PC über das USB-Kabel einen speziellen Treiber.

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chließe den Nano über das

aus dem entpackten

oad

uss eine

de.

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USB-Kabel am PC an. Ver

wende nach Möglichkeit einen USB

2.0-Anschluss, da es an USB-3.0 Anschlüssen eher zu Verbindungs problemen kommen kann

ensteuerung bestätigt werden. Soll est du nicht mit Administratorrech en angemeldet sein, muss ein

Administrator diese Anfra

e bestäti

Installiere den Treiber mit

einem Doppelklick auf die Datei

CH341SER.EXE

Downl

. Zur Installation m

Danach kannst du das Fenster

r Treiberinstallation schli

ßen

Klicke im Installationsdialog

Bestätigung erscheint, dass der Trei

f Install und warte, bis eine

r installiert wur

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Der kleine Hacker

Der keine

duino

ade dir die aktuelle Ver-

ese

obe

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Nano-Platine

und PC vorbereiten

DIE PROGRAMMIERSPRACHE SNAP4ARDUINO

Für die Projekte im Paket verwenden wir die besonders einfach zu erler nende Programmiersprache Snap 4Ar

on beisnap4arduino.org herunter

oder verwende einfach die Datei

Snap4Arduino.exe aus den Down

loads zum Paket

nap4Arduino verwendet wie viele

ndere interaktive Programme die

tandardFirmata als Grundlage

. L

ur Kommunikation zwischen P

nd Arduino. Auf der Nano-Platine in di mata bereits vorinstalliert. Darum brauchst du dich also nicht zu küm

Klicke in Snap4Arduino oben links

wähle im Menü Language in der Liste Deutsch aus

Bevor du mit dem Programmieren beginnen kannst, muss eine Verbin

m Paket ist StandardFir

uf das Einstellungen-Symbol und

Wähle dort

ung zum Nano hergestellt werden.

he dazu

n links auf die Block

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alette Arduino

erwendete

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klicke auf Mit Arduino

verbinden. Wähle

ann den vom Nano

n Port us. Snap4Arduino nterstützt mehrer

Arduinos an einem P

. Wenn mehrer

Ports angezeigt wer

en, ist meistens er mit der höheren

Nummer der richtige. Probiere es einfach

us. Bestätige die

erfolgreiche Verbin

ung mit einem Klick uf OK

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Der kleine Hacker

)

ano

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Die Teile im Paket

In diesem Kapitel erhältst du das nötige Exper

enwissen, um mit den Bauteilen in diesem

Paket perfekt umgehen zu können.

Arduino-kompatible

-Platin

Steckbrett

2 LEDs

2 LEDs rot

2 LEDs gelb

20-MOhm-Widerstand

rün

(mit Vorwiderstand)

mit Vorwiderstand

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edene

)

Potenziometer 15 kOh

)

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2 Krokodilklemmenkabe

Knete in verschi

Farben (die Farben der Knete können abweichen

Schaltdraht

isoliert

blanker Schaltdraht

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Der kleine Hacker

einande

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Die Teile im Paket

STECKBRETTER

Für den schnellen Aufbau elektro nischer Schaltungen, ohne löten

u müssen, ist im Paket ein Steck

brett enthalten. Elektronische Bau

le können direkt in ein Lochraster

esteckt werden

Bei diesen Steckbrettern sind die

ußeren Längsreihen alle mit Kon

akten (X und Y) miteinander ver

bunden. Diese Kontaktreihen wer

en oft als Plus- und Minuspol zur tromversorgung der Schaltungen

enutzt. In den anderen Kontaktrei hen sind jeweils fünf Kontakte (A bis E und F bis J)

uer miteinander ver

bunden, wobei in der Mitte der Pla

ine eine Lücke ist. So können in di

Mitte größere Bauelemente, wie z. B.

ie Nano-Platine, gesteckt und nach ußen hin verdrahtet werden

KNETE, DRAHT UND KROKODILKLEMMENKABEL

Im Paket befinden sich Knete, Draht

nd Krokodilklemmenkabel. Damit bauen wir Kontaktschalter, um die Elektronikexperimente zu steuern. Knete kann so die sonst üblichen Tasten ersetzen

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Das Bild zeigt, welche Löcher auf

m Steckbrett mit bunden sind.

r ver-

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Der Nano auf

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einem Steck-

außen

WARUM EIGENTLICH KNETE?

Knete leitet den Strom etwa so 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,

ie zum Beispiel einen Löffel oder eine Münze, an

ein Krokodilklemmenkabel klemmen und als Kon-

akt nutzen. Die neuartige, leichte „Kugelknete“ mit ihren eingebauten Styroporkügelchen eignet sich nicht. Sie leitet den Strom nicht gut genu

rett – links

SB-Anschluss

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Der kleine Hacker

ausrutsc

abel an.

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Die Teile im Paket

KNETEKONTAKTE BAUEN

Für einen Knetekontakt

brauchst du als Erstes ein tück Knete. Forme aus einem Stück er Knete eine etwa 2 bis 3 cm große

Kugel oder eine andere Form, die gut

n der Hand liegt

KROKODILKLEMME

Warum die Krokodilklemmenkabel so heißen, kann sich jeder leicht vorstellen. Wir haben uns diesen Namen übrigens nicht

usgedacht. Es ist wirklich die unter Elektrikern gebräuchliche

Bezeichnung für diese Art von Kabel

chneide mit einer Zange ein

etwa 4 bis 5 cm langes Stück vom blanken Draht ab, biege es zu einem „U“ und stecke die beiden Enden so weit in die Kneteku

der Draht nicht mehr von allein

her

tehen. Klemme hier eines der

Krokodilklemmenk

ht.

m Ende sollte der Draht noc

etwa 0,5 cm aus der Knete her

el,

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Das andere Ende des Krokodil

eses da

das Steckbre

n fa

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klemmenkabels soll mit der Elektronik auf dem Steckbrett ver bunden werden. Schneide dazu noch ein kürzeres, nur etwa 2 cm langes

tück vom blanken Draht ab und

biege daraus ebenfalls ein „U“. Ste

ke di

nn in

tt. Auf den Zeichnungen sind diese Kabelanschlüsse in Grau dar

estellt,

DRAHT SCHRÄG ABSCHNEIDEN

Der mitgelieferte Draht ist relativ dick, damit er sich nicht zu leicht verbiegt und mit den Krokodilklemmen gut greifen lässt. Dafür kann es 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 Steck-

rett stecken lässt

en isolierten Verbindungskabeln zu nterscheiden. Die farbigen Draht

brücken in den Zeichnungen kannst

u aus kurzen Stücken des isolierten chaltdrahts bauen. Du musst nur an

iden Enden mit einem scharfen

Messer etwa 0,5 cm der Isolierung

ntfernen

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Der kleine Hacker

das

abel des

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ühlschra

dem die ele

ese

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Die Teile im Paket

Klemme zuletzt

lemmenk

akts an den gerade gebauten

Anschluss auf dem Steckbrett

Da du jetzt weißt, was ein Knetekon

kt ist und wie man

Dinge bastelt, werden wir das be

en einzelnen Experimenten nicht

mehr jedes Mal erklären

MERKLISTE – FÜR JEDEN KNETEKONTAKT BRAUCHST DU:

1 Stück Knete 1 U-förmig gebogener

blanker Draht, etwa 4 bis 5 cm, für den Anschluss der Krokodilklemme an die Knete

1 U-förmig gebogener

blanker Draht, etwa 2 bis

cm, für den Anschluss der Krokodilklemme am Steckbrett

1 Krokodilklemmenkabe

Krokodil

Knetekon

tzlichen

WENN DIE KNETE HART WIRD ...

Die Knete ist so weich, weil sie ein bisschen Wasser enthält. Bei trocke ner Luft, wenn die Knete zum Bei

piel in geheizten Räumen gelagert wird, kann sie, nachdem sie ein paar Ta

e offen herumgelegen hat, aus

rocknen und lässt sich dann nicht

mehr so gut kneten. Außerdem kann

ie Leitfähigkeit nachlassen, und die Knetekontakte funktionieren dann nicht mehr so

enn du die Knete ein paar Stun

en nicht brauchst, packe sie immer

n eine geschlossene Plastikdose.

ut wie am ersten Ta

Die Dosen, die man zum Lagern von Lebensmitteln im K

et, eignen sich gut. Du kannst auch einfach den Plastikbeutel verwenden, in Bauteile in di ver

ackt sind

Wenn die Knete doch ein mal zu hart geworden ist, hilft der folgende Trick

nk verwen

ktronischen

m Paket

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KNETE WIEDER WEICH MACHEN

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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 weit aus, dass es sich nur noch ganz leicht feucht anfühlt. Wickle 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 dann gut durch. Dadurch verteilt sich die Feuchtigkeit gleichmäßig, und die Knete kann wieder ganz normal benutzt werden Damit die Feuchtigkeit besser in die Knete hineingelangt, forme keine Kugeln, sondern drücke die Knete platt, bevor du sie in das Tuch packst. Die Kugel ist die Form, die im Verhältnis zum Volumen die geringste

berfläche hat, es kann also wenig Feuchtigkeit ein-

dringen. Umgekehrt kommt über die geringe Oberfläche

uch kaum Feuchtigkeit heraus. Deshalb sind die meis-

en Früchte annähernd kugelförmig – damit sie im Som-

mer nicht so schnell austrocknen

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Der kleine Hacker

erwende

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Die Teile im Paket

VORSICHTSMASSNAHMEN

erbinde auf keinen Fall irgendwelche Pins des Nano

iteinander und warte ab, was passiert

Einige Pins sind direkt mit Anschlüssen des Mikrocont-

ollers verbunden, ein Kurzschluss kann den Nano kom-

lett zerstören – zumindest theoretisch. Die Platinen sind erstaunlich stabil gegen Schaltungsfehler. Nicht alle Pins lassen sich frei programmieren. Einige sind für die Stromversorgung und andere Zwecke fest eingerichtet Für Logiksignale immer den 3,3-V-Pin (in den Zeichnun-

V3 verwenden. Der 5-V-Pin (in den Zeichnungen:

ann (fast) so viel Strom entnommen werden, wie das ngeschlossene Netzteil liefert. Dieser Pin darf aber

icht mit einem digitalen Eingang verbunden werden

WIDERSTÄNDE

Ein Widerstand begrenzt den Strom,

er durch eine Leitung fließt. Man

nn ihn sich vorstellen wie ein dün nes Stück Gartenschlauch, das in ein Wasserrohr eingebaut wird. Durch

ie Rohrleitung fließt dann im Gan

en weniger Wasser, nämlich nur

noch so viel, wie durch den Schlauch

elangt.

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Widerstände werden zur Strombe

renzung an empfindlichen elek

ronischen Bauteilen sowie als Vor widerstände für LEDs verwendet. Die Maßeinheit für Widerstände ist

hm. 1.000 Ohm entsprechen einem Kiloohm, abgekürzt kOhm. 1.000 kOhm entsprechen einem Megaohm,

bgekürzt MOhm. Oft wird für die Einheit Ohm das Omega-Zeichen Ò v

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Die farbigen Ringe auf den Wider

und

000

ün

000

000.000

000.000.000

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tänden geben den Widerstandswert

n. Mit etwas Übung sind sie deut lich leichter zu erkennen als winzig kleine Zahlen

die man nur noch auf

anz alten Widerständen findet

Die meisten Widerstände haben vier

olcher Farbringe. Die ersten bei

en Farbringe bezeichnen die Ziffern,

vierte die Toleranz. Dieser Toleranz ring ist meistens gold oder silbern – Farben, die auf den ersten Rin

en nicht vorkommen. Dadurch ist

e Leserichtung immer eindeutig. Der Toleranzwert selbst spielt in der Digitalelektronik kaum eine Rolle. Die Tabelle zei

t die Bedeutung der

farbigen Ringe auf Widerständen

ilber

Gold

Schwarz

Braun Rot Orange

Widerstandswert in Oh

. Rin

(Zehner)

. Rin

Einer)

Blau

Violett

Grau

Wei

Im Paket ist nur ein Widerstand enthalten

0 MOh

. Ring

(Zehner)

2. Ring (Einer)

ot Schwarz

. Ring

Multipl.)

au Gold

. Rin

(Multiplikator)

= 0,01 ±10

= 0,1 ±5

= 1

= 10 ±1 % = 1 = 1.

= 10.

= 100. = 1. = 10. = 100. = 1.

4. Ring (Toleranz)

Knete kontakt

4. Rin (Toleranz)

±2

±0,5 % ±0,25 ±0,1 % ±0,05

erwendung

iderstand für

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Der kleine Hacker

„

äss

uss-

ese

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Die Teile im Paket

In welcher Richtung ein Widerstand eingebaut wird, ist egal. Bei LEDs

agegen spielt die Einbaurichtung

eine wichtige Rolle

POTENZIOMETER

Ein Potenziometer ist ein einstellba rer Widerstand. Der Widerstand zwi

chen den beiden äußeren Anschlüs en ist immer gleich. Durch Drehen

es Knopfs lässt sich der Widerstand

wischen dem mittleren Anschluss

nd den äußeren einstellen

LEDS

LED ist die Abkürzung für das en lische Wort „light emmitting diode“, was wörtlich übersetzt

b strahlende Diode“ oder einfach

Leuchtdiode bedeutet. LEDs können

chön bunt leuchten, wenn Strom in

Licht

einer Richtung durch sie fließt. In der

nderen Richtung lassen sie nichts urch und leuchten auch nicht

LEDs werden in Schaltungen mit einem pfeilförmigen Dreiecksymbol

argestellt, das die Flussrichtung vom Pluspol zum Minuspol oder zur Masseleitun

Eine LED l richtung 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 üblicherweise zwischen

em verwendeten GPIO-Pin und der Anode der LED ein 220-Ohm-Vor widerstand (Rot-Rot-Braun) einge

t werden. Di

chützt auch den Ausgang des Nano vor zu hohen Stromstärken. Die LEDs im Paket haben bereits einen Vorwiderstand eingebaut. Deshalb

angibt

t in der Durchfl

r Vorwiderstan

Schaltplan einer LED mit Vorwiderstan

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usc

aus

aue dazu

LED IN WELCHER RICHTUNG ANSCHLIESSEN?

Auß

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Die beiden Anschlussdrähte einer LED sind unterschiedlich lang. Der längere ist der Pluspol (die Anode), der kürzere der Minuspol (die Kathode). Einfach zu merken: Das Pluszeichen hat einen Strich mehr als das Minuszeichen und macht damit den Draht optisch etwas länger.

erdem sind die meisten LEDs auf der Minusseite

bgeflacht, so wie ein Minuszeichen. Leicht zu merken:

Kathode = kurz = Kante

brauchst du keine zusätz lichen Vorwiderstände

hließen

Probiere einfach einmal

ine LED

. B ie abgebildete Schaltung uf einem Steckbrett auf nd schließe danach den

Nano am USB-Port des PCs an. In diesem ersten Experiment wird der Nano nur als Stromversorgun für die LED genutzt. Die

iden verwendeten Pin

m Nano sind immer mit

+3,3 V und Masse geschal

BENÖTIGTE BAUTEILE

1x Nano 1x Steckbrett 1x LED rot (mit Vor-

iderstand)

1x Drahtbrück

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Der kleine Hacker

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Die Teile im Paket

et. Die LED leuchtet immer, man

braucht keinerlei Programm dazu

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Der kleine Hacker

aue die

)

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Wechselblinklicht

etzt geht es los. Unser erstes

nap4Arduino-Programm soll zwei LEDs abwechselnd blinken lassen. Das klingt nicht weiter aufregend,

BAUTEILE

x Nan x Steckbrett x LED rot (mit Vor-

iderstand)

x LED grün (mit

orwider-

stand

x isolierte Draht-

brücke

iefert aber wichtiges Fachwissen,

m später weitere Elektronik anzu

chließen.

B brett in der Abbildung auf, schließe

ie an die Pins D6 und D9 an und verbinde die Masseleitung mit dem GND-Pin. Das gleiche Prinzip wer

en wir beim Anschließen von LEDs

immer anwenden

LEDs wie auf dem Steck

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PROGRAMMIEREN MIT

wä

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SNAP4ARDUINO

tarte auf dem PC Snap4Arduino. Bevor du mit dem Programmieren be

nnen kannst, muss eine Ver

bindung zum Nano hergestellt wer

en. Schalte dazu oben links auf die

ockpalette Arduino und klicke auf

Mit Arduino verbinden. Wähle den

vom Nano verwendeten Port aus.

nap4Arduino unterstützt mehrere Arduinos an einem PC. Solange nur ein Arduino angeschlossen ist, wird

Bestätige die erfolgreiche Verbin

ung mit einem Klick auf OK

Beim Öffnen eines neuen Pro

ramms in Snap4Arduino geht oft die

Verbindung zum Arduino verloren.

ollte ein Fehler auftreten, wenn du

n neues Programm startest, ver

inde den PC einfach mit einem Klick

wieder mit dem Nano

In Snap4Arduino braucht man beim Programmieren keinen Programm

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Der kleine Hacker

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Wechselblinklicht

code einzugeben. Die Blöcke werden einfach per Drag and Drop aneinan

ergehängt. Die Programmierober

fläche enthält vier Teilfenster, die

o bezeichnet werden, wie auf der

Abbildung zu sehen ist. Die Block

alette im linken Teil des Fensters enthält nach Themen geordnet die verfü

baren Blöcke. Diese Themen

bereiche lassen sich über die farbi

en Schaltflächen oben links in der

Blockpalette auswählen. Die Blöcke haben zur besseren Unterscheidun

uch die entsprechenden Farben

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DIE PROGRAMME ZUM PAKET

herunterladen. Entpacke

ng.

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m besten baust du die Programme anhand der Abbil-

dungen am Bildschirm selbst zusammen. Du kannst sie

ber auch unter

in diesem Fall die ZIP-Datei aus dem Download in ein

erzeichnis auf der Festplatte. Klicke dann oben links in

Snap4Arduino auf das Dateisymbol und wähle Importie

ren, um die Programme, die im XML-Format vorliegen,

in Snap4Arduino zu importieren. Einmal importierte Programme stehen danach in der eigenen Bibliothek, die über den Menüpunkt

ffnen erreichbar ist, zur Verfü-

Dieses erste Programm findest du als Downloads

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1led

bei den

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Der kleine Hacker

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Wechselblinklicht

Klicke oben links auf das gelbe Sym

ol Steuerung. Dann werden in der Blockpalette links die Blöcke zur

teuerung angezeigt.

Ziehe die Blöcke, die du brauchst, einfach aus der Blockpalette links in

as Programmfenster in der Mitte.

enn du einen neuen Block dicht

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nter einen anderen schiebst, rastet

ede

oder

für

oder

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er ein und verbindet sich automa

isch

Einen nicht mehr benötigten Block kannst du jederzeit von den ande ren Blöcken abtrennen und wi

urück auf die Blockpalette ziehen

SO FUNKTIONIERT DAS PROGRAMM

Das Programm startet wie die meis

en Snap4Arduino-Programme mit

em Block Wenn grünes Fähnchen

angeklickt, der auf der Block Steuerung zu finden ist. Der Block ist

oben rund, passt also unter keinen

nderen Block. Er muss immer als

Erstes gesetzt werden

Eine fortlaufend-Schleife sorgt dafür,

die beiden LEDs abwechseln endlos blinken, und zwar so lange, bis du auf das rote Stopp-Symbol oben rechts in Snap4Arduino klickst

alette

Um einen digitalen Pin des Nano ein-

der auszuschalten, verwendet man

n Block Setze digitalen Pin... auf... von der Palette Arduino. Wähle im Listenfeld den Pin 6 aus

eder digitale Pin kann den Logik

wert wahr Dabei steht wahr

nd falsch für ausgeschaltet. Auf er Palette Operatoren ist ein Block

mit einem Schalter zu finden, der

rch einfaches Anklicken auf den Wert wahr

en kann.

falsch annehmen.

eingeschaltet

falsch gesetzt wer-

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Der kleine Hacker

in das pas-

Schleife.

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Wechselblinklicht

Ziehe den Block wahr

ende Feld ganz rechts im Block

Setze digitalen Pin... auf... und ziehe

en ganzen Block dann in die fortlau-

fend-

Nachdem die LED an Pin 6 einge

chaltet ist, wartet das Programm

ine Hundertstelsekunde. Solch

ogenannten „Timeouts“ (oder auf

Deutsch „Auszeiten“) baut man

mmer dann ein, wenn Programme

irekt mit Hardware kommunizieren. ie verhindern, einfach ausgedrückt, ass sich ein Programm „über

chlägt“ und irgendein Hardware ereignis nicht mehr mitbekommt. Zwischen dem Setzen zweier Pins

llte immer eine minimale Wart

eit eingebaut werden

DEZIMALPUNKT STATT KOMMA

Snap4Arduino ver-

endet wie viele

merikanische Programme den Punkt als Dezimal-

rennzeichen, nicht das in Deutschland übliche Komma. Eine Hundertstelsekunde Wartezeit schreibt man also

und nicht

innerhalb der fortlaufend-Schleife

nd trage im Zahlenfeld den Wert

0.01 ein

Ziehe dazu einen Block warte... Sek von der Blockpalette Steuerung unter

en Block Setze digitalen Pin... auf...

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Immer wenn die LED am Pin 6 leuch

et, soll die andere LED am Pin 9

usgeschaltet sein. Ziehe dazu einen

weiteren Block Setze digitalen Pin...

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auf... in die Schleife. Wähle in diesem

ock e

das Text-

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Block den Pin 9 aus und ziehe ganz rechts in das Feld einen Logikwert

falsch von der Blockpalette Operatoren

Danach soll das Programm eine halbe Sekunde warten

bis die LED m Pin 6 wieder ausgeschaltet und afür die LED am Pin 9 eingeschal

et wird. Füge dazu einen warte...Sek

in und schreibe in

feld 0.5.

ie LED am Pin 9 ein- und die am

Pin 6 ausgeschaltet. Nach einer wei

eren halben Sekunde wiederholt

ich die Schleife und schaltet die LED

m Pin 6 ein und die am Pin 9 aus

Wenn du das Programm aus

en Blöcken fertig zusammenebaut hast und die LEDs am

Arduino angeschlossen sind, klicke

uf das grüne Fähnchen rechts oben. Damit wird das Programm gestartet. Die LEDs blinken

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Der kleine Hacker

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Wechselblinklicht

Mit einem Klick auf das rote

topp-Symbol oben rechts

kannst du das Programm wie

er anhalten

TIPP

Soll die LED schneller blinken, ver-

kürze die Zeiten in den beiden warte... Sek-Blöcken innerhalb der Schleife.

Soll sie langsamer blinken, verlänge-

re die Wartezeiten.

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Vergiss nicht, das fertige Programm

ederverwende

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mit dem Menüpunkt Sichern als im Dateimenü zu speichern, um es spä

r wi

n zu können

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Der kleine Hacker

eder aus-

übe

über die

aus

eue

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Fußgängerampel

Einzelne LEDs ein- und wi

uschalten mag im ersten Moment

anz spannend sein, aber dafür braucht man eigentlich keinen Com puter. Eine Ampel mit ihrem typi

hen Lichtwechsel von Grün

lb nach Rot und dann

Lichtkombination Rot-Gelb wieder zu

rün ist da schon viel spannender

Das nächste Experiment stellt eine einfache Ampelschaltung mit Fuß

ängerampel dar, die während der

BAUTEILE

1x Nano 1x Steckbrett

x LED rot (mit Vorwi-

derstand)

1x LED gelb (mit Vorwi-

derstand)

x LED grün (mit Vorwi-

derstand)

1x 20-MOhm-Widerstand

rot-schwarz-blau)

x blanke Drahtbrücke

1x isolierte Drahtbrücke

x Knetekontakt

Rotphase der Verkehrsampel eine

rünphase für Fußgänger anzeigt

Dieses Experiment zeigt außerdem, wie du den Nano mit selbst Kontakten

Knete st

ebauten

rn kannst. Probiere dieses Experiment in aller Ruhe aus, bevor du dich an die kom plizierteren Versuche heranwagst. Denn hier lernst du eine Menge Tricks, die du später noch brauchen wirst.

Baue zunächst die ab

ebildete

chaltung auf einem Steckbrett auf.

Eine der Kontaktleisten an den lan

en Seiten des Steckbretts ist wie

beim letzten Mal mit der Masselei

ung des Nano verbunden, die andere

eite verwenden wir für den Knete

kontakt.

Der 20-MOhm-Widerstand zwi

chen 3,3 V und dem Pin A2 ist für den Knetekontakt. Wir ver wenden in diesem Experiment

wei Knetekontakte: Einer kommt an die Masseleitun

er andere an den analogen

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KABELFARBEN

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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 Knetekon-

akt gemeint ist, verwenden wir in der Abbildung dementsprechend rote und blaue Knete. Der Massekontakt ist zusätzlich mit einem Minuszeichen gekennzeichnet

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Der kleine Hacker

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Fußgängerampel

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Beim Berühren des Knetekontakts

tartet der typische Ampelzyklus

einer Fußgängerampel. Im Ruhezu

tand leuchtet die Fußgängerampel

rot, die Verkehrsampel grün

HIGH ODER LOW?

Ein digitaler Pin, der vom Programm ein- oder ausgeschaltet werden kann, wird wie im ersten Ex ment als Ausgang bezeichnet, da der Nano hier ein Signal ausgibt, nämlich

eri

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falsch für ausgeschaltet oder wahr

bzw. eine 0 oder eine 1 schickt.

übe

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für eingeschaltet

DER TRICK MIT DEN KNETEKONTAKTEN

Umgekehrt kann ein digitaler Pin

uch als Eingang benutzt werden, er dem Programm ein falsch oder

wahr

Dies hängt davon ab, welches Signal

m Eingang anliegt. Man unterschei et in der Digitalelektronik zwischen

Low-Signalen (= niedrig, falsch, 0)

nd High-Signalen (= hoch, wahr, 1).

Dabei gilt

Low: Der Eingang ist mit der

Masse verbunden

High: Am Eingang liegt eine

positive Spannung an

Das Prinzip der Knetekontakte ist

infach: Der verwendete Pin ist

einen extrem hohen Widerstand

20 MOhm) mit +3,3 V verbunden,

odass ein schwaches, aber eindeu

ig als High definiertes Signal am Pin

nliegt

Wenn du mit einer Hand den blauen Knetekontakt an der Masseleitung

nfasst, ist dein Körper „geerdet“, lso mit der Masse verbunden

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Der kleine Hacker

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Fußgängerampel

ACHTUNG!

Berühre nie eine

Steckdose oder ein

nicht isoliertes Kabel, das

am 230-V-Stromnetz angeschlossen ist!

Auch diesen Strom würdest du, da du über

deine Füße immer mit der Masseleitung Erde

verbunden bist, direkt dorthin leiten – und das

ist lebensgefährlich! Das wäre vergleichbar

mit einem Blitzeinschlag in deinem Körper.

Ein Gewitter ist nichts anderes als ein

Kurzschluss zwischen positiv geladenen

Wolken und der Erde, der durch

die feuchte Luft herbeigeführt

wird.

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Fasst du gleichzeitig mit der anderen

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Hand den roten Knetekontakt am Pin A2 an, wird das schwache High-Signal dort von dem deutlich stärkeren

Low-Si

nal der Hand überlagert und

ieht den entsprechenden Pin auf

Low

ES GEHT LOS

Nachdem du die Schaltun

ufgebaut und die Knetekon

akte angeschlossen hast,

tarte das Programm 02ampel und

klicke auf das grüne Fähnchen

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Der kleine Hacker

usä

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Fußgängerampel

Klicke auf das grüne Fähnchen, um

as Programm zu starten. Die Ver

kehrsampel leuchtet grün, die Fuß

ängerampel rot – genau so, wie

es echte Ampeln stundenlang tun,

olange kein Fußgänger kommt und

uf den Knopf drückt

Nimm den blauen Knetekontakt

n der Masseleitung in die Hand.

Berühre z

ekontakt. Jetzt startet der Ampel

yklus, der in unserem Programm

wie auch bei einer echten Am

echs unterschiedlichen Lichtmus

tzlich den roten Kn

el aus

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ern besteht, die unterschiedlich

fah

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lange leuchten

ürfen. In unserer Modellampel sind

0,5 Sek

0,5 Sek.

Sek

Mit dem letzten Lichtmuster – Fuß

änger rot, Verkehrsampel grün –

erreicht die Ampel wieder den Stan-

ardzustand. Das Programm muss

llerdings dafür sorgen, dass auch

ieser immer für eine Mindestzeit eingehalten wird. Selbst wenn ständig Fußgänger auf den Knopf drücken,

0,5 Sek

>= 3 Sek.

as 3 Sekunden, bei einer wirklichen

el natürlich deutlich mehr.

ZWEI PERSONEN

Du kannst den Stromkreis auch über mehrere Personen schließen. Nimm

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Der kleine Hacker

eder starten.

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Fußgängerampel

en blauen Knetekontakt in eine

Hand und bitte eine andere Person,

n roten Knetekontakt in die Han

u nehmen. Noch passiert gar nichts

Wenn ihr euch an die Hand nehmt,

tartet der Ampelzyklus. Der Strom

kreis ist über eure Hände geschlos

en.

ES GEHT AUCH OHNE MASSEKONTAKT

Nimm einmal nur den roten Knete kontakt in die Hand, ohne über den blauen Knetekontakt mit der Mas

eleitung verbunden zu sein. Bewege

ich jetzt etwas, stehe auf, setze dich

n oder berühre mit der anderen Hand ein Möbelstück. Die Ampel wird immer mal wi

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Das bedeutet, dass der Nano-Pin

bode

in D12

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mit der Masse verbunden ist – aber wie? Ein Mensch ist über seine Füße fast immer mit der Masse der Erde verbunden. Wie hoch allerdin Widerstand zwischen deiner Hand

nd der Erde ist, hängt von vielen

Dingen ab, vor allem davon, was

für Schuhe anhast und auf wel chem Fußboden du stehst. Barfuß im nassen Gras ist die Verbindung

ur Masse der Erde am besten, aber

h auf Steinfuß es meistens gut. Du kannst auch mit der freien Hand ein geerdetes Metallteil wie zum Beis Heizkörper oder einen Wasserhahn berühren, um guten Kontakt zur Erde zu bekommen, damit die Ampel

tartet

n funktioniert

s der

iel einen

SO FUNKTIONIERT DAS PROGRAMM

Wenn du auf das grüne Fähn chen klickst, wird die Grund

tellung der Ampel einge chaltet: Grün für die Autos,

Rot für die Fußgänger. Die anderen

rei LEDs werden ausgeschaltet. Das Ausschalten ist hier am Anfang eigentlich nicht nötig. Es dient nur

azu, das Programm auf jeden Fall mit einem klar definierten Zustan

u starten.

Die Abbildung zeigt, welcher Pin wel che LED steuert

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Pin D

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Der kleine Hacker

eu.

das

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Fußgängerampel

etzt beginnt wie im letzten Pro

ramm eine fortlaufend-Schleife.

Innerhalb der Schleife wird in einem

falls-Block der Knetekontakt abge

fragt. Die Blöcke innerhalb des fallsBlocks werden immer nur dann

usgeführt, wenn die Abfrage im Titelbalken dieses Blocks ein wahres Er

ebnis liefert.

Ist das Ergebnis der Abfrage hin

egen falsch, passiert gar nichts, nd die Blöcke unterhalb des falls

Blocks werden ausgeführt. In unse rem Fall startet dann die fortlau-

fend-Schleife n

Für die Abfrage selbst ist im

falls-Block ein längliches Feld

mit spitzen Enden vorgesehen. Hier muss ein Block aus der

rünen Blockpalette Operato-

ren eingefügt werden. Ziehe den

Block mit dem Kleiner-als-Zei

hen auf

Block falls

Platzhalterfeld im

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Dieser Operator ist immer dann wahr, wenn der Wert links vom Zei

hen kleiner ist als der Wert recht

von

Ziehe also in das linke Feld des Klei-

ner-als analogen Pin... von der Blockpalette

Operators einen Block lies

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aus.

ANALOGE UND DIGITALE NANO-PINS

A0...A5

bezeichnet. Im Block

angegeben. Analoge Pins können

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Da Snap4Arduino die im Nano eingebauten Pulldown-Widerstände immer einschaltet, werden digitale Eingänge immer auf 0 gezogen. Sie haben auch ohne Berührung einen Low-Pegel. Deshalb nutzen wir zur Abfrage der Knetekontakte einen analogen Eingangspin. Diese liefern

ahlenwerte zwischen 0 und 1023, je nach anliegendem Eingangspegel. Bei niedrigen Werten liegt der Eingangspegel näher an dem Massewert von 0 V, hohe Werte stehen für Eingangspegel, die dem logischen High, also

,3 V, näher kommen. Auch die analogen Eingänge dür-

fen nicht mit höheren Spannungen als +3,3 V angesteuert

erden. Ein Wert von 200 hat sich als guter Grenzwert

wischen berührtem und nicht berührtem Knetekontakt erwiesen. Die analogen Pins befinden sich auf der den digitalen Pins gegenüberliegenden Seite der Platine und werden dort mit

ies analogen Pin... werden

nur die Nummern nur als Eingänge, nicht als Ausgänge verwendet werden

bis

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Arduino und wähle im Listenfeld den Pin2

chreibe in das rechte Feld des Klei-

ner-als-Operators den Wert 200

nd ziehe dann den ganzen Klei-

ner-als-Operator in das Feld im Titel

es falls...-Blocks.

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Der kleine Hacker

die unter-

iedliche

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Fußgängerampel

Wenn diese Abfrage wahr ergibt, der analoge Pin also einen Wert kleiner als 2 liefert, weil der Knetekon

akt berührt wird, werden

nacheinander

er Ampel geschaltet. Die

Ampel wartet jedes Mal

ekunden bis zum nächs

n Lichtmuster. Währen

ie Fußgängerampel grün

leuchtet, wird 3 Sekun

en gewartet. Werden zwei

LEDs scheinbar gleichzeiti

eschaltet, ist wie im letzten Experiment eine Auszeit von einer Hundertstelsekunde im Pro

n Lichtmuster

ramm eingebaut

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WENN ES NICHT FUNKTIONIERT

200

aus.

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In manchen Fällen kann es passieren, dass die Ampel

ngeht, auch wenn du gar keinen der Knetekontakte berührst. Dies kann verschiedene Ursachen haben, zum Beispiel, dass die Tischplatte oder eine andere Unterlage,

uf der die Knetekontakte liegen, leitfähig ist und so den Stromkreis schließt. Wenn du den roten Knetekontakt

m isolierten Kabel hochhebst, ohne die Knete oder eine blanke Drahtstelle zu berühren, sollte alles wieder ruhig sein Selbst geringe statische Elektrizitätsfelder, wie sie zum Beispiel durch kunststoffbeschichtete Tischplatten oder Teppichböden entstehen, können schon zum Kontakt füh-

In seltenen Fällen kann es vorkommen, dass die Ampel

ngeht, selbst wenn der rote Knetekontakt frei in der Luft hängt oder du ihn nicht einmal angeschlossen hast. Das kann durch Störfelder – oft auch als Elektrosmog bezeichnet – passieren. Solche elektrischen Felder entstehen durch Handys, Computer, Fernseher, Mikrowellen und viele andere elektrische Geräte in der unmittelbaren

mgebung. Sie können bei bestimmten Wetterlagen aber

uch auf natürliche Weise entstehen. Sogar besondere

esteinsformationen im Erdboden unter dir können elek-

romagnetische Unregelmäßigkeiten verursachen, die sich bei den geringen Strömen, mit denen unsere Knetekontakte arbeiten, schon bemerkbar machen Sollte das Programm nicht zuverlässig funktionieren,

robiere als Grenzwerte zwischen berührt und

rührt statt des vorgegebenen Werts

wischen etwa

und

andere Werte

icht be-

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Der kleine Hacker

äss

abe

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LED-Würfel

Typische Spielwürfel mit einem bis

echs Augen kennt jeder, und vermutlich hat auch jeder welche zu Hause. Wesentlich cooler ist ein elektronisch gesteuerter Würfel,

er mit einer Steuerung über einen

Knetekontakt die Augen aufleuch

n l

t – echs LEDs in einer Reihe, sondern o, wie die Augen auf dem Spielwür

fel angeordnet sind.

pielwürfel haben Augen in der typi

chen quadratischen Anordnung,

wozu man sieben LEDs braucht, die in vier Gruppen gesteuert werden. Für die Ansteuerung der LEDs brau

r nicht einfach ein bi

chen wir nur vier statt sieben Pins,

a Würfel zur Darstellung gerader

Zahlen die Augen paarweise nut

en. Die mittlere LED ist die, die fest

uf der Nano-Platine verbaut und mit dem Pin 13 verbunden ist. Somit brauchen wir sogar nur drei externe Pin

Baue die Schaltung aus sechs LEDs mit eingebauten Vorwiderständen

nd zwei Knetekontakten auf. In der

chaltung werden beide seitlichen

chienen des Steckbretts für Mas

eleitungen benötigt. Daher sind die

Knetekontakte diesmal etwas ander

ngeschlossen

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Der kleine Hacker

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LED-Würfel

Die Schaltung sieht auf den ers

en Blick deutlich komplizierter aus

ls die vorherigen. Immerhin wer

en neben dem Nano noch sieben

weitere elektronische Bauteile und

usätzlich diverse Drähte auf dem

teckbrett aufgebaut

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BAUTEILE

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1x Nano 1x Steckbrett 2x LED rot (mit Vor-

iderstand)

2x LED gelb (mit Vor-

iderstand)

2x LED grün (mit

orwider-

stand)

1x 20-Mohm-Wi-

derstand

rot-schwarz-

lau)

5x isolierte Draht-

rücke (unterschiedliche Längen)

2x blanke Drahtbrü-

cke

2x Knetekontakt

Nachdem du die Schaltung aufgebaut

nd die Knetekontakte angeschlos

en hast, starte das Programm

03wuerfel01.

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Der kleine Hacker

hat, wird der

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LED-Würfel

Alle LEDs sind am Anfang aus. Berühre nun kurz die beiden Knete kontakte, um zu würfeln. Wenn du wieder loslässt, wird die gewürfelte Zahl so lange angezeigt, bis du die Knetekontakte w

eder berührst

SO FUNKTIONIERT DAS PROGRAMM

Wenn du auf das grüne Fähn chen klickst, startet sofort die

Endlosschleife, die darauf wartet,

ass du den Knetekontakt berührst.

enn der analoge Eingang einen ert kleiner als 200

Knetekontakt berührt und die Anwe

ungen innerhalb des falls

werden ausgeführt. Am Anfang sind

e LEDs alle ausgeschaltet, aber

päter bleibt ein angezeigtes Würfel

ergebnis so lange bestehen, bis du

en Knetekontakt wieder berührst

Blocks

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Danach wird eine zufällige Zahl zwi

gespeichert. Variablen

(wie Wür-

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chen 1 und 6 erzeugt und in der

Variablen w

ind kleine Speicherplätze, in denen

man sich, während ein Pro

ramm

läuft, eine Zahl oder irgendetwas

nderes merken kann. Wenn das

Programm beendet wird, werden

ie Variablenspeicher automatisch eleert

Variablen müssen in Snap4Arduino erst einmal angelegt werden, bevor man sie benutzen kann. Klicke in der Blockpalette oben auf das oran

efar

bene Symbol Variablen und dann auf

Neue Variable

ib dann der Variablen einen Namen

wir verwenden einfach w fel). In der Blockpalette werden ver

chiedene Blöcke zur Arbeit mit Vari

blen angezeigt

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Der kleine Hacker

ebe

einschaltest, wird

aus.

das Zah-

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LED-Würfel

Wenn du den Schalter links n

r Variablew

iese Variable automatisch auf der Bühne in einem kleinen orange farbenen Feld angezeigt. So siehst

u immer die gewürfelte Zahl und kannst leicht kontrollieren, ob die LEDs funktionieren. Dieses Zahlen feld ist sehr klein. Klicke mit der rechten Maustaste darauf und wähle

dem Menügroß. Jetzt ist die Zahl

r zu erkennen

Ziehe nun den Block setze...auf

as Programmfenster. Wähle im Lis

enfeld die Variable w

Ziehe dann aus der grünen Block palette der Operatoren den Block

Zufallszahl von...bis... auf

enfeld im orangefarbenen Block

setze...auf. Trage in die beiden Zah

enfelder eine 1 und eine 6 ein, da die

Zufallszahl in diesem Bereich liegen

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WIE ENTSTEHEN EIGENTLICH ZUFALLSZAHLEN?

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Man denkt vielleicht, in einem Programm könne nichts

ufällig passieren, alles sei geplant. Wie kann ein

Programm dann in der Lage sein, zufällige Zahlen

u generieren? Teilt man eine große Primzahl durch irgend einen Wert, ergeben sich ab der x-ten Nachkommastelle Zahlen, die kaum noch vorhersehbar sind und sich auch ohne jede Regelmäßigkeit ändern,

enn man den Divisor regelmäßig erhöht. Dieses Ergebnis ist zwar scheinbar zufällig, lässt sich aber durch ein identisches Programm oder mehrfachen

ufruf des gleichen Programms jederzeit reproduzie-

ren. Nimmt man aber eine aus einigen dieser Ziffern

usammengebaute 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. Aus diesem Grund wird es

ls Zufallszahl bezeichnet

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Der kleine Hacker

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LED-Würfel

Baue den Block in das Programm ein. Dieses sollte nun so aussehen

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Nachdem die Zahl gewürfelt wurde,

olgen sechs falls-Blöcke für jeden

möglichen Würfelwert

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eder dieser Blöcke schaltet, wenn

s zu ände

sechs

urchlau

aus der Block-

des

und wähle dort den

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eine bestimmte Zahl gewürfelt wurde, die entsprechende Kombina

ion von LEDs ein

Ziehe den grünen =-Block in das Abfragefeld des falls-Block

Ziehe dann den Block der Variable w

alette Variablen in das

erste der beiden kleinen weißen Felder im

rünen

Block. Schreibe in das

weite Feld eine1

tzt wird der Block inner

halb der Klammer immer

ann abgearbeitet, wenn as Würfelergebnis eine

1 ist. Setze innerhalb

falls-Blocks einen Block setze digitalen Pin... auf wahr

Pin 13 aus, um die mittlere LED einzuschalten – die 1

uf dem Würfel

Mit einem Rechtsklick auf den falls Block kannst du diesen duplizieren. Du brauchst nur noch die Würfeler

ebnisse und die dazu passenden

LED

rn. Werden mehrer

LEDs eingeschaltet, setze dazw

chen eine kurze Wartezeit von 0,01

ekunden. Nach der letzten einge

halteten LED ist keine Wartezeit

nötig, da die Endlosschleife automa

isch wartet, bis du wieder den Kne ekontakt berührst

Nach den

falls-Abfragen star-

et die Endlosschleife einen neuen

f. Je nach ermitteltem ensorwert wird die Würfelaktion estartet oder nicht. Solange der

Knetekontakt nicht berührt wird, hat

er digitale Pin einen deutlich grö

ßeren Wert als 200

und die Endlos

chleife zeigt weiterhin einfach nur

as zuletzt gewürfelte Ergebnis an.

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Der kleine Hacker

simu-

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LED-Würfel

LED-WÜRFEL MIT ECHTEM WÜRFELEFFEKT

Ein wirklicher Würfel zeigt nicht

ofort die endgültige Augenzahl an, ondern rollt noch eine kurze Zeit, in

er man Würfelergebnisse sieht, die

ich dann doch nicht bewahrheiten.

Das Programm 03wuerfel02 liert das Rollen, indem der Würfel erst ein paar andere Würfelergeb nisse mit immer längeren kurzen Pausen dazwischen anzeigt, bevor

as endgültige Ergebnis erscheint

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Das Programm nutzt den glei

ürfe

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chen Würfelmechanismus, würfelt

ber nach dem Berühren des Kne

ekontakts nicht nur einmal, son

ern viermal hintereinander, wobei

e Wartezeiten vor dem Löschen es Ergebnisses jedes Mal um 0,2 ekunden län er werden

Dazu wird z Beginn direkt nach dem Berühren des Knetekontakts eine neue Variable n

uf 0,1 Sekunden gesetzt. Dies ist die

Wartezeit zwischen den beiden ers

en Ergebnissen. Anschließend star et eine wiederhole...mal-Schleife

ie viermal läuft und den bereits

bekannten Würfelmechanismus ent hält

Am Ende jedes Durchlaufs wartet

as Programm für die in der Varia

blen n gespeicherte Zeit, bevor der nächste Schleifendurchlauf wieder w

lt. Nach der Wartezeit wird di nächste Wartezeit um 0,2 Sekunden verlängert

Der Block ändere... um ... erhöht

en Wert einer Variablen um einen bestimmten Wert, ohne dass extra eine Berechnung durchgeführt wer

en muss. Gibt man im Zahlenfeld eine negative Zahl an, wird der Wert

er Variablen entsprechend verrin

ert

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Der kleine Hacker

und

ese als Puls-

äss

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LED dimmen

LEDs sind typische Bauteile zur Aus

abe von Signalen in der Digital

elektronik. Sie können zwei verschie

ene Zustände annehmen, nämlich

ein und aus

1 und 0 oder HIGH

LOW. Das Gleiche gilt

für die als Ausgänge

efinierten digitalen

ns. Demnach wäre es theoretisch nicht möglich, eine LED zu

immen

Mit einem Trick ist es dennoch möglich,

ie Helligkeit einer

LED an einem digi

alen Pin zu regeln.

t man eine LED

chnell genug blin

ken, nimmt das

PINS FÜR PWMSIGNALE

Nur die Pins 3, 5, 6, 9, 10 und 11 auf dem Nano können für Pulsweitenmodulation verwendet

erden.

menschliche Auge das nicht mehr

ls Blinken wahr. Di weitenmodulation (PWM) bezeich nete Technik erzeugt ein pulsieren

Links: Tastverhältnis 50%, rechts: Tastverhältnis 20%

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eve

(0 V) und Level

erhä

Gesamtdauer eines

euc

BAUTEILE

)

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1x Nano 1x Steckbrett 1x LED gelb (mit Vor-

iderstand

1x 15-kOhm-Poten-

iometer

4x isolierte Draht-

brücke (unterschiedliche Län-

en)

es Signal, das sich in sehr kurzen

Abständen ein- und ausschaltet. Die

pannung des Signals bleibt immer leich, nur das Verhältnis zwischen

l LOW

HIGH

+3,3 V) wird verändert. Das soge

nannte Tastverhältnis gibt die Dauer

es eingeschalteten Zustands im

ltnis zur

chaltzyklus an

e kleiner das Tastverhältnis, desto

kürzer ist die L

htzeit der LED im Verhältnis zur gesamten Zeit. Dadurch wirkt die LED dunkler als eine permanent ein

eschaltete LED

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Der kleine Hacker

das Pote

aus de

gangs-

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LED dimmen

Um eine LED wirklich wie eine Wohn

immerlampe zu dimmen, verwen

n wir

Paket. Ein Potenziometer ist ein ein

tellbarer Widerstand, mit dem sich

ein Spannungsteiler bauen lässt, der

nziometer

eine beliebige Spannung zwischen 0 V und der verwendeten Aus

pannung liefern kann. Dazu werden

ie beiden äußeren Anschlüsse des Potenziometers mit 0 V und +5 V ver bunden, der mittlere Anschluss, der

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ACHTUNG!

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Dieses Experiment zeigt

einen der wenigen Fälle, in

denen die +5-V-Leitung des Nano

verwendet wird. Die meisten Projekte

nutzen nur +3,3 V, da die digitalen

Eingänge, im Gegensatz zu den ana-

logen Eingängen, nur mit 3,3 V

belastet werden dürfen.

mit dem drehbaren Schleifer verbun

Die mit dem Potenziometer einge

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en ist, wird an einen analogen Ein ang des Nano angeschlossen

tellte Spannung kann aber nicht

irekt an die LED weitergegeben

werden, sondern muss in einen digi

alen PWM-Wert umgerechnet wer

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Der kleine Hacker

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LED dimmen

SO FUNKTIONIERT DAS PROGRAMM

Wenn du auf das grüne Fähn chen klickst, startet die End losschleife, die den Wert des

nalogen Pins 5 ausliest und durch 4

eilt. Das Ergebnis wird in der Varia

en x

espeichert und auf der Bühne

ngezeigt

Anschließend wird der PWM-Pin 9

uf diesen Wert gesetzt. Damit

euchtet die angeschlossene LED je

nach Einstellung des Potenziometers

nterschiedlich hell

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PWM-WERTE UND

023

255

liegen. Um einen Wert zwischen

255

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ANALOGE EINGANGSWERTE

Die analogen Eingänge des Nano werten einen analogen Spannungswert aus und liefern abhängig von der anliegenden Span-

nung digitale Werte zwischen Dabei steht

nung am jeweiligen Pin. PWM-Werte müssen aber zwischen

102

in einen Wert zwischen

urechnen, teilt man ihn einfach durch

für 0 V und

und

für +5 V Span-

und

um-

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Der kleine Hacker

)

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Pegelanzeige

Wie man mit analogen Werten

ie Helligkeit einer LED steu ert, hast du bereits auspro biert – um einen analogen Wert

ber wirklich zu visualisieren,

st diese Methode nicht aussa

ekräftig genug. Helligkeiten werden sehr subjektiv wahr

enommen und hängen auc

tark von der Umgebung und

n verwendeten LEDs ab. An

einer Pegelanzeige lassen sich

naloge Werte viel deutlicher blesen

BAUTEILE

1x Nano 1x Steckbrett

x LED rot (mit Vorwi-

derstand

x LED gelb (mit Vorwi-

derstand

x LED grün (mit Vor-

iderstand

1x 15-kOhm-Potenzio-

meter

4x isolierte Drahtbrü-

cke (unterschiedliche Längen

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Die LEDs sind mit den digitalen Pins

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2, 4, 6, 8, 10 und 12 verbunden, das Potenziometer verwendet wie im letzten Projekt den analo

en Eingan

Das Programm 05pegel lässt je nach Einstellung des Potenziometers

nterschiedlich viele LEDs leuch

en. Ähnliche Anzeigen werden zum Beispiel bei Lautstärkereglern an HiFi-Anlagen verwendet

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Der kleine Hacker

an.

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Pegelanzeige

SO FUNKTIONIERT DAS PROGRAMM

Die Nummern der für die LEDs ver wendeten Pins sind in einer Liste

espeichert. Das hat den Vorteil, ass ein Programm mithilfe mathe

matischer Formeln auf beliebige

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erte der Liste zugreifen kann, die

infach nur durchnumeriert sin

Listen werden in Snap4Arduino in Variablen gespeichert. Lege also als Erstes eine Variable x

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Ziehe den roten Block Liste in einen

sechs

ese

gespeichert. Die Liste wird auf

sechs

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Setze...auf...-Block, um in der Variab

len eine Liste anzulegen

Klicke fünfmal hintereinander auf

en Pfeil nach rechts, der sich ganz rechts im Block Liste befindet. Damit legst du insgesamt sechs Felder für die

LEDs in di

r List n. Schreibe in diese sechs Felder ie Nummern der digitalen Pins, an enen die LEDs angeschlossen sind

Danach startet einefortlaufend

chleife, die fortlaufend den analo en Pin 5 abfragt. Dessen Wert, der

wischen 0 und 1023 liegen kann,

wird durch 1024 geteilt und anschlie

ßend mit der Anzahl der LEDs plus 1 multipliziert. Auf diese Weise erhalten wir einen Wert zwischen 0 und 6,

m damit null bis

LED

einzuschalten

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Die Liste wird zu Beginn des Pro

ramms angelegt und in der Variab

len x

er Bühne in einem eigenen Listen

feld angezeigt

Diese Berechnungsformel wird aus

rei grünen Operatoren für Division, Multiplikation und Addition zusam mengesetzt

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Der kleine Hacker

ü-

auf

gerne für

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Pegelanzeige

Der Block Länge von... gibt die Anzahl der Elemente in einer Liste

n. Natürlich hätten wir den Wert

es analogen Pins auch direkt durch

46 teilen können, um einen Zahlen wert zwischen 0 und 6 zu erhalten. Die ausführliche Berechnungsformel

ber die Länge der Liste hat aber en Vorteil, dass man, ohne das Pro ramm zu verändern, weitere LEDs

nschließen und der Liste hinzuf

en kann, um die Anzeige zu verlän

ern. Umgekehrt können auch LEDs weggenommen und die Liste ver kürzt werden

Das Ergebnis der Berechnung wird in

er Variablen p gespeichert und gibt

n, wie viele LEDs leuchten sollen

Danach wird eine neue Variable i

gesetzt. Programmierer verwen

n den Variablennamen i programminterne Zählvariablen. Deshalb bezeichnen wir diesen Zäh

er hier auch als i Zählers schaltet das Programm eine LED nach der anderen in der Pegel

nzeige ein – natürlich abhängig vom

ert, der auf dem Potenziometer

eingestellt ist

Es folgt eine Schleife, die für jede LED einmal durchläuft und die

Mithilfe dieses

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nhand des Potenziometerwerts

gespeichert ist. Wenn ja, wird

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festlegt, ob die jeweilige LED einoder ausgeschaltet wird

Eine falls...sonst...-Abfrage innerhalb

er Schleife prüft, ob der errechnete

Wert pgrößer ist als die aktuelle Nummer der LED, die in der Varia blen i

iese LED eingeschaltet

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Der kleine Hacker

ein- oder ausgeschal-

sechs

ese

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Pegelanzeige

Hier zeigt sich der große Vorteil von Listen gegenüber einzelnen Variab len: Mit dem Block Element... von... kann jedes Element einer Liste ein fach über seine Nummer angespro chen werden

In unserem Fall wird die LED mit

r Nummer i

et. Dazu verwenden wir den bereits

bekannten Setze digitalen Pin... auf

...-Block

Unabhängig davon, ob die aktuelle LED in einem Schleifendurchlauf einoder ausgeschaltet wird, folgt eine kurze Wartezeit von 0,01 Sekunden

a danach die Schleife gleich wie

r startet und die nächste LED der

Pegelanzeige einschaltet

avon, wird auch diese LED ein- oder usgeschaltet

Nachdem alle

eise ein- oder ausgeschaltet wur

en, startet die Hauptschleife des

Programms neu und fragt erneut den

ktuell auf dem Potenziometer ein estellten Wert ab. Dieser wird aus ewertet und auf der Pegelanzeige argestellt

Das Ganze wiederholt sich, bis

u auf das rote Stopp-Symbol

klickst.

LEDs auf di

Zum Schluss wird die Variable i, die Nummer der LED, um 1 erhöht, und im nächsten Schleifendurchlauf wird

eprüft, ob sie immer noch kleiner

ls der aus dem analogen Eingabe

wert errechnete Wert p ist. Abhängi

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Conrad 15000 Operation Manual [de]

Specifications and Main Features

Frequently Asked Questions

User Manual