Conrad MIKROE-1883 Operation Manual [de]

Internet der Dinge

Lernpaket zur Programmierung einer smarten Welt.

Licht ging an.

Internet der Dinge, Denition:

Unter dem Internet der Dinge versteht man die Verbindung der realen Welt mit der digitalen Welt. Daten aus der realen Welt werden gesammelt und lösen ein Ereignis in der digitalen Welt aus. Ein Ereignis in der digitalen Welt kann auch zu einem Ereignis in der realen Welt führen.

Das Internet der Dinge

WISSEN

Gerätehersteller haben das Internet für ihre Geräte entdeckt, und viele neue Produkte werden mit Netzwerkanschluss ausgestattet. Dank IPv6 mangelt es nicht an verfügbaren IP-Adressen, denn hier stehen 128 Bit für die IP-Adresse zur Verfügung, statt der 32 Bit von IPv4. Geräte wie Smartphones, Autos, Lampen oder auch Kühlschränke kommunizieren, ganz ohne menschliches Eingreifen, miteinander. Damit wird die physikalische Welt mit der digitalen Welt verbunden. So stellt sich die Industrie das Internet der Dinge (Internet of Things, abgekürzt IoT) vor. Optimisten sprechen schon vom Internet of Everywhere. Die einzelnen Marktforscher überschlagen sich dabei mit Zahlen: Gartner rechnet bis 2020 mit 26 Milliarden vernetzbaren Geräten, IDC sogar mit 212 Milliarden.

Geräte sprechen miteinander

Die FlowPaw-Platine

Das FlowPaw-Board hat vier Claws für ein Click-Board, im Bild ist Claw 3 zu sehen.

Das Gehirn der FlowPaw-Platine.

Das FlowPaw-Board hat vier Taster (T1, T2, T3 und T4) und vier LEDs (LED1, LED2, LED3 und LED4) die in FlowStone genutzt werden können.

Der USB-Anschluss des FlowPaw-Boards dient der Spannungsversorgung und wird zur Programmierung genutzt.

Click-Boards

7-Segment-Anzeige.

Beschriftung: 7seg click Modulname in FlowStone: 7 Segment LED Claw

Mit diesem Click-Board steht eine Sieben-SegmentAnzeige mit zwei Stellen zur Verfügung.

8x8-LED-Matrix.

Beschriftung: 8x8 R click Modulname in FlowStone: 8x8 LED Claw

Mit diesem Click-Board steht eine LED-Matrix mit 64 roten LEDs, aufgeteilt in 8 Spalten und 8 Zeilen, zur Verfügung.

Beschleunigungssensor.

Beschriftung: Accel click Modulname in FlowStone: Accel-Claw

Mit diesem Click-Board steht ein Drei-AchsenBeschleunigungssensor zur Verfügung.

Bluetooth-Modul.

Beschriftung: BlueTooth click Modulname in FlowStone: –

Wird zur Kommunikation mit FlowStone verwendet und kann nicht in eigenen Programmen genutzt werden.

Dieses Click-Board ermöglicht es, dass das FlowPaw-Board über Bluetooth mit dem FlowStone-Rechner kommuniziert.

Click-Boards

Summer.

Beschriftung: BUZZ click Modulname in FlowStone: Buzzer Claw

Mit diesem Click-Board steht ein Piezosummer zur Verfügung.

Infrarottemperatursensor.

Beschriftung: IrThermo click Modulname in FlowStone: IR-Thermo-Claw

Mit diesem Click-Board steht ein Infrarotthermometer zur Verfügung. Das Modul kann Objekttemperaturen zwischen -70 °C und +380 °C messen und arbeitet zuverlässig bei einer Umgebungstemperatur zwischen

-40 °C und +85 °C.

Näherungssensor.

Beschriftung: Proximity click Modulname in FlowStone: Proximity Claw

Mit diesem Click-Board steht ein Näherungssensor für die Messung einer Distanz bis 20 cm zur Verfügung.

Relais.

Beschriftung: RELAY click Modulname in FlowStone: Relay Claw

Mit diesem Click-Board stehen zwei Relais zur Realisierung von Schaltvorgängen zur Verfügung, z.B. Anschalten von Licht.

WARNHINWEIS:

Achtung! Keine Spannungen über 48 V verwenden! Beim Umgang mit Netzspannung besteht Lebensgefahr! Obwohl die Relais für Netzspannung zugelassen sind, verbietet sich der Einsatz hoher Spannungen wegen der offenen Bauweise der Platine.

Click-Boards

Die digitale Welt

Ablaufplanebenen

Werkzeugkiste

Statuszeile

Abbildung 1: Die Bereiche der Entwicklungsumgebung FlowStone

Um auf Ereignisse in der realen Welt zu reagieren,

oder auch Ereignisse auszulösen, steht die grasche

Entwicklungsumgebung FlowStone zur Verfügung. In FlowStone wird der Ablaufplan für das Programm erstellt. FlowStone besteht aus insgesamt fünf Bereichen:

werden.

Ablaufplan vergrößern und verkleinern

angezeigt.

Menüzeile

Arbeitsbereich

• Im Arbeitsbereich des auszuführenden Programms erstellt, dieser kann vergrößert und verkleinert

• Elemente für den Ablaufplan werden in der Werkzeugkiste in den Ablaufplan gezogen.

• Ein Ablaufplan besteht aus mehreren Ebenen, die über den Bereich der Ablaufplanebenen erreichbar sind.

• Funktionen von FlowStone werden über die Menüzeile

• Meldungen werden in der Statuszeile

wird der Ablaufplan

ausgewählt und mit der Maus

aufgerufen.

Hintergrundwissen:

Ein Computer führt eine Funktion immer in Form eines Programms aus. Ein allseits bekanntes Computerprogramm ist der Internetbrowser, z. B. Google Chrome. Ein Computerprogramm wird in einer Programmiersprache geschrieben. Die Erstellung wird als Programmierung bezeichnet. Zumeist erfolgt die Programmierung in einer Entwicklungsumgebung, auch als IDE (Integrated Development Environment) bekannt. Es gibt grundsätzlich zwei Arten von Entwicklungsumgebungen: eine textbasierte Entwicklungsumgebung (z. B. Microsoft Visual Studio) und eine grasche Entwicklungsumgebung (z. B. FlowStone).

FlowStone

Erstellung eines Ablaufplans

Für die Erstellung des Ablaufplans stellt die Werkzeugkiste eine Reihe unterschiedlicher Funktionsblöcke zur Verfügung. Einfache Funktionsblöcke in einem Ablaufplan werden als Komponenten

bezeich-

net. Einzelne Komponenten können zu einem Modul

zusammengefasst werden, diese Module werden über einen eigenen Ablaufplan erstellt en und Module besitzen Ein- und Ausgänge

. Komponent-

. Ein Ablaufplan entsteht dadurch, dass diese Ein-/Ausgänge über einen Link

miteinander verbunden werden.

Werkzeugkiste bedienen

Die Funktionsblöcke der Werkzeugkiste geholt, sie sind in Kategorien

für den Ablaufplan werden aus

unterteilt. Die Kategorien können auf- und zugeklappt werden dus verändert werden. Durch Klick auf den Bleistift

. Kategorien können im Bearbeitungsmo-

wird dieser Modus gestartet und es können Kategorien hinzugefügt

oder auch gelöscht werden 11. Ein Funktionsblock kann einer oder mehreren Kategorien zugewiesen werden sehr groß ist, stehen eine Volltextsuche

Suchlter

. Da die Anzahl der Funktionsblöcke

und auch

zum schnelleren Aufnden zur Verfügung.

Programm und Ablaufplan

Wie im Hintergrundwissen erklärt, wird eine Funktion auf einem Computer als Programm ausgeführt, so auch in FlowStone. Über den Menüpunkt Datei/Neu wird ein neues Programm erzeugt und über Datei/Öffnen … kann ein vorhandenes FlowStone-Programm geöffnet werden. Solch ein Programm hat die Dateiendung .fsm, dies ist die Abkürzung für FlowStone Module. Beschrieben wird ein Programm in FlowStone durch

den graschen Ablaufplan.

1 2

Komponenten.

Sprung in den Ablaufplan

3 3

Über das Modulmenü kann in

den Ablaufplan gesprungen werden.

Eingang

Der Pfeil einer Verbindung zeigt die Richtung an,

in die die Daten ießen.

Modul.

Module können beliebig komplizierte

Ablaufpläne haben.

Kategorie hinzufügen Kategorie löschen

Ausgang

Link

Kategorien bearbeiten

Auf-/ Zuklappen der Kategorien

Kategorien

Funktionen der Werkzeugkiste.

Ablaufplan für das Modul

Nach dem Öffnen des Ablaufplans kann auch wieder zum Hauptablaufplan gesprungen werden.

Suche

Suchlter

Funktions-

blöcke

Komponente zu einer Kategorie hinzufügen

Eigene Kategorien in der Werkzeugkiste hinzufügen.

FlowStone

Informationen speichern und verarbeiten

Wahrheitswerte

Aufbau für Buzzer-Projekt auf Seite 11.

WISSEN

Wahrheitswerte im täglichen Leben

Im normalen Leben trifft man Wahrheitswerte an all den Stellen an, bei denen es um Ein- und Ausschaltvorgänge geht - etwa beim Licht, das durch den Lichtschalter eingeschaltet wird, bei der Spülmaschine, die durch den Einschaltknopf in Gang gesetzt wird, oder auch der Waschmaschine, die ebenfalls über einen Ein-/Ausschalter verfügt.

Ein Computer verarbeitet Informationen in der Einheit Bit. Ein Bit kann dabei zwei Werte haben, 0 und 1. Um größere Daten zu speichern, werden mehrere Bits

aneinandergereiht. Der Wert 0 wird häug auch mit

Aus oder Falsch gleichgesetzt und der Wert 1 mit Ein oder Wahr. Wenn es in der Datenverarbeitung nur um Ein/Aus oder Wahr/Falsch geht, spricht man vom

Wahrheitswert oder in der Fachsprache vom Boolean.

Da die meisten Programmiersprachen in englischer Sprache gehalten sind, ist der Fachausdruck für Wahr der englische Begriff True und für Falsch der englische Begriff False.

Das wird für das Projekt benötigt

Buzzer-Click

Summer

Dauer:

1 Unterrichtseinheit

Projektdatei:

wahrheitswert_code.fsm

Wahrheitswerte

Rechnen mit Wahrheitswerten

Für die Darstellung eines Wahrheitswerts existiert der Funktionsblock Wahrheitswert in der Kategorie Element. Per Klick in das weiße Feld schaltet der Wahrheitswert von False auf True oder von True auf False um

Wahrheitswert mit dem

Wert False (Aus, Falsch).

Wahrheitswerte miteinander verbinden

Wahrheitswerte können über logische Operatoren miteinander verbunden werden, dabei gelten folgende drei Regeln:

, dieser bendet sich

Wahrheitswert mit dem

Wert True (Ein, Richtig).

Regel 1: Wahr und Wahr = Wahr

Regel 2: Wahr und Falsch = Falsch

Regel 3: Wahr oder Falsch = Wahr

In FlowStone stehen die logischen Operatoren über Funktionsblöcke zur Verfügung. Das logische Und heißt

in FlowStone Logisches Und heißt Logisches Oder werte werden über Links mit dem logischen Operator

TIPP

verbunden

Logisches Und.

Link mit dem Operator herstellen.

Ein neues Programm in FlowStone wird über den Menüpunkt Datei/Neu oder das Tastaturkürzel [Strg]+[N] erstellt.

Logisches Oder.

. Das logische Oder

. Die einzelnen Wahrheits-

ÜBUNG

1) Verknüpfen Sie zwei Wahrheitswerte mit einem logischen Und und zeigen das Ergebnis mit einem neuen Wahrheitswert an

Lösung: wahrheitswert_und.fsm

Zwei Wahrheitswerte über ein logisches Und miteinander verknüpfen.

Wahrheitswerte

Schwierigkeit: Schwierigkeit:

2) Verknüpfen Sie zwei Wahrheitswerte mit einem logischen Oder und zeigen das Ergebnis mit einem neuen Wahrheitswert an

Lösung: wahrheitswert_oder.fsm

Zwei Wahrheitswerte über ein logisches Oder miteinander verknüpfen.

LEDs auf dem FlowPaw-Board zum Leuchten bringen

Nun sollen die einzelnen Lichter, beschriftet mit LED1, LED2, LED3 und LED4, über Wahrheitswerte zum Leuchten gebracht werden.

Dauer: 1/2 Unterrichtseinheit

Datei: owpaw_leds_wahrheit.fsm

Schritt 5:

Die LED wird über einen Wahrheitswert eingeschaltet und mit dem Eingang LED1 verbunden

. Nach Klick

auf den Wahrheitswert schaltet dieser auf Tru e um und die LED1 auf dem FlowPaw-Board leuchtet. Um direkt alle vier LEDs anzuschalten, wird der Ausgang des Wahrheitswertes mit LED1, LED2, LED3 und LED4 verbunden

Schritt 6:

Nun soll noch der Wert des Knopfes T1 eingelesen werden. Hierfür wird der Ausgang B1 des Funktionsblocks FlowPaw mit dem Eingang eines Wahrheitswertes verbunden

Schritt 1:

Das FlowPaw-Board wird mit dem Computer verbunden und die LEDs gehen reihum an und wieder aus.

Schritt 2:

Neues Programm über den Menüpunkt Datei/Neu erstellen.

Schritt 3:

Nun wird der Funktionsblock FlowPaw

Funktionsblock FlowPaw.

eingebunden.

Schritt 4:

Um mit dem FlowPaw-Board zu kommunizieren, muss der Funktionsblock Trigger-Knopf

mit dem Eingang Verbin-

den verbunden werden. Nach Klick auf das rote Feld,

hören die LEDs auf dem FlowPaw-Board auf zu leuchten.

Eine LED über Wahrheitswert schalten.

Alle vier LEDs über einen Wahrheitswert schalten.

ÜBUNG

1) Nun soll ein ein verschachtelter Wahrheitswert eingegeben werden. Hierfür ist das FlowPaw-Board gemäß der Anleitung auf  Seite 9 aufzubauen und

Knopf T1 auswerten.

Schritt 7:

Nach Drücken des Knopfes T1 auf der Platine schaltet der Wahrheitswert im Ablaufplan auf den Wert True.

TIPP

Die Einbindung der einzelnen Funktionsblöcke geschieht am schnellsten über die Volltextsuche. Schon nach Eingabe eines Buchstabens wird ein Ergebnis angezeigt, d.h. es muss gar nicht das ganze Wort eingegeben werden.

die Projektdatei wahrheitswert_code.fsm in FlowStone zu laden.

Schwierigkeit:

Trigger-Knopf mit FlowPaw verbinden.

Übungsdatei wahrheitswert_code.fsm.

Wahrheitswerte

Zahlensysteme

2731

542

326

11853

769130

0113277

732598

Zahlensysteme

WISSEN

Zahlensysteme im täglichen Leben

Das in unserem täglichen Leben am häu-

gsten verwendete Zahlensystem ist das

Dezimalsystem. Um Mengen zu beschreiben, benötigen wir Zahlen. Das Gewicht von Lebensmitteln wird mit Zahlen in Verbindung mit der Maßeinheit Gramm verwendet, also z.B. 1000 Gramm = 1 Kilogramm Äpfel. Noch

häuger kommt das Dezimalsystem bei Geld

zum Einsatz, z.B. 70 Euro.

Aufbau für Zahlensystem-Projekt auf Seite 15.

Das wird für das Projekt benötigt

8x8-LED-Click-Board

LED-Matrix

Dauer:

1 Unterrichtseinheit

7-Segment-Click-Board

7-Segment-Anzeige

Projektdatei:

zahlensysteme_uebung.fsm

Zahlensysteme

Mathematik der Stellenwertsysteme

Im Alltag ist man sich gar nicht darüber bewusst, dass unterschiedliche Zahlensysteme existieren – mit dem genutzten Dezimalsystem verwendet man aber bereits ein solches Zahlensystem. Dieses gehört zu den Stellenwertsystemen und ist dabei nur ein Zahlensystem

unter vielen. Jedes Zahlensystem deniert Regeln dazu,

welche Ziffern (Zahlen und Zeichen) verwendet werden dürfen. Die Anzahl der möglichen Ziffern wird dabei als Basis des Stellenwertsystems bezeichnet. Im Dezimalsystem sind das zehn Ziffern: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und

9. Um nun größere Zahlen als 9 darzustellen, werden die Ziffern aneinandergereiht. Der einzelne Wert wird dann wie folgt berechnet: Die Basiszahl wird mit der Stellenzahl potenziert und mit der Ziffer multipliziert. Am Ende werden die Ergebnisse für die einzelnen Stellen addiert. Die Ziffer ganz rechts, hat den Stellenwert 0.

BEISPIEL:

1 2 5 3

1*10

+ 2*102 + 5*101 + 3*10

Ein Computer speichert seine Informationen im Binärsystem ab. Dies ist ein Stellenwertsystem mit der Basis 2 und hat als mögliche Ziffern 0 und 1. Zur Darstellung von großen Zahlen werden im Binärsystem viele Ziffern benötigt, für eine verkürzte Schreibweise

kommt daher häug das Hexadezimalsystem mit einer

Basis von 16 zum Einsatz. Nachfolgende Tabelle zeigt das Dezimalsystem, das Hexadezimalsystem und das Binärsystem im Vergleich.

Dezimalsystem

0 0 0000

1 1 0001

2 2 0010

3 3 0011

4 4 0100

5 5 0101

6 6 0110

7 7 0111

8 8 1000

9 9 1001

10 A 1010

11 B 1011

12 C 1100

13 D 1101

14 E 1110

15 F 1111

Umrechnungstabelle zwischen den Stellenwertsystemen Dezimalsystem, Hexadezimalsystem und Binärsystem.

Hexadezimal-

system

Binärsystem

Zahlensysteme

Zahlensysteme in FlowStone nutzen

Dauer: 1/2 Unterrichtseinheit

Datei: zahlensysteme.fsm

In diesem Beispiel soll die Nutzung von Zahlensystemen in FlowStone gezeigt werden. Hierfür wird ein Programm erstellt, um Dezimalzahlen in Binärzahlen und in Hexadezimalzahlen umzurechnen.

Schritt 1:

Neues Programm in FlowStone über den Menüpunkt

Datei/Neu erstellen.

Schritt 2:

In Ablaufplan werden die Funktionsblöcke Ganzzahl

und Zeichenkette 2 hinzugefügt.

Schritt 3:

Die beiden Funktionsblöcke werden über den Funk-

tionsblock Ganze Zahl zu Hexadezimal

mitein-

ander gekoppelt.

Dezimal zu Hexadezimal.

Schritt 4:

Nun soll der Weg andersherum auch noch umgesetzt werden. Hierfür werden nochmals der Funktionsblock Zeichenkette und auch der Funktionsblock Ganzzahl zum Ablaufplan hinzugefügt und über den Funktionsblock Hexadezimal zu Ganzzahl

miteinander ver-

bunden.

Hexadezimal zu Dezimal.

Schritt 5:

Jetzt soll auch noch der binäre Wert für die hexadezimale Eingabe ausgegeben werden. Hierfür wird erneut der Funktionsblock Zeichenkette für die Anzeige eingefügt und über den Funktionsblock Hexadezimal zu Binär mit dem Eingabeblock verbunden

Hexadezimal zu Dezimal und Binär.

Ganzzahl.

Zeichenkette.

ÜBUNG

1) Nun soll eigenständig mit Zahlensystemen gearbeitet werden und insgesamt vier Aufgaben gelöst werden. Hierfür ist das FlowPaw-Board gemäß der Anleitung auf  Seite 13 aufzubauen und die Projektdatei

zahlensysteme_uebung.fsm in FlowStone zu laden.

Hinweis:

Die LED-Matrix zeigt den binären Wert an. Dabei ist der Wert von links nach rechts (Richtung schwarzer Prozessor) zu lesen. Eine leuchtende LED ist 1, ansonsten 0.

Übungsdatei

zahlensysteme_uebung.fsm

Anzeige des Wertes im Binärsystem

Anzeige des Wertes im Hexadezimalsystem

Zahlensysteme

Internet der Dinge

Sensoren und Aktoren

WISSEN

Sensoren im täglichen Leben

Beschleunigungssensoren werden in vielen Bereichen

eingesetzt, wie z. B. bei

Federungssystemen in Fahr-

zeugen, Steuerung von

Videospielen (Nintendo Wii) oder auch bei der

Messung von Vibrationen an Gebäuden.

Bei einem Smartphone können mit einem Beschleunigungssensor Bewegungen des Handys erkannt und ausgewertet werden. Apps zur Navigation oder auch Spiele nutzen diesen Sensor, um die Navigation auch ohne Positionssignal (GPS) im Tunnel fortführen zu können oder die Spielsteuerung mit der Bewegung des Smarphones zu ermöglichen. Aber auch eine der Standardfunktionen moderner Smartphones – das Ändern des Displayinhalts von Quer- auf Hochformat und andersherum – greift auf den Beschleunigungssensor zurück.

Das wird für das Projekt benötigt

IR-Thermo-Click-Board

Temperatursensor

7-Segment-Click-Board

7-Segment-Anzeige

Dauer: 3 Unterrichtseinheiten Projektdatei: iot_projekt.fsm

Relay-Click-Board

Relais

Buzzer-Click-Board

Summer

Aufbau für IoT-Projekt auf Seite 20.

Accel-Click-Board

Beschleunigungssensor

Sensoren und Aktoren

Bewegung im Raum messen

Dauer: 2 Unterrichtseinheiten

WISSEN

Summer in FlowStone

Schritt 2: Der Summer, beschriftet mit BUZZ click,

wird in Steckplatz 4 gesteckt.

Schwierigkeit:

Datei: accel_projekt.fsm

In diesem Projekt wird die Nutzung des Beschleunigungssensors gezeigt und dessen Daten werden genutzt, um ein zweites Click-Board, den Summer, anzusteuern.

WISSEN

Click-Boards in FlowStone

Das Modul FlowPaw in FlowStone besitzt für jeden Click-BoardSteckplatz einen Eingang. Diese sind mit Zahlen beschriftet.

Um ein Click-Board in FlowStone anzusprechen, muss dieses mit dem entsprechenden Eingang verbunden werden. Jedes Click-Board-Modul in FlowStone hat einen Eingang (beschriftet mit FlowPaw) für das FlowPaw-Modul.

Für die Ansteuerung des Summers muss das Modul Buzzer Claw verwendet werden. Das Modul hat vier Eingänge und einen Ausgang.

Über den Eingang FlowPaw wird das Modul mit FlowPaw verbunden. Über Frequenz kann eine Tonfrequenz zwischen 50 und 8.000 Hertz angegeben werden. Bei Sequenz kann zwischen 9 verschiedenen Sequenzen ausgewählt werden, 1 ist dabei die erste Sequenz. Über Play wird die Tonfrequenz oder die Sequenz abgespielt, hier muss ein Impuls anliegen, z. B. durch den Wechsel eines Wahrheitswerts (False auf True oder True auf False).

Schritt 1: Der Beschleunigungssensor, beschriftet mit Accel click, wird in Steckplatz 3 gesteckt.

Schritt 3:

In diesem Schritt soll die Beschleunigung angezeigt werden. Dafür wird das FlowPaw-Board mit dem Accel- click verbunden. Und die drei Ausgänge (X, Y und Z) werden jeweils mit der Komponente Dezimalzahl ver- bunden

WISSEN

Beschleunigungssensor in FlowStone

Um den Beschleunigungssensor auszulesen, muss das Modul Accel-Claw verwendet und über den Eingang FlowPaw mit dem Modul FlowPaw verbunden werden. Das

Modul liefert dann drei Werte zurück: Beschleunigung in X-, Y- und Z-Richtung. Der Wertebereich reicht von -1 bis 1.

Sensoren und Aktoren

Anzeige der Beschleunigungswerte.

Schritt 4:

Das Programm kann jetzt bereits getestet werden. Nach einem Klick auf Trigger werden die Beschleuni- gungswerte angezeigt. Sobald das Board bewegt wird, ändern sich die Werte.

Schritt 5:

Nun wird der Funktionsblock Buzzer Claw mit Eingang 4 von FlowPaw verbunden

Schritt 7:

WISSEN

Mathematische Bedingungen in FlowStone

Für die Berechnung von mathematischen Bedingungen stehen vier Funktionsblöcke zur Verfügung: Größer Gleich

, Größer-Gleich 6, Kleiner 7, Kleiner-

und Gleich 9. Jeder dieser Funktionsblöcke hat zwei Eingänge und das Ergebnis wird in Form eines Wahrheitswertes weitergegeben. Als Eingang können ganze Zahlen, Dezimalzahlen und auch eine Menge von Zahlen (als Array bezeichnet) verwendet werden.

Bedingung für Beschleunigung in X-Richtung.

Schritt 8:

WISSEN

Wahrheitstrigger in FlowStone

Buzzer Claw verbinden.

Schritt 6:

Der Eingang Sequenz

wird mit einem Funktions-

block Ganzzahl verbunden, als Wert wird 5 vorgegeben. Damit spielt der Summer dann die Sequenz 5 ab, sobald an Play der Wahrheitswert Tr u e anliegt. Dies kann sehr einfach getestet werden: Ein Funktionsblock Wahrheitswert wird mit Play verbunden und nach Klick auf Trigger wird die Sequenz abgespielt, sobald der Wahrheitswert wechselt – dies erreicht man durch Klick mit der Maus in das weiße Feld des Wahrheits-

wertes

Sequenz 5 für Summer einstellen.

Wahrheitswert mit Play verbinden.

5 6

Nun soll das Abspielen der Sequenz um eine Bedingung erweitert werden. Diese Aufgabe wird in zwei Schritten umgesetzt. Zunächst wird der Beschleunigungssensor um eine Größer-Bedingung ergänzt. Sobald die Beschleunigung in X-Richtung den Wert 0,1 übersteigt, soll ein Wahrheitswert auf Tr u e gesetzt werden, hierfür kommt der Funktionsblock Größer zum Einsatz. Der X-Wert wird mit einem vorgegebenen Wert verglichen, hier wird ein Funktionsblock Dezimalzahl hinzugefügt. Der Ausgang wird mit einem Wahrheitswert verbunden

In FlowStone stehen zwei Wahrheitstrigger für die Programmierung bereit: der Wahr-Trigger der Falsch-Trigger

. Ein Wahr-Trigger sendet ein-

und

en Impuls, sobald am Eingang ein True anliegt, und ein Falsch-Trigger, sobald am Eingang ein False anliegt.

Nun wird noch der Summer in die Bedingung eingebunden. Hierfür wird der Funktionsblock Wahr-Trigger eingesetzt, damit der Summer nur dann die Sequenz abspielt, wenn auch die Bedingung erfüllt ist. Der Ausgang des Wahr-Triggers wird mit dem Summer (Ein- gang: Play) verbunden

Summer spielt Sequenz bei bestimmter Bewegung

in X-Richtung.

Sensoren und Aktoren

Internet der Dinge

Dauer: 1 Unterrichtseinheit

Schwierigkeit:

Datei: iot_projekt.fsm

Das bisher erlernte Wissen wird nun zusammengebracht, um damit ein Beispielprojekt für das Internet der Dinge umzusetzen. Es werden Daten gelesen (Temperatur) und auf einem Display angezeigt. Über das Internet wird ein Temperaturwert als Schwellenwert vorgegeben und dazu genutzt, ein Relais anzusteuern.

WISSEN

Temperatursensor in FlowStone

Um den Infrarot-Temperatursensor auszulesen muss das Modul IR-Thermo-Claw verwendet werden und über den Eingang FlowPaw mit dem

Modul FlowPaw verbunden werden. Das Modul liefert dann zwei Werte zurück: Objekttemperatur (Ausgang: Temp) und Umgebungstemperatur (Ausgang: Umgebung).

WISSEN

Relais in FlowStone

Um das Relais anzusteuern muss das Modul Relais-Claw verwendet und über den Eingang FlowPaw mit dem Modul FlowPaw verbunden werden. Die

beiden Relais auf dem Click-Board können über die Eingänge 1 und 2 geschaltet werden, hierfür muss der Wahrheitswert Tru e angelegt werden.

Schritt 1:

Das FlowPaw-Board ist wie auf  Seite 17 abgebildet aufzubauen.

Schritt 2:

Das Projekt iot_projekt.fsm

ist in FlowStone zu laden

Schritt 3:

Das Programm wird per Klick auf Trigger gestartet

Die LEDs (LED1 – LED4) auf dem FlowPaw-Board leuchten nicht mehr. Im Ablaufplan leuchtet die mit Connected beschriftete Lampe.

Übungsdatei iot_projekt.fsm

Schritt 4:

Die Temperatur kann über eine Weboberäche

eingestellt werden. Hierfür ist eine Webadresse (URL genannt) erforderlich. Jedes FlowPaw-Board hat eine eindeutige Nummer (ID

), unter der es identiziert

werden kann. Diese wird beim Programmstart ermittelt, und daraus wird die URL gebildet

ID des FlowPaw-Boards.

Webadresse.

WISSEN

7-Segment-Anzeige in FlowStone

Um die 7-Segment-Anzeige anzusteuern, muss das Modul 7-seg. LED-Claw verwendet werden und über den Eingang FlowPaw mit dem Modul FlowPaw

verbunden werden. Für die Anzeige von Werten stehen die Eingänge Wert (Wertebereich: 0 - 99) und Hex (Wertebereich: 0 – FF) zur Verfügung.

Sensoren und Aktoren

Übungsdatei iot_projekt.fsm

Schritt 5:

Über den Ablaufplan kann direkt der Internetbrowser geöffnet werden. Hierfür muss auf den Trigger am rechten Rand des Ablaufplans geklickt werden

Nun öffnet sich die Weboberäche

im Browser, al-

ternativ kann in einem Browser auch die angezeigte

Webadresse eingetippt werden. Die Oberäche zeigt

zwei Diagramme. Button1 zeigt an, ob der Knopf T1 auf dem FlowPaw-Board gerade gedrückt wird, und Temp(C) zeigt die gemessene Temperatur an. In diesem Diagramm kann mit der Maus der Schwellenwert eingestellt werden, dafür muss die dünne grüne Linie nach oben oder unten gezogen werden. Während des Verschiebevorgangs wird der Schwellenwert an der Linie angezeigt

Direkter Aufruf des Internetbrowsers.

Schwellenwert für Temperatur einstellen.

Schritt 6:

Im Ablaufplan wird die Temperatur vom Temperatursensor ausgewertet und mit dem Schwellenwert verglichen

. Sollte der Schwellenwert erreicht sein, schaltet das Relais. Dies kann sehr einfach getestet werden: Hierfür sollte ein niedriger Schwellwert, z.B. 23, gewählt und die Hand nah über den Sensor gelegt werden. Der Wert geht über 23, und das Relais schaltet.

Kein Internet

Ist kein Internet vorhanden, ist statt des obigen

Projekts das Projekt iot_ohne_internet.fsm zu laden

. Das Projekt hat den gleichen Hardwareaufbau wie obiges Projekt. Die Temperatur wird aber im Quellcode eingestellt, hier muss nur die Zahl entsprechend angepasst werden

Ablaufplan für Projekt ohne Internet.

. Standardmäßig steht der Wert auf 26.

Die Weboberäche.

Vergleich des Schwellenwertes erfolgt

über einen Codeblock.

Schwellenwert im Code einstellen.

Sensoren und Aktoren

Lernerfolge messen

Lernkontrollsystem

Lernerfolge messen

In FlowStone ist es möglich, Aufgaben mit einer Lernkontrolle direkt in den Ablaufplan zu integrieren. Damit kann kontrolliert werden, ob der Lehrstoff von den Schülern verstanden wurde und an welchen Stellen noch weitere Übungen erforderlich sind.

Ablaufpläne mit Kontrollsystem

Zwei der beiliegenden Ablaufpläne haben solch ein System direkt integriert:

- wahrheitswert_code.fsm (Seite 9)

- zahlensysteme_uebung.fsm (Seite 13)

Anzeige der Lernkontrolle

Beim Öffnen des Ablaufplans wird die Lernkontrolle im Ablaufplan angezeigt und steht bei 0%

. Sobald alle Lernziele erfolgreich erreicht sind, wird dies mit einem Haken angezeigt

. Enthält ein Projekt mehr

als ein Lernziel, wird auch das Erreichen von Teilzielen

angezeigt.

Sobald ein Projekt mit Lernzielen abgespeichert wird, ist der Lernzielstand mitgespeichert und kann auch nicht mehr zurückgesetzt werden.

Auswertung der Ergebnisse

Um eine Auswertung durchführen zu können, müssen die mit dem Lernkontrollsystem versehenen Programme der Schüler in einer bestimmten Verzeichnisstruktur vorliegen. FlowStone gibt keine konkrete Struktur vor, es bietet sich aber der in Aufbau an. In einem Basisverzeichnis terschiedlichen Jahrgangsstufen, z. B. Jg. 7 in

dargestellte

liegen die un-

. Innerhalb der Jahrgangsstufen liegen die einzelnen Klassen, die am besten mit dem Namen des Lehrers benannt sind, z. B. Hr. Huber in nisses ist ein Verzeichnis pro Schüler vorgesehen

. Innerhalb dieses Verzeich-

Im jeweiligen Schülerverzeichnis, z. B. Markus Müller

, liegen dann die einzelnen Ablaufpläne.

Basis-

Klasse

verzeichnis

Schüler

Jahrgangsstufe

Auswertungssystem in FlowStone laden

Für die Auswertung der Lernerfolge muss das FlowStone-Programm Lernerfolg.fsm aufgerufen werden. Nach dem Start werden Sie nur das Auswertungssys-

sehen, aber noch ohne Auswertung und mit ein-

tem er Fehlermeldung

und einem Hinweis 12, der besagt

das noch keine Dateien geladen sind.

Keine Dateien geladen

Fehlermeldung

Das Auswertungssystem zeigt nach dem Laden noch keine

Daten an.

Ablaufplan mit einem Lernziel.

Alle Lernziele im Ablaufplan sind erreicht.

Eines von vier Lernzielen im Ablaufplan ist erreicht.

Empfohlene Verzeichnisstruktur für das Lernkontrollsystem.

Ablaufpläne des Schülers Markus Müller.

Lernkontrollsystem

Verzeichnis setzen

Es muss erst noch das Verzeichnis für die Programmdateien der Schüler gesetzt werden. Über einen Doppelklick öffnet sich die Modulansicht. Hier stehen zwei

Felder

für die Verzeichniseinstellung zur Verfügung. Das rechte Feld gibt die Einstellung an das Lernkontrollsystem weiter, deswegen muss das gewünschte Verzeichnis zuerst im linken Feld eingegeben werden. Eine Änderung im rechten Feld würde zur sofortigen Änderung führen und damit ungewollte Fehler hervorrufen. Nach Eingabe des Verzeichnisses im linken Feld

muss eine Verbindung (ein Link 15) mit dem rechten Feld hergestellt werden. Bei der Eingabe des Verzeichnisses ist es wichtig, dass als Trennzeichen für das Verzeichnis ein doppelter Backslash (\\) verwendet wird

. Nun kann der Ablaufplan über den Menüpunkt Datei/Speichern abgespeichert werden. Über die Ablaufplanebenen kann zur ursprünglichen Ansicht zurückgewechselt werden. Um das Verzeichnis wieder zu ändern, muss die Verknüpfung zwischen den beiden Feldern erst wieder gelöst werden. Hier muss der Link ausgewählt werden und über die rechte Maustaste öffnet sich das Kontextmenü. Über den Befehl Verknüp- fung löschen

, wird die Verbindung gelöst.

Link zwischen zwei Funktionsblöcken wieder lösen.

Ergebnisse auswerten

Nachdem das Verzeichnis richtig gesetzt ist, können die abgelegten Ergebnisse ausgewertet werden

. Die Pro-

grammoberäche ist dabei in zwei Bereiche unterteilt:

Menübereich

und Auswertungsbereich 20. Im Menübereich wird die zuvor ausgewählte Jahrgangsstufe angezeigt, im Bild Auswahlmenü

mit Jg. 7 21 bezeichnet. Über das

kann zwischen den Klassen gewechselt werden. Einzelne Schüler werden durch Anklicken ihres Namens

ausgewählt. Sobald ein Schüler ausgewählt ist, werden dessen Ergebnisse im Auswertungsbereich werden der Name des Schülers

angezeigt. Als Spaltenüberschrift

, der prozentuale

Grad der Zielerreichung 25, die Gesamtzeit 26 und eine Durchschnittszeit pro erreichtem Prozent angezeigt

Über diese Durchschnittszeit kann die Arbeitsgeschwindigkeit einzelner Schüler verglichen werden.

Einzelne Lernziele auswerten

Ein Ablaufplan

kann mehrere Lernziele 29 enthalten. Für jedes Lernziel wird angegeben, ob dieses geschafft wurde oder nicht. Im Fall des Erreichens des Lernziels wird die dafür benötigte Zeit ausgegeben. Farblich ist der Status für jeden einzelnen Ablaufplan angegeben

. Ein grüner Kreis vermittelt, dass der Schüler alle Lernziele innerhalb des Ablaufplans erreicht hat. Ein gelber Kreis zeigt, dass nur einige Lernziele erreicht wurden. Ein roter Kreis zeigt, dass keines der Lernziele erreicht wurde.

Neue Dateien in die Auswertung übernehmen

Wird eine neue Programmdatei eines Schülers im Verzeichnis abgelegt, muss für die Auswertung die Schalt-

äche Refresh tungen können die Ergebnisse über Export CSV…

betätigt werden. Für andere Auswer-

auch als CSV-Datei exportiert und in Microsoft Excel verarbeitet werden.

Zwei Felder für die Konguration des Verzeichnisses.

Verzeichnistrenner

Den Link zwischen den Feldern erst nach der

vollständigen Eingabe erzeugen.

Lernkontrollsystem

Link

Auswahl

der Klasse

Auswahl

des Schülers

Menübereich

Verzeichnis

neu einlesen

Auswertung als

Exceldatei exportieren

Jahrgangs-

stufe

21 24

Oberäche für die Auswertung.

Schüler-

name

Ablauf-

plan

Status

Ziel-

erreichung

28 29 30

Lernziel Zeit für

Ziel-

erreichung

Gesamt-

zeit

Zeit pro Prozent

Auswertungsbereich

Conrad MIKROE-1883 Operation Manual [de]

Specifications and Main Features

Frequently Asked Questions

User Manual