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
2
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.
3
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.
4
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
5
Die digitale Welt
4
Ablaufplanebenen
3
Werkzeugkiste
1
6
Statuszeile
Abbildung 1: Die Bereiche der Entwicklungsumgebung FlowStone
Um auf Ereignisse in der realen Welt zu reagieren,
oder auch Ereignisse auszulösen, steht die grasche
Entwicklungsumgebung FlowStone zur Verfügung. In
FlowStone wird der Ablaufplan für das Programm erstellt. FlowStone besteht aus insgesamt fünf Bereichen:
werden.
2
Ablaufplan
vergrößern und
verkleinern
6
angezeigt.
5
Menüzeile
Arbeitsbereich
1
• 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
2
3
ausgewählt und mit der Maus
5
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 grasche Entwicklungsumgebung (z. B. FlowStone).
4
6
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
1
bezeich-
net. Einzelne Komponenten können zu einem Modul
2
zusammengefasst werden, diese Module werden
über einen eigenen Ablaufplan erstellt
en und Module besitzen Ein- und Ausgänge
3
. Komponent-
4
. Ein
Ablaufplan entsteht dadurch, dass diese Ein-/Ausgänge
über einen Link
5
miteinander verbunden werden.
Werkzeugkiste bedienen
Die Funktionsblöcke
der Werkzeugkiste geholt, sie sind in Kategorien
6
für den Ablaufplan werden aus
7
unterteilt. Die Kategorien können auf- und zugeklappt
werden
dus verändert werden. Durch Klick auf den Bleistift
8
. Kategorien können im Bearbeitungsmo-
9
wird dieser Modus gestartet und es können Kategorien
hinzugefügt
10
oder auch gelöscht werden 11. Ein Funktionsblock kann einer oder mehreren Kategorien zugewiesen werden
sehr groß ist, stehen eine Volltextsuche
Suchlter
12
. Da die Anzahl der Funktionsblöcke
13
und auch
14
zum schnelleren Aufnden 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 graschen Ablaufplan.
12
Komponenten.
Sprung in den Ablaufplan
33
Über das Modulmenü kann in
den Ablaufplan gesprungen werden.
4
Eingang
Der Pfeil einer Verbindung
zeigt die Richtung an,
in die die Daten ießen.
10
11
Modul.
Module können beliebig komplizierte
Ablaufpläne haben.
Kategorie hinzufügen
Kategorie löschen
4
5
Ausgang
Link
9
Kategorien
bearbeiten
8
Auf-/
Zuklappen
der
Kategorien
7
Kategorien
Funktionen der Werkzeugkiste.
Ablaufplan für
das Modul
3
Nach dem Öffnen des
Ablaufplans kann auch
wieder zum Hauptablaufplan gesprungen werden.
13
Suche
14
Suchlter
Funktions-
6
blöcke
12
Komponente
zu einer
Kategorie
hinzufügen
Eigene Kategorien in der Werkzeugkiste hinzufügen.
FlowStone
77
Informationen
speichern
und verarbeiten
Wahrheitswerte
8
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 häug 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
9
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
1
Wahrheitswert mit dem
Wert False (Aus, Falsch).
Wahrheitswerte miteinander verbinden
Wahrheitswerte können über logische Operatoren
miteinander verbunden werden, dabei gelten folgende
drei Regeln:
2
.
1
, dieser bendet sich
2
Wahrheitswert mit dem
Wert True (Ein, Richtig).
Regel 1: WahrundWahr = Wahr
Regel 2: WahrundFalsch = Falsch
Regel 3: WahroderFalsch = Wahr
In FlowStone stehen die logischen Operatoren über
Funktionsblöcke zur Verfügung. Das logische Und heißt
3
in FlowStone Logisches Und
heißt Logisches Oder
werte werden über Links mit dem logischen Operator
TIPP
5
.
verbunden
3
Logisches Und.
5
Link mit dem Operator herstellen.
Ein neues Programm in FlowStone wird über den
Menüpunkt Datei/Neu oder das Tastaturkürzel
[Strg]+[N] erstellt.
4
4
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
6
Zwei Wahrheitswerte über ein logisches Und miteinander verknüpfen.
10
Wahrheitswerte
Schwierigkeit:Schwierigkeit:
6
.
2) Verknüpfen Sie zwei Wahrheitswerte mit einem logischen Oder
und zeigen das Ergebnis mit einem neuen Wahrheitswert an
Lösung: wahrheitswert_oder.fsm
7
Zwei Wahrheitswerte über ein logisches Oder miteinander verknüpfen.
7
.
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
3
. 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
4
.
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
5
.
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
1
Funktionsblock FlowPaw.
1
eingebunden.
Schritt 4:
Um mit dem FlowPaw-Board zu kommunizieren, muss der
Funktionsblock Trigger-Knopf
2
mit dem Eingang Verbin-
den verbunden werden. Nach Klick auf das rote Feld,
hören die LEDs auf dem FlowPaw-Board auf zu leuchten.
3
Eine LED über Wahrheitswert schalten.
4
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
5
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:
2
Trigger-Knopf mit FlowPaw verbinden.
Übungsdatei wahrheitswert_code.fsm.
Wahrheitswerte
11
Zahlensysteme
2731
542
326
11853
769130
0113277
732598
Zahlensysteme
12
16
WISSEN
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
häuger 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
13
16
2
10
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 deniert 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
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 häug das Hexadezimalsystem mit einer
Basis von 16 zum Einsatz. Nachfolgende Tabelle zeigt
das Dezimalsystem, das Hexadezimalsystem und das
Binärsystem im Vergleich.
0
Dezimalsystem
10
000000
110001
220010
330011
440100
550101
660110
770111
881000
991001
10A1010
11B1011
12C1100
13D1101
14E1110
15F1111
Umrechnungstabelle zwischen den Stellenwertsystemen
Dezimalsystem, Hexadezimalsystem und Binärsystem.
Hexadezimal-
system
16
Binärsystem
2
Zahlensysteme
14
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
1
und Zeichenkette 2 hinzugefügt.
Schritt 3:
Die beiden Funktionsblöcke werden über den Funk-
3
tionsblock Ganze Zahl zu Hexadezimal
mitein-
ander gekoppelt.
3
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
4
miteinander ver-
bunden.
4
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
5
Hexadezimal zu Dezimal und Binär.
5
.
1
Ganzzahl.
2
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
15
Internet der Dinge
Sensoren und Aktoren
16
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.
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
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
1
.
WISSEN
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
18
1
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
2
.
Schritt 7:
WISSEN
Mathematische Bedingungen in FlowStone
Für die Berechnung von mathematischen Bedingungen stehen vier Funktionsblöcke zur Verfügung:
Größer
Gleich
5
, Größer-Gleich 6, Kleiner 7, Kleiner-
8
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.
10
Bedingung für Beschleunigung in X-Richtung.
Schritt 8:
WISSEN
Wahrheitstrigger
in FlowStone
2
Buzzer Claw verbinden.
Schritt 6:
Der Eingang Sequenz
3
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-
4
wertes
3
4
.
Sequenz 5 für Summer einstellen.
Wahrheitswert mit Play verbinden.
56
87
9
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
10
.
In FlowStone stehen zwei Wahrheitstrigger für die
Programmierung bereit: der Wahr-Trigger
der Falsch-Trigger
12
. Ein Wahr-Trigger sendet ein-
11
und
en Impuls, sobald am Eingang ein True anliegt, und
ein Falsch-Trigger, sobald am Eingang ein False
anliegt.
11
12
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
13
Summer spielt Sequenz bei bestimmter Bewegung
in X-Richtung.
13
.
Sensoren und Aktoren
19
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
1
ist in FlowStone zu laden
Schritt 3:
Das Programm wird per Klick auf Trigger gestartet
2
Die LEDs (LED1 – LED4) auf dem FlowPaw-Board leuchten nicht mehr. Im Ablaufplan leuchtet die mit Connected
beschriftete Lampe.
1
Übungsdatei iot_projekt.fsm
Schritt 4:
Die Temperatur kann über eine Weboberäche
eingestellt werden. Hierfür ist eine Webadresse (URL
genannt) erforderlich. Jedes FlowPaw-Board hat eine
eindeutige Nummer (ID
3
), unter der es identiziert
werden kann. Diese wird beim Programmstart ermittelt, und daraus wird die URL gebildet
3
ID des FlowPaw-Boards.
4
.
4
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
20
1
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 Weboberäche
6
im Browser, al-
5
ternativ kann in einem Browser auch die angezeigte
Webadresse eingetippt werden. Die Oberäche 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
5
Direkter Aufruf des Internetbrowsers.
7
.
.
7
Schwellenwert für Temperatur einstellen.
Schritt 6:
Im Ablaufplan wird die Temperatur vom Temperatursensor ausgewertet und mit dem Schwellenwert
verglichen
8
. 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
9
. Das Projekt hat den gleichen Hardwareaufbau wie
obiges Projekt. Die Temperatur wird aber im Quellcode
eingestellt, hier muss nur die Zahl entsprechend angepasst werden
9
Ablaufplan für Projekt ohne Internet.
10
. Standardmäßig steht der Wert auf 26.
6
Die Weboberäche.
8
Vergleich des Schwellenwertes erfolgt
über einen Codeblock.
10
Schwellenwert im Code einstellen.
Sensoren und Aktoren
21
Lernerfolge messen
Lernkontrollsystem
22
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%
1
. Sobald
alle Lernziele erfolgreich erreicht sind, wird dies mit
einem Haken angezeigt
2
. Enthält ein Projekt mehr
als ein Lernziel, wird auch das Erreichen von Teilzielen
3
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
4
dargestellte
5
liegen die un-
6
. 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
7
. Innerhalb dieses Verzeich-
8
Im jeweiligen Schülerverzeichnis, z. B. Markus Müller
9
in
, liegen dann die einzelnen Ablaufpläne.
5
Basis-
7
Klasse
verzeichnis
8
Schüler
6
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-
10
sehen, aber noch ohne Auswertung und mit ein-
tem
er Fehlermeldung
11
und einem Hinweis 12, der besagt
das noch keine Dateien geladen sind.
12
Keine Dateien geladen
.
11
Fehlermeldung
10
Das Auswertungssystem zeigt nach dem Laden noch keine
Daten an.
1
Ablaufplan mit einem Lernziel.
2
Alle Lernziele im Ablaufplan sind erreicht.
3
Eines von vier Lernzielen im Ablaufplan ist erreicht.
4
Empfohlene Verzeichnisstruktur für das Lernkontrollsystem.
9
Ablaufpläne des Schülers Markus Müller.
Lernkontrollsystem
23
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
13
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
14
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
16
. 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
17
, wird die Verbindung gelöst.
17
Link zwischen zwei Funktionsblöcken wieder lösen.
Ergebnisse auswerten
Nachdem das Verzeichnis richtig gesetzt ist, können die
abgelegten Ergebnisse ausgewertet werden
18
. Die Pro-
grammoberäche ist dabei in zwei Bereiche unterteilt:
Menübereich
19
und Auswertungsbereich 20. Im Menübereich wird die zuvor ausgewählte Jahrgangsstufe angezeigt, im Bild
Auswahlmenü
18
mit Jg. 7 21 bezeichnet. Über das
22
kann zwischen den Klassen gewechselt werden. Einzelne Schüler werden durch Anklicken ihres Namens
23
ausgewählt. Sobald ein Schüler
ausgewählt ist, werden dessen Ergebnisse im Auswertungsbereich
werden der Name des Schülers
20
angezeigt. Als Spaltenüberschrift
24
, der prozentuale
Grad der Zielerreichung 25, die Gesamtzeit 26 und eine
Durchschnittszeit pro erreichtem Prozent angezeigt
27
Über diese Durchschnittszeit kann die Arbeitsgeschwindigkeit einzelner Schüler verglichen werden.
Einzelne Lernziele auswerten
Ein Ablaufplan
28
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
30
. 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-
31
äche Refresh
tungen können die Ergebnisse über Export CSV…
betätigt werden. Für andere Auswer-
32
auch als CSV-Datei exportiert und in Microsoft Excel
verarbeitet werden.
.
13
Zwei Felder für die Konguration des Verzeichnisses.
16
Verzeichnistrenner
14
Den Link zwischen den Feldern erst nach der
vollständigen Eingabe erzeugen.
Lernkontrollsystem
24
15
Link
Auswahl
der Klasse
Auswahl
des Schülers
Menübereich
Verzeichnis
neu einlesen
Auswertung als
Exceldatei exportieren
Jahrgangs-
stufe
2124
22
23
19
31
32
18
Oberäche für die Auswertung.
Schüler-
name
Ablauf-
plan
12
Status
Ziel-
erreichung
25
282930
Lernziel Zeit für
Ziel-
erreichung
Gesamt-
zeit
26
Zeit pro
Prozent
27
20
Auswertungsbereich
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