Alle Versuche im Überblick

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2 2 Alle Versuche im Überblick Arduino Adventskalender Arduino UNO Steckbrett LEDs RGB-LEDs Widerstände und ihre Farbcodes Verbindungskabel und Schaltdraht Tag Arduino vorbereiten Softwareinstallation in Kürze LED leuchtet Tag Wechselblinklicht Tag Ampel Tag RGB-LED blinkt bunt Tag LED dimmen Tag Farben mischen mit PWM Tag LED mit Knetesensor schalten So funktionieren Sensorkontakte Tag Krabbenkrabbeln Tag RGB-LED mit Knetekontakten steuern Tag Fußgängerampel Tag Lauflicht Tag LED-Würfel Tag LED-Würfel mit realistischem Würfeleffekt Tag LED mit Potenziometer dimmen Tag Analoge Pegelanzeige mit LEDs Tag Segment-Anzeige mit dem Arduino steuern Tag Zähler mit 7-Segment-Anzeige Tag Zufallswürfel mit 7-Segment-Anzeige Tag Pegelanzeige mit 7-Segment-Anzeige Tag Countdown für Blitzlicht mit 7-Segment-Anzeige Tag Zahlenraten mit 7-Segment-Anzeige Tag Tennisspiel Tag Weihnachtsblinkbeleuchtung Tag BuzzerFirmata installieren Weihnachtsmusik

3 3 Arduino Adventskalender 2016 ieren von Mikrocontrollern war früher nur etwas für Ingenieure und Informatiker. Arduino ermöglicht dank übersichtlicher Hardware und einfach zu verstehender Software auf einmal jedem den Einstieg in die Mikrocontrollertechnik. Der Name Arduino Der Arduino kommt aus Italien und wurde nach dem italienischen König Arduino benannt, der bis ins Jahr 1005 in Ivrea, dem Firmensitz des Arduino-Herstellers, herrschte. Nach König Arduino ist dort heute die Lieblingsbar der Arduino-Entwickler Massimo Banzi und David Cuartielles benannt. Arduino UNO Die Arduino-Plattform bietet mittlerweile eine große Vielfalt an Platinen für unterschiedliche Anwendungszwecke. Der Arduino Uno ist die für Einsteiger am besten geeignete und auch eine der leistungsfähigeren Arduino-Platinen. Dieser Adventskalender enthält jeden Tag ein Hardwareexperiment für den Arduino Uno oder kompatible Platinen anderer Hersteller. Einige der kompatiblen Platinen haben gegenüber dem original Arduino Uno den Vorteil, dass sie einen Micro-USB-Anschluss verwenden und somit übliche Smartphonekabel genutzt werden können. Der original Arduino Uno hat dagegen einen USB-Typ-B-Anschluss. Die Experimente in diesem Adventskalender werden mit Snap! programmiert. Diese Programmiersprache basiert auf Scratch, einer der am leichtesten erlernbaren Programmiersprachen überhaupt. Die Anschlüsse am Arduino Uno Downloads zum Adventskalender Die verwendeten Programme finden Sie unter zum Download. Tragen Sie für dieses Produkt im Eingabefeld den Code ein. Steckbrett Für den schnellen Aufbau elektronischer Schaltungen, ohne löten zu müssen, ist am ersten Tag ein Steckbrett im Adventskalender. Damit können elektronische Bauteile direkt in ein Lochraster gesteckt werden. Bei diesem Steckbrett sind die äußeren Längsreihen über Kontakte (X und Y) alle miteinander verbunden. Diese Kontaktreihen werden oft als Plus- und Minuspol zur Stromversorgung der Schaltungen genutzt. In den anderen Kontaktreihen sind jeweils fünf Kontakte (A bis E und F bis J) quer miteinander verbunden, wobei in der Mitte der Platine eine Lücke ist. So können in der Mitte größere Bauelemente eingesteckt und nach außen hin verdrahtet werden. LEDs Die Verbindungen auf dem Steckbrett An die digitalen Pins können für Lichtsignale und Lichteffekte LEDs (LED = Light Emitting Diode, zu Deutsch Leuchtdiode) angeschlossen werden. Dabei muss zwischen dem verwendeten Pin und der Anode der LED ein 220-Ohm-Vorwiderstand (Rot-Rot-Braun) eingebaut werden, um den Durchflussstrom zu begrenzen und damit ein Durchbrennen der LED zu verhindern. Zusätzlich schützt der Vorwiderstand auch den Schaltplan einer LED mit Vorwiderstand digitalen Ausgang des Arduino, da die LED in Durchflussrichtung fast keinen Widerstand bietet und deshalb der Pin bei Verbindung mit Masse schnell überlastet werden könnte. Die Kathode der LED verbindet man mit der Masseleitung des Arduino. LED in welcher Richtung anschließen? Die beiden Anschlussdrähte einer LED sind unterschiedlich lang. Der längere ist der Pluspol, die Anode, der kürzere die Kathode. Einfach zu merken: Das Pluszeichen hat einen Strich mehr als das Minuszeichen und macht damit den Draht optisch etwas länger. Außerdem sind die meisten LEDs auf der Minusseite abgeflacht, wie ein Minuszeichen. Leicht zu merken: Kathode = kurz = Kante.

4 4 Anschlusspins einer RGB-LED RGB-LEDs Eine normale LED leuchtet immer nur in einer Farbe. Die im Adventskalender enthaltenen RGB-LEDs können wahlweise in mehreren Farben leuchten. Bei ihnen sind im Prinzip drei LEDs mit verschiedenen Farben in einem transparenten Gehäuse eingebaut. Jede dieser drei LEDs hat eine eigene Anode, über die sie mit einem digitalen Ausgang verbunden wird. Die Kathode, die mit der Masseleitung verbunden wird, ist nur einmal vorhanden. Deshalb hat eine RGB-LED vier Anschlussdrähte. Die Anschlussdrähte der RGB-LEDs sind unterschiedlich lang, damit sie eindeutig zu erkennen sind. Anders als bei normalen LEDs ist die Kathode hier der längste Draht. RGB-LEDs funktionieren wie drei einzelne LEDs und brauchen deshalb auch drei Vorwiderstände. Widerstände und ihre Farbcodes Widerstände werden zur Strombegrenzung an empfindlichen elektronischen Bauteilen sowie als Vorwiderstände für LEDs verwendet. Die Maßeinheit für Widerstände ist Ohm Ohm entsprechen einem Kiloohm, abgekürzt kohm kohm entsprechen einem Megaohm, abgekürzt MOhm. Oft wird für die Einheit Ohm auch das Omega-Zeichen verwendet. Schaltplan einer RGB-LED mit drei Vorwiderständen Die farbigen Ringe auf den Widerständen geben den Widerstandswert an. Mit etwas Übung sind sie deutlich leichter zu erkennen als winzig kleine Zahlen, die man nur noch auf ganz alten Widerständen findet. Farbe Widerstandswert in Ohm 1. Ring (Zehner) 2. Ring (Einer) 3. Ring (Multiplikator) 4. Ring (Toleranz) Silber 10 2 = 0,01 ±10 % Gold 10 1 = 0,1 ±5 % Schwarz = 1 Braun = 10 ±1 % Rot = 100 ±2 % Orange = Gelb = Grün = ±0,5 % Blau = ±0,25 % Violett = ±0,1 % Grau = ±0,05 % Weiß = Die meisten Widerstände haben vier solcher Farbringe. Die ersten beiden Farbringe bezeichnen die Ziffern, der dritte einen Multiplikator und der vierte die Toleranz. Dieser Toleranzring ist meistens in Gold oder Silber, Farben die auf den ersten Ringen nicht vorkommen. Dadurch ist die Leserichtung immer eindeutig. Der Toleranzwert selbst spielt in der Digitalelektronik kaum eine Rolle. Die Tabelle zeigt die Bedeutung der farbigen Ringe auf Widerständen. In welcher Richtung ein Widerstand eingebaut wird, ist egal. Bei LEDs dagegen spielt die Einbaurichtung eine wichtige Rolle. Verbindungskabel und Schaltdraht Die farbigen Verbindungskabel haben auf beiden Seiten einen dünnen Drahtstecker, mit dem sie sich in die Buchsenleisten des Arduino und auf die Steckplatine stecken lassen. Weiterhin ist Schaltdraht im Adventskalender enthalten. Damit stellen Sie kurze Verbindungsbrücken her, mit denen Kontaktreihen auf der Steckplatine verbunden werden. Schneiden Sie den Draht mit einem kleinen Seitenschneider je nach Experiment auf die passenden Längen ab. Um die Drähte besser in die Steckplatine stecken zu können, empfiehlt es sich, sie leicht schräg abzuschneiden, sodass eine Art Keil entsteht. Entfernen Sie an beiden Enden auf einer Länge von etwa einem halben Zentimeter die Isolierung. Vorsichtsmaßnahmen Auf keinen Fall irgendwelche Arduino-Pins miteinander verbinden und abwarten, was passiert. Nicht alle Arduino-Pins lassen sich frei programmieren. Einige sind für die Stromversorgung und andere Zwecke fest eingerichtet. Einige Arduino-Pins sind direkt mit Anschlüssen des Mikrocontrollers verbunden, ein Kurzschluss kann den Arduino komplett zerstören zumindest theoretisch. Die Arduino-Platinen sind erstaunlich stabil gegen Schaltungsfehler. Verbindet man über eine LED zwei Pins miteinander, muss immer ein Schutzwiderstand dazwischengeschaltet werden. Für Logiksignale immer den 3,3-V-Pin verwenden. Der 5-V-Pin dient zur Stromversorgung externer Hardware. Hier kann (fast) so viel Strom entnommen werden, wie das angeschlossene Netzteil liefert. Dieser Pin darf aber nicht mit einem digitalen Eingang verbunden werden.

5 5 1. Tag Steckbrett (SYB 46) LED rot 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun) 2x Verbindungskabel 1. Tag Arduino vorbereiten Um den Arduino in Betrieb zu nehmen, braucht man: PC mit Windows USB-Kabel (Typ B) Arduino-IDE Die Verbindung zwischen PC und Arduino erfolgt über ein USB-Kabel mit dem fast quadratischen Steckertyp B auf einer Seite. Sie brauchen sich ein solches Kabel nicht extra zu besorgen, fast alle modernen Drucker verwenden diesen Steckertyp und während Sie mit dem Arduino experimentieren, werden Sie kaum gleichzeitig drucken. Arduino-IDE installieren Arduino noch nicht anschließen Schließen Sie den Arduino nicht gleich an den PC an, sondern installieren Sie erst die Arduino-Software. Andernfalls kann es später Schwierigkeiten mit der Treiberinstallation geben. Softwareinstallation in Kürze Für die Programmierung des Arduino liefert der Hersteller eine sehr übersichtliche Entwicklungsumgebung, in der man die Programme, die bei Arduino als Sketch bezeichnet werden, in einer C-ähnlichen Programmiersprache schreiben kann. Diese Arduino-IDE stellt auch die Verbindung zwischen PC und Arduino her. Für alle, die ihren Arduino noch nicht betriebsbereit haben, hier die Systeminstallation in sieben Schritten: 1 Laden Sie sich den Windows Installer für die aktuelle Version der Arduino-IDE bei herunter oder verwenden Sie einfach die Datei arduino windows.exe aus den Downloads zum Adventskalender. 2 Installieren Sie die Arduino-IDE, bevor der Arduino erstmals an den PC angeschlossen wird. Damit werden die notwendigen Treiber automatisch mit installiert und der Arduino später automatisch erkannt. Achten Sie dabei darauf, dass im Dialogfeld Installation Options alle Häkchen gesetzt sind. Je nach Windows-Konfiguration ist eine Bestätigung der Benutzerkontensteuerung erforderlich. 3 Starten Sie nach der Installation die Arduino-IDE und schließen Sie dann den Arduino über ein USB-Kabel an. Der Treiber wird jetzt automatisch installiert und simuliert über USB einen seriellen Port, mit dem der Arduino verbunden ist. 4 Wählen Sie, erst nachdem der Treiber installiert ist, im Menü der Arduino-IDE Werkzeuge/Port. In den meisten Fällen wird nur ein einziger serieller Port angezeigt. Setzen Sie hier das Häkchen. 5 Wählen Sie anschließend über den Menüpunkt Werkzeuge/Board den Arduino/ Genuino Uno, wenn dieser nicht bereits automatisch erkannt wurde. 6 Wählen Sie im Menü Datei/Beispiele/Firmata/StandardFirmata. Es öffnet sich ein neues Fenster der Arduino-IDE mit dem StandardFirmata-Sketch. 7 Klicken Sie auf das Symbol Hochladen in der oberen Symbolleiste (das runde Symbol mit dem Pfeil nach rechts). Jetzt wird die Software kompiliert und auf den angeschlossenen Arduino übertragen. Automatische Installation des Gerätetreibers Die Arduino-IDE

6 6 Wenn Sie Linux oder Mac OS X verwenden: Auf der Seite finden Sie Installationshinweise zur Arduino-IDE für diese Betriebssysteme. LED leuchtet Für das erste Experiment wird kein eigenes Programm benötigt. Das Firmata-Testprogramm schaltet eine LED ein und aus und prüft damit auch gleich, ob StandardFirmata funktioniert. Bauteile: 1x Steckbrett, 1x LED rot, 1x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 2x Verbindungskabel Schließen Sie die LED wie in der Abbildung über einen Vorwiderstand am Pin 5 des Arduino an. Starten Sie jetzt das Programm firmata_test.exe aus den Downloads zum Adventskalender. Wählen Sie im Menü Port den vom Arduino verwendeten Port aus. Daraufhin erscheinen Steuerelemente für die Pins des Arduino. Die erste LED leuchtet am Arduino. Das Firmata-Testprogramm lässt die LED leuchten. Klicken Sie auf den Button Low in der Zeile Pin 5, schaltet sich die LED ein und der Button schaltet auf High um. Klicken Sie nochmals darauf, schaltet sich die LED wieder aus. Für Statusanzeigen ohne Zusatzhardware hat der Arduino auch eine eigene LED. Diese ist über den Pin 13 steuerbar. Klicken Sie auf den Button Low in der Zeile Pin 13, schaltet sich diese LED ein und aus. Arduino ausschalten Der Arduino hat keinen Ausschalter, Sie brauchen einfach nur den Stecker zu ziehen und er schaltet sich ab. Beim nächsten Einschalten startet automatisch der zuletzt gespeicherte Sketch in unserem Fall also die StandardFirmata. Das Gleiche passiert, wenn man den Reset-Taster drückt.

7 7 2. Tag LED grün 2. Tag 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun) Verbindungskabel Wechselblinklicht Ein einfaches Programm lässt zwei LEDs abwechselnd blinken. Bauteile: 1x Steckbrett, 1x LED rot, 1x LED grün, 2x 220-Ohm- Widerstand (Rot-Rot-Braun), 3x Verbindungskabel Für die Projekte im Adventskalender verwenden wir die einfach zu erlernende Programmiersprache Snap4Arduino. Laden Sie sich die aktuelle Version bei s4a.cat/snap herunter oder verwenden Sie einfach die Datei Snap4Arduino-aktuell.exe aus den Downloads zum Adventskalender. Klicken Sie in Snap4Arduino auf das Einstellungen-Symbol und wählen Sie im Menü Language. LED-Wechselblinklicht am Arduino Das Einstellungen-Menü in Snap4Arduino Sollte sich beim ersten Start von Snap4Arduino die Firewall melden, lassen Sie die Kommunikation von NWJS zu. Wählen Sie in der Liste»Deutsch«aus. Bevor Sie mit dem Programmieren beginnen können, muss eine Verbindung zum Arduino hergestellt werden. Klicken Sie dazu oben links in der Blockpalette auf Arduino und anschließend auf Mit Arduino verbinden. Beim Öffnen eines neuen Programms in Snap4Arduino geht oft die Verbindung zum Arduino verloren. Sollte ein Fehler auftreten, wenn Sie ein neues Programm starten, verbinden Sie wie beschrieben den PC erneut mit dem Arduino. Snap4Arduino unterstützt mehrere Arduinos an einem PC. Solange nur ein Arduino angeschlossen ist, wird er sofort erkannt und die Verbindung hergestellt.

8 8 Die Verbindung zum Arduino wurde erfolgreich hergestellt. Die Programme zum Adventskalender Die Programme zum Adventskalender können Sie sich bei herunterladen oder einfach jeden Tag anhand der Abbildung selbst zusammenbauen. Entpacken Sie die ZIP-Datei aus dem Download in ein Verzeichnis auf der Festplatte. Klicken Sie dann oben links in Snap4Arduino auf das Dateien-Symbol und wählen Sie Importieren, um die Programme, die im XML-Format vorliegen, in Snap4Arduino zu importieren. Klicken Sie nach dem Import im Menü einmal auf Sichern. Danach steht das Programm in der eigenen Bibliothek, die über den Menüpunkt Öffnen erreichbar ist, zur Verfügung. In Snap4Arduino braucht man beim Programmieren keinen Programmcode zu tippen. Die Blöcke werden einfach per Drag-and-drop aneinandergehängt. Die Blockpalette im linken Teil des Fensters enthält, nach Themen geordnet, die verfügbaren Blöcke. Das erste Programm verwendet die wichtigsten Blöcke: Wenn grünes Fähnchen angeklickt von der Palette Steuerung bildet den Start für die meisten Programme. fortlaufend von der Palette Steuerung ist eine Endlosschleife, die permanent wiederholt wird. warte... Sek von der Palette Steuerung lässt das Programm eine bestimmte Zeit bis zum nächsten Schritt warten. Setze digitalen Pin... auf... von der Palette Arduino setzt einen der digitalen Pins des Arduinos auf einen Logikwert wahr oder falsch. Diese beiden Werte sind als Blöcke auf der Palette Operatoren zu finden. 02led02 lässt die LEDs abwechselnd blinken. startet, wenn der Benutzer oben rechts auf das grüne Fähnchen klickt. Eine fortlaufend-schleife sorgt dafür, dass die beiden LEDs abwechselnd endlos blinken so lange, bis der Benutzer auf das rote Stopp-Symbol oben rechts in Snap4Arduino klickt. Nachdem die LED an Pin 5 eingeschaltet ist, wird 0,1 Sekunden gewartet, damit StandardFirmata keinen Befehl verschluckt. Zwischen dem Setzen zweier Pins sollte immer eine minimale Wartezeit eingebaut werden. Danach wird die LED an Pin 8 ausgeschaltet. Jetzt wartet das Programm eine halbe Sekunde. Hinweis: Dezimalpunkt Snap4Arduino verwendet wie viele amerikanische Programme den Punkt als Dezimaltrennzeichen, nicht das in Deutschland übliche Komma. Danach wird auf die gleiche Weise die LED an Pin 8 ein- und die an Pin 5 ausgeschaltet. Nach einer weiteren halben Sekunde wiederholt sich der Zyklus von vorne.

9 9 3. Tag LED gelb 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun) Verbindungskabel 3. Tag Ampel Das Experiment des dritten Tages schaltet eine Ampel aus drei LEDs in ihrem typischen Zyklus von Rot über Rot-Gelb nach Grün und über Gelb zurück nach Rot. Bauteile: 1x Steckbrett, 1x LED rot, 1x LED gelb, 1x LED grün, 3x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 4x Verbindungskabel funktioniert ähnlich wie das von gestern. Auch hier werden in einer Endlosschleife nacheinander verschiedene Kombinationen von LEDs ein- und ausgeschaltet. In den Zwischenphasen Rot-Gelb und Gelb leuchtet die Ampel jeweils 0,5 Sekunden, in den Phasen Rot und Grün je 3 Sekunden. Diese Zeiten lassen sich in den warte...sek-blöcken auch anders einstellen. Die Wartezeiten zwischen dem scheinbar gleichzeitigen Umschalten mehrerer LEDs wurden auf 0,01 Sekunden reduziert, was technisch ausreicht und vom Betrachter fast nicht mehr wahrnehmbar ist. LED-Ampel am Arduino 03ampel01 lässt die LEDs abwechselnd blinken.

10 10 4. Tag 4. Tag RGB-LED RGB-LED blinkt bunt Das Experiment des vierten Tages lässt eine RGB-LED der Reihe nach in verschiedenen Farben blinken. Bauteile: 1x Steckbrett, 1x RGB-LED, 3x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 4x Verbindungskabel funktioniert ähnlich wie das von gestern. Auch hier werden in einer Endlosschleife nacheinander verschiedene digitale Pins ein- und ausgeschaltet. In diesem Fall handelt es sich um die drei Farbkomponenten der RGB-LED. RGB-LED am Arduino Additive Farbmischung RGB-LEDs verwenden die sogenannte additive Farbmischung. Die drei Lichtfarben Rot, Grün und Blau werden addiert und ergeben am Ende reines Weiß. Ein Farbdrucker verwendet hingegen die subtraktive Farbmischung. Jede Farbe wirkt auf einem weißen Blatt wie ein Filter, der einen Teil des weiß reflektierten Lichtes wegnimmt (= subtrahiert). Druckt man alle drei Druckerfarben übereinander, ergibt es Schwarz, das gar kein Licht mehr reflektiert. Im Programm leuchten durch abwechselndes Ein- und Ausschalten immer mal eine, mal zwei Farbkomponenten. Dadurch wechselt die RGB-LED zwischen sechs verschiedenen Farben hin und her. Additive Farbmischung 04rgb01 lässt die LEDs abwechselnd blinken Die Geschwindigkeit des Farbwechsels wird über eine Variable z gesteuert, die am Anfang des Programms auf einen bestimmten Wert gesetzt wird und dann für jeden Farbwechsel gilt. Variablen in Snap4Arduino Variablen sind kleine Speicherplätze, in denen man sich während eines Programms eine Zahl oder irgendetwas anderes merken kann. Wenn das Programm beendet wird, werden diese Variablenspeicher automatisch wieder geleert. Variablen müssen in Snap4Arduino erst einmal angelegt werden, bevor man sie benutzen kann.

11 11 5. Tag LED rot 5. Tag LED dimmen Bauteile: 1x Steckbrett, 2x LED rot, 2x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 3x Verbindungskabel LEDs sind typische Bauteile zur Ausgabe von Signalen in der Digitalelektronik. Sie können zwei verschiedene Zustände annehmen: ein und aus, 0 und 1 oder falsch und wahr. Das Gleiche gilt für die als Ausgänge definierten digitalen Pins. Demnach wäre es theoretisch nicht möglich, eine LED zu dimmen. Mit einem Trick ist es dennoch möglich, die Helligkeit einer LED an einem digitalen Pin zu regeln. Lässt man eine LED schnell genug blinken, nimmt das menschliche Auge es nicht mehr als Blinken wahr. Die als Pulsweitenmodulation (PWM) bezeichnete Technik erzeugt ein pulsierendes Signal, das sich in sehr kurzen Abständen ein- und ausschaltet. Die Spannung des Signals bleibt immer gleich, nur das Verhältnis zwischen Level falsch (0 V) und Level wahr (+3,3 V) wird verändert. Das Tastverhältnis gibt das Verhältnis der Länge des eingeschalteten Zustands zur Gesamtdauer eines Schaltzyklus an. Je kleiner das Tastverhältnis, desto kürzer ist die Leuchtzeit der LED innerhalb eines Schaltzyklus. Dadurch wirkt die LED dunkler als eine permanent eingeschaltete LED. Pins für PWM-Signale Die Pins 3, 5, 6, 9, 10, 11 sind auf dem Arduino mit einem ~ -Symbol gekennzeichnet. Diese Pins können für Pulsweitenmodulation verwendet werden. Zwei LEDs per PWM dimmen 05pwm01 dimmt die beiden LEDs zyklisch heller und dunkler. Am Anfang werden dazu zwei Variablen definiert: hell bezeichnet den PWM- Wert für die Helligkeit der LED und schritt t gibt die Schrittweite beim Dimmen an. Die aktuellen Werte beider Variablen werden in Echtzeit rechts oben auf der Bühne angezeigt. Links: Tastverhältnis 50 % rechts: Tastverhältnis 20 %. Jetzt beginnt eine Endlosschleife. Als Erstes wird bei jedem Schleifendurchlauf der aktuelle Wert der Variablen hell als PWM-Wert auf den Pin 5 und nach einer kurzen Wartezeit auch auf dem Pin 6 ausgegeben. Anschließend wird der Wert der Variablen hell um den Wert schritt t erhöht. Im nächsten Schritt wird überprüft, ob der Wert von hell die Grenzen 0 oder 100 erreicht hat. In diesem Fall wird ein oder-block eingesetzt, der wiederum Platz für zwei weitere Abfragen enthält. Ist von diesen beiden mindestens eine wahr, gibt der oder-block den Wert wahr zurück und der Inhalt des falls-blocks wird ausgeführt. Zwei Gleichheitsabfragen prüfen, ob die Variable hell den Wert 0 oder 100 erreicht hat. Trifft dies zu, wird die Variable schritt auf einen neuen Wert gesetzt. Da Snap4Arduino keine Möglichkeit bietet, das Vorzeichen einer Variablen umzukehren, verwenden wir den Operator - und subtrahieren den Wert der Variablen von 0, was das gleiche Ergebnis liefert. Zum Schluss wartet das Programm 0,025 Sekunden. Anschließend startet die Endlosschleife neu und liefert den LEDs einen neuen PWM-Wert. 05pwm01 dimmt die beiden LEDs an PWM-Ausgängen.

12 12 6. Tag 6. Tag 2x Verbindungskabel Diese Verbindungskabel werden erst in den nächsten Tagen benötigt. Farben mischen mit PWM Bauteile: 1x Steckbrett, 1x RGB-LED, 3x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 4x Verbindungskabel 06pwm02 dimmt die Farbkomponenten einer RGB-LED zyklisch heller und dunkler. Dadurch werden verschiedene Mischfarben erzeugt. Die aktuellen Werte aller Variablen werden in Echtzeit rechts oben auf der Bühne angezeigt. Die Variablen hell_r, hell_g und hell_b speichern die PWM-Helligkeitswerte der drei Farbkomponenten, die Variablen schritt_r, schritt_g und schritt_b die Schrittweite, in der die PWM-Werte geändert werden. Dabei wird nur zwischen +5 und -5 gewechselt. Farbmischung auf einer RGB-LED In den ersten 20 Schritten wird die rote Komponente schrittweise von 100 auf 0 gesenkt und gleichzeitig die grüne Komponente von 0 auf 100 erhöht, wodurch sich verschiedene Mischfarben zwischen Rot und Grün ergeben. Danach werden die Vorzeichen der beiden verwendeten Schrittwerte umgekehrt, die grüne Komponente reduziert und dabei die blaue Komponente erhöht. In der letzten Schleife wird Blau dann wieder reduziert und Rot erhöht. Danach startet die Endlosschleife wieder von vorne. Insgesamt sind 60 verschiedene Farben zu sehen. 06pwm02 dimmt die drei Farbkomponenten einer RGB-LED.

13 13 7. Tag Knete 7. Tag 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau) Blanker Schaltdraht Der Schaltdraht wird für verschiedene Experimente benötigt. Legen Sie schon einmal eine Zange bereit, um die passenden Drahtstücke abzuschneiden. LED mit Knetesensor schalten Bauteile: 1x Steckbrett, 1x LED rot, 1x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 1x 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau), 4x Verbindungskabel, 2x Knetekontakt Der rechte Knetekontakt (im Bild mit einem Minuszeichen gekennzeichnet) ist der Massekontakt. Diesen halten Sie während der Versuche immer in der Hand. So funktionieren Sensorkontakte Der als Eingang geschaltete Pin ist über einen extrem hochohmigen Widerstand (20 MOhm) mit +3,3 V verbunden, sodass ein schwaches, aber eindeutig als High definiertes Signal anliegt. Ein Mensch, der nicht gerade frei in der Luft schwebt, ist immer geerdet und liefert über die elektrisch leitfähige Haut einen Low-Pegel. Berührt dieser Mensch einen Sensorkontakt, wird das schwache High-Signal von dem deutlich stärkeren Low-Pegel der Fingerkuppe überlagert und zieht den GPIO-Pin auf Low-Pegel. LED mit Knetesensor schalten Wie hoch allerdings der Widerstand zwischen Hand und Masse wirklich ist, hängt von vielen Dingen ab, unter anderem von Schuhen und Fußboden. Barfuß im nassen Gras ist die Verbindung zur Masse der Erde am besten, aber auch auf Steinfußböden funktioniert es meistens gut. Holzfußböden isolieren stärker, Kunststoffbodenbeläge sind oft sogar positiv aufgeladen. Damit die Schaltung immer funktioniert, ist ähnlich wie bei Sensortasten an Aufzügen und Türen bei jeder Schaltung zusätzlich auf dem Steckbrett ein Massekontakt eingebaut. Berührt man diesen und den eigentlichen Sensor gleichzeitig, ist die Masseverbindung auf jeden Fall hergestellt. Schaltschema für Sensorkontakte am Arduino Knete leitet den Strom etwa so gut wie menschliche 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 die Hand den Kontakt berührt, ist deutlich größer. So kommt es nicht so leicht zu einem Wackelkontakt. Schneiden Sie ein etwa 10 cm langes Stück des blanken Schaltdrahts ab und stecken Sie es in ein Stück Knete. Stecken Sie das andere Ende, wie auf der Abbildung zu sehen, in das Steckbrett. Da Snap4Arduino die im Arduino eingebauten Pulldown-Widerstände immer einschaltet, werden digitale Eingänge immer auf 0 gezogen und haben auch ohne Berührung einen Low-Pegel. Der Arduino verfügt aber zusätzlich über analoge Eingänge, die sich sehr gut für Sensorkontakte eignen. Analoge Eingänge liefern Werte zwischen 0 (Low-Pegel) und 1023 (High-Pegel). Der Wert 200 ist ein guter Grenzwert, um zwischen berührtem und nicht berührtem Sensorkontakt zu unterscheiden. 07knete01 schaltet die LED ein, wenn der Knetekontakt berührt wird, und wieder aus, wenn er losgelassen wird. Die Variable x zeigt auf der Bühne immer den aktuellen Wert des analogen Pins 5. Ist er kleiner als 200, wird die LED am digitalen Pin 7 eingeschaltet, andernfalls wird sie ausgeschaltet. 07knete01 schaltete die LED ein, wenn der Knetekontakt berührt wird.

14 14 8. Tag 8. Tag 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau) Verbindungskabel Krabbenkrabbeln Bauteile: 1x Steckbrett, 1x LED rot, 1x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 2x 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau), 5x Verbindungskabel, 3x Knetekontakt Das Experiment des achten Tages ist ein schnelles Spiel auf dem PC-Bildschirm, das den Arduino als kleines Gamepad mit zwei Knetekontakten verwendet. In dem Spiel rennt eine Krabbe auf einem Rundkurs und soll dabei so wenig wie möglich vom Weg abkommen. Die beiden Knetekontakte drehen bei Berührung die Krabbe um 5 Grad nach links oder rechts. Sie läuft automatisch immer nach vorne und muss nur durch die Drehungen auf dem richtigen Kurs gehalten werden. Am Anfang wird die Krabbe auf die Startposition gesetzt und die Bewegungsrichtung auf 0 nach oben eingestellt. In einer Endlosschleife geht die Krabbe jeweils zwei Schritte in der aktuellen Bewegungsrichtung. Danach werden drei Bedingungen abgefragt. Gamepad mit Knetesensoren Berührt die rote oder grüne Schaufel der Krabbe die weiße Fläche außerhalb des Rundkurses, wird der Fehlerzähler um 1 erhöht und die LED leuchtet kurz auf. Berührt der Spieler den Knetekontakt am analogen Pin 5, wird die Krabbe um 5 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, bei Berührung des Kontakts am analogen Pin 3 um 5 im Uhrzeigersinn. Das Spiel 08krabbe

15 15 9. Tag 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau) 9. Tag Verbindungskabel RGB-LED mit Knetekontakten steuern Bauteile: 1x Steckbrett, 1x RGB-LED, 3x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 3x 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau), 8x Verbindungskabel, 1x Drahtbrücke, 4x Knetekontakt Drei Knetekontakte steuern die drei Farbkomponenten einer RGB-LED. Wird der entsprechende Sensor berührt, wird die Farbe eingeschaltet. Auf diese Weise sind sieben verschiedene Farben möglich, die drei Grundfarben, drei Mischfarben und Weiß als Mischung aller drei Farben. Eine Endlosschleife fragt immer wieder nacheinander die drei Knetekontakte ab. Wird ein Kontakt berührt, wird die entsprechende Farbkomponente der RGB-LED eingeschaltet, andernfalls wird sie ausgeschaltet, wenn sie zuvor eingeschaltet war. Die hier verwendete sequentielle Abfrage der Knetekontakte hat gegenüber der parallelen Abfrage den Vorteil, dass es zu keinen Timeout-Problemen kommen kann, falls zwei Farbkomponenten gleichzeitig eingeschaltet werden. RGB-LED mit drei Knetesensoren steuern 09rgb02 steuert die drei Farbkomponenten einer RGB-LED über Knetekontakte.

16 Tag 10. Tag LED grün 2x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun) Fußgängerampel Bauteile: 1x Steckbrett, 2x LED rot, 1x LED gelb, 2x LED grün, 5x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot- Braun), 1x 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau), 8x Verbindungskabel, 2x Knetekontakt Beim Berühren des Knetekontaktes startet der typische Ampelzyklus einer Fußgängerampel. Im Ruhezustand leuchtet die Fußgängerampel rot, die Verkehrsampel grün. Bei Klick auf das grüne Fähnchen wird die Ampel in die Grundstellung gebracht. Die Fußgängerampel leuchtet rot, die Verkehrsampel grün. Berührt man den Knetekontakt, läuft der Ampelzyklus durch. Nach einem Zyklus wartet das Programm wieder, bis der Knetekontakt erneut berührt wird. Fußgängerampel mit Knetesensor schalten 10ampel02 steuert eine Fußgängerampel mit einem Knetekontakt.

17 Tag LED gelb 11. Tag 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun) Lauflicht Bauteile: 1x Steckbrett, 2x LED rot, 2x LED gelb, 2x LED grün, 6x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot- Braun), 7x Verbindungskabel Lauflicht mit sechs LEDs Lauflichter sind immer wieder beliebte Effekte, nicht nur für Werbung und Partyräume. Das Experiment des elften Tages lässt sechs LEDs als Lauflicht leuchten. 11lauflicht verwendet eine Listenvariable, in der die Pinnummern der digitalen Pins, die für die LEDs verwendet werden, gespeichert sind. Anders als bei Scratch müssen Listen in Snap nicht durch das Programm gefüllt werden, sondern können direkt im Programmcode mit Anfangswerten vorbelegt werden. Eine Schleife läuft über die Länge der Liste und schaltet nacheinander die LEDs einzeln für je 0,1 Sekunden ein. Diese Schleife wird endlos wiederholt. 11lauflicht steuert ein Lauflicht mithilfe einer Listenvariablen.

18 Tag 12. Tag LED blau 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun) Isolierter Schaltdraht Heute ist isolierter Schaltdraht im Adventskalender. Damit stellen Sie kurze Verbindungsbrücken her, mit denen Kontaktreihen auf der Steckplatine verbunden werden, wobei keine Gefahr besteht, dass es Kurzschlüsse mit anderen Bauteilen gibt. Schneiden Sie den Draht mit einem kleinen Seitenschneider auf die passenden Längen ab. Um die Drähte besser in die Steckplatine stecken zu können, empfiehlt es sich, sie leicht schräg abzuschneiden, sodass eine Art Keil entsteht. Entfernen Sie an beiden Enden jeder Drahtbrücke auf einer Länge von etwa einem halben Zentimeter die Isolierung. LED-Würfel Bauteile: 1x Steckbrett, 2x LED rot, 2x LED gelb, 2x LED grün, 1x LED blau, 7x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 1x 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau), 7x Verbindungskabel, 5x isolierte Drahtbrücke (unterschiedliche Längen), 2x Knetekontakt LED-Würfel mit sieben LEDs mit Knetesensor schalten Die typischen Spielwürfel, die 1 bis 6 Augen zeigen, kennt jeder und hat jeder zu Hause. Wesentlich cooler ist ein elektronisch gesteuerter Würfel, der auf Tastendruck die Augen leuchten lässt und zwar nicht einfach 1 bis 6 LEDs in einer Reihe, sondern in der Anordnung eines Spielwürfels. Diese haben Augen in der typischen quadratischen Anordnung, wozu man 7 LEDs braucht. Für die Ansteuerung der LEDs werden nur 4 statt 7 digitale Pins benötigt, da ein Würfel zur Darstellung gerader Zahlen die Augen paarweise nutzt. In der Schaltung werden beide seitlichen Schienen des Steckbretts für Masseleitungen benötigt. Daher ist der Knetekontakt diesmal etwas anders angeschlossen.

19 19 Wie entstehen Zufallszahlen? Gemeinhin denkt man, in einem Programm könne nichts zufällig geschehen wie also kann ein Programm dann in der Lage sein, zufällige Zahlen zu generieren? Teilt man eine große Primzahl durch irgendeinen Wert, ergeben sich ab der x-ten Nachkommastelle Zahlen, die kaum noch vorhersehbar sind. Diese ändern sich auch ohne jede Regelmäßigkeit, wenn man den Divisor regelmäßig erhöht. Dieses Ergebnis ist zwar scheinbar zufällig, lässt sich aber durch ein identisches Programm oder den mehrfachen Aufruf des gleichen Programms jederzeit reproduzieren. Nimmt man aber eine aus einigen dieser Ziffern zusammengebaute Zahl und teilt sie wiederum durch eine Zahl, die sich aus der aktuellen Sekunde oder dem Inhalt einer beliebigen Speicherstelle des Computers ergibt, kommt ein Ergebnis heraus, das sich nicht reproduzieren lässt und daher als Zufallszahl bezeichnet wird. Wenn der Benutzer auf das grüne Fähnchen klickt, startet eine Endlosschleife, die immer wieder prüft, ob der Knetekontakt berührt wird. Ist dies der Fall, werden als Erstes die vier für LEDs verwendeten Pins ausgeschaltet, um das zuvor angezeigte Würfelergebnis zu löschen. Anschließend wird in der Variablen w eine Zufallszahl zwischen 1 und 6 gespeichert. Für jedes mögliche Ergebnis gibt es einen eigenen falls -Block, der die entsprechenden LEDs einschaltet. 12wuerfel01 simuliert einen sechsseitigen Spielwürfel.

20 Tag 13. Tag 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun) Dieser Widerstand wird erst in den nächsten Tagen benötigt. LED-Würfel mit realistischem Würfeleffekt Bauteile: 1x Steckbrett, 2x LED rot, 2x LED gelb, 2x LED grün, 1x LED blau, 7x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 1x 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau), 7x Verbindungskabel, 5x isolierte Drahtbrücke (unterschiedliche Längen), 2x Knetekontakt Ein wirklicher Würfel zeigt nicht sofort die endgültige Augenzahl an, sondern rollt erst eine kurze Zeit, in der man Würfelergebnisse sieht, die sich dann aber doch nicht bewahrheiten. des 13. Tages simuliert das Rollen, indem der Würfel erst ein paar andere Würfelergebnisse mit minimal immer länger werdenden Pausen dazwischen anzeigt, bevor das endgültige Ergebnis erscheint. nutzt die gleiche Würfelroutine, würfelt aber nach dem Berühren des Knetekontaktes nicht nur einmal, sondern viermal hintereinander, wobei die Wartezeiten jedes Mal um 0,2 Sekunden länger werden, bevor das Ergebnis gelöscht wird. Der Schaltungsaufbau entspricht dem zwölften Tag. 13wuerfel02 würfelt mit realistischem Würfeleffekt.

21 Tag 15-kOhm-Potenziometer 14. Tag LED mit Potenziometer dimmen Benötigte Bauteile: 1x Steckplatine, 1x LED gelb, 1x 220-Ohm-Widerstand, 1x 15-kOhm-Potenziometer, 4x Verbindungskabel, 1x isolierte Drahtbrücke LED-Dimmer mit Potenziometer Um eine LED wirklich wie eine Wohnzimmerlampe zu dimmen, verwenden wir das Potenziometer aus dem Adventskalender von heute. Mit diesem einstellbaren Widerstand lässt sich ein Spannungsteiler bauen, der eine beliebige Spannung zwischen 0 V und +5 V liefern kann. Diese analoge Spannung kann aber nicht direkt an die LED weitergegeben werden, sondern muss in einen digitalen PWM-Wert umgerechnet werden. Die analogen Eingänge des Arduino werten einen analogen Spannungswert aus und liefern digitale Werte zwischen 0 und Dabei steht 0 für 0 V und 1023 für +5 V Spannung am jeweiligen Pin. Diese Werte müssen auf Werte zwischen 0 und 255 umgerechnet werden, um sie dann wieder als PWM-Wert an eine LED auszugeben. Eine Endlosschleife liest den Wert des analogen Pins 5 aus und teilt diesen durch 4. Das Ergebnis wird in der Variablen x gespeichert und auf der Bühne angezeigt. Anschließend wird der PWM-Pin 9 auf diesen Wert gesetzt. 14dimm01 dimmt eine LED anhand der Einstellung des Potenziometers.

22 Tag 15. Tag 2x Verbindungskabel Analoge Pegelanzeige mit LEDs Bauteile: 1x Steckbrett, 2x LED rot, 2x LED gelb, 2x LED grün, 1x LED blau, 7x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 1x 15-kOhm-Potenziometer, 10x Verbindungskabel, 1x isolierte Drahtbrücke Pegelanzeige mit sieben LEDs Wie man mit analogen Werten die Helligkeit einer LED steuert, ist nun bekannt. Um einen analogen Wert aber wirklich zu visualisieren, ist diese Methode nicht aussagekräftig genug Helligkeiten werden sehr subjektiv wahrgenommen und hängen stark von der Umgebung und den verwendeten LEDs ab. An einer Pegelanzeige lassen sich analoge Werte viel deutlicher ablesen. Die Nummern der für die LEDs verwendeten Pins sind in einer Liste gespeichert. Der analoge Pin 5 wird fortlaufend abgefragt und sein Wert, der zwischen 0 und 1023 liegen kann, durch 128 geteilt, um einen Wert zwischen 0 und 8 zu erhalten, um damit 0 bis 7 LEDs einzuschalten. Eine innere Schleife über die Länge der Liste prüft, ob der so errechnete Wert p größer ist als die aktuelle Nummer der LED. Wenn ja, wird diese eingeschaltet. 15pegel steuert eine LED-Leiste anhand der Einstellung des Potenziometers.

23 Tag 7-Segment-Anzeige 7-Segment-Anzeige mit dem Arduino steuern 7-Segment-Anzeigen können auf sieben LEDs die Ziffern von 0 bis 9 sowie die Buchstaben A bis F, die zur Darstellung von Hexadezimalzahlen notwendig sind, darstellen. Die 7-Segment-Anzeige im Adventskalender verfügt, wie viele solche Anzeigemodule, noch über eine achte LED für den Dezimalpunkt. Die sieben LEDs für die Zifferndarstellung sind mit den Buchstaben a bis g bezeichnet. Die LED mit der Bezeichnung DP stellt den Dezimalpunkt dar. Bei einer einstelligen 7-Segment-Anzeige ist jede LED einzeln über ihre Anode ansteuerbar. Alle LEDs einer 7-Segment- Anzeige vom Typ Common Cathode verwenden eine gemeinsame Kathode, ähnlich wie RGB-LEDs. Schaltplan und Segmentbezeichnungen der 7-Segment- Anzeige Die zehn Ziffernbilder werden als Kombinationen der Segmente festgelegt. 16. Tag Bauteile: 1x Steckbrett, 1x 7-Segment-Anzeige, 7x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 8x Verbindungskabel, 1x isolierte Drahtbrücke Drückt man eine Zifferntaste auf der Tastatur, zeigt die 7-Segment-Anzeige die entsprechende Ziffer an. Die Leertaste löscht die Anzeige. Kein Ziffernblock Snap4Arduino unterstützt nur die Zifferntasten in der obersten Zeile der QWERTZ-Tastatur. Die Zifferntasten des Ziffernblocks können nicht verwendet werden. besteht aus mehreren Skriptblöcken, von denen je einer auf jeden der Tastendrücke reagiert. Auf der Bühne oben rechts finden Sie eine Schemagrafik der 7-Segment-Anzeige mit den Bezeichnungen der einzelnen Segmente (a-g). Diese Grafik hat keine Funktion für das Programm, sie dient nur zur Übersicht. Jedes Segment der 7-Segment-Anzeige wird über einen Vorwiderstand an einem eigenen Arduino-Pin angeschlossen. 16_7seg01 für die 7-Segment-Anzeige

24 24 Beim Klick auf das grüne Fähnchen werden zwei Listenvariablen initialisiert: Die Listendefinitionen beim Klick auf das grüne Fähnchen s enthält die Pins, an denen die sieben Segmente von a bis g angeschlossen sind. z enthält zehn weitere Listen, von denen jede eine Folge aus wahrund falsch-operatoren enthält, die angeben, welche Segmente der 7-Segment-Anzeige für die jeweiligen Ziffern eingeschaltet werden sollen. Die Liste beginnt bei Ziffer 1, die Ziffer 0 wird durch das zehnte Listenelement dargestellt. Diese Methode wird verwendet, weil Objekte in Snap-Listen immer mit 1 beginnend gezählt werden nicht mit 0 wie in vielen anderen Programmiersprachen. Zehn Skriptblöcke warten darauf, dass eine der zehn Zifferntasten gedrückt wird. Je nach gedrückter Taste wird die Variable n auf die entsprechende Zahl gesetzt, bei der Taste 0 auf 10. Danach wird die Nachricht anzeige gesendet. Wenn die Nachricht anzeige empfangen wurde, startet der wichtigste Skriptblock, der die in der Variablen n gespeicherte Ziffer auf der 7-Segment-Anzeige darstellt. Skriptblock zur Anzeige einer Zahl Die Schleife in diesem Skriptblock läuft 7-mal durch und zeigt dabei die sieben im Listenelement n der Liste z gespeicherten LED-Segmente an. Die zugehörigen Pins werden aus der Liste s gelesen. Zum Löschen der 7-Segment-Anzeige wird ein eigener Skriptblock verwendet, der beim Drücken der Leertaste startet. Hier läuft eine ähnliche Schleife 7-mal durch und setzt alle Segmente auf falsch. Die zehn Skriptblöcke zur Abfrage der Zifferntasten Die Leertaste löscht die 7-Segment-Anzeige.

25 Tag Knete Mit dem zweiten Stück Knete können jetzt verschiedenfarbige Knetekontakte gebaut werden, um diese eindeutig zu unterscheiden. 17. Tag Zähler mit 7-Segment-Anzeige Bauteile: 1x Steckbrett, 1x 7-Segment-Anzeige, 7x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 1x 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau), 2x Knetekontakt, 10x Verbindungskabel, 1x isolierte Drahtbrücke Bei jeder Berührung des Knetekontaktes zählt der Zähler um 1 weiter. Nach der 9 folgt automatisch wieder die 0. definiert, wie das Programm von gestern, zuerst zwei Listen mit den Pin-Nummern für die sieben LED-Segmente und den Mustern für die zehn Ziffern. Die Variable n enthält immer die auf der 7-Segment- Anzeige darzustellende Zahl, wobei die 10 für die Ziffer 0 steht, um das zehnte Listenelement anzuzeigen. Damit der Zähler bei längeren Berührungen des Knetekontaktes nicht schnell immer weiter zählt, wartet Ein Knetekontakt steuert einen Zähler auf der 7-Segment-Anzeige. das Programm zunächst, bis der Knetekontakt berührt wird, und dann, bis er wieder losgelassen wird. Erst dann zählt der Zähler um 1 hoch. Am Anfang jedes Schleifendurchlaufs ruft ein sende... an alle-block wieder einen Skriptblock zur Anzeige einer in der Liste z definierten Ziffer auf. Dieser Skriptblock entspricht dem aus dem Programm von gestern. Skriptblock zur Anzeige einer Zahl Das Hauptprogramm 17_7seg02 für den Zähler

26 Tag 18. Tag 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun) Dieser Widerstand wird erst in den nächsten Tagen benötigt. Zufallswürfel mit 7-Segment-Anzeige Bauteile: 1x Steckbrett, 1x 7-Segment-Anzeige, 8x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 1x 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau), 2x Knetekontakt, 11x Verbindungskabel, 1x isolierte Drahtbrücke Die Schaltung gleicht weitgehend der vom 17. Tag. Der Dezimalpunkt der 7-Segment-Anzeige ist hier zusätzlich angeschlossen. simuliert neben einem klassischen sechsseitigen Würfel auch Würfel mit zwei bis neun Seiten, zum Beispiel eine geworfene Münze. Über einen Schieberegler auf der Bühne kann der Wert der Variablen w eingestellt werden. Diese gibt den höchsten Wert des möglichen Zahlenbereichs an. Wenn man den Knetekontakt berührt, wird zunächst das letzte Ergebnis aus der Anzeige gelöscht. Dazu sendet das Hauptprogramm die Nachricht aus, die einen Skriptblock startet, der in einer Schleife alle LED-Segmente ausschaltet. Zufallswürfel mit Dezimalpunkt Dieser Block löscht die 7-Segment-Anzeige. Danach scheint der Würfel zu würfeln, was durch das Blinken des Dezimalpunktes auf der 7-Segment-Anzeige simuliert wird. Lässt man den Kontakt los, erscheint eine zufällige Zahl, die wieder über den bereits bekannten Skriptblock angezeigt wird. Skriptblock zur Anzeige einer Zahl Das Hauptprogramm 18_7seg03 für den Zahlenwürfel

27 Tag 2x Verbindungskabel 19. Tag Diese Verbindungskabel werden erst in den nächsten Tagen benötigt. Pegelanzeige mit 7-Segment-Anzeige Bauteile: 1x Steckbrett, 1x 7-Segment-Anzeige, 7x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 1x 15-kOhm-Potenziometer, 10x Verbindungskabel, 2x isolierte Drahtbrücke Der analoge Wert eines Potenziometers wird in dieser Pegelanzeige als Ziffer zwischen 0 und 9 dargestellt. besteht diesmal nur aus einem Skriptblock, der auch die Schleife zur Darstellung der Zahlen auf der 7-Segment-Anzeige enthält. Das Potenziometer kann durch leichte Drehung in schneller Folge unterschiedliche Werte liefern. Da keine externe Routine zur Darstellung der Zahl aufgerufen wird, kann es auch zu keinen Timingproblemen kommen, wenn die Zahl noch nicht fertig dargestellt wird und bereits ein neuer Wert vom Potenziometer ausgelesen wird. Pegelanzeige mit 7-Segment-Anzeige 19_7seg04 liefert eine Pegelanzeige auf der 7-Segment-Anzeige. Eine Endlosschleife liest den Wert des analogen Pins 0 und rundet ihn auf eine Ziffer zwischen 0 und 9. Dieser Wert wird in der Variablen n gespeichert und falls er 0 ist, auf 10 gesetzt, um das zehnte Listenelement darzustellen. Anschließend schaltet die bereits bekannte Schleife die passenden LED-Segmente der Ziffer ein.

28 Tag 20. Tag 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun) Countdown für Blitzlicht mit 7-Segment-Anzeige Bauteile: 1x Steckbrett, 1x 7-Segment-Anzeige, 10x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 1x 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau), 2x Knetekontakt, 11x Verbindungskabel, 4x isolierte Drahtbrücke (unterschiedliche Längen) Beim Berühren des Knetekontaktes startet ein zehn Sekunden dauernder Countdown auf der 7-Segment- Anzeige, danach blitzt die RGB-LED kurz in Weiß auf. Dazu sind alle drei Anoden der RGB-LED über Vorwiderstände mit dem gleichen Arduino-Pin verbunden. Die Hauptprogrammschleife wartet zunächst, bis der Knetekontakt berührt wird, und lässt dann einen Countdown von 9 bis 1 laufen. Am Ende wird die 7-Segment-Anzeige auf 0 gesetzt und die LED für 0,1 Sekunden eingeschaltet. Zur Anzeige der Ziffern wird wieder die aus früheren Programmen bekannte Methode verwendet. Blitzlicht mit Countdown Skriptblock zur Anzeige einer Zahl Das Hauptprogramm 20_7seg05 für den Blitzcountdown

29 Tag 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau) Dieser Widerstand wird erst in den nächsten Tagen benötigt. 21. Tag Zahlenraten mit 7-Segment-Anzeige Bauteile: 1x Steckbrett, 1x 7-Segment-Anzeige, 7x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 3x 20-MOhm- Widerstand (Rot-Schwarz-Blau), 4x Knetekontakt, 12x Verbindungskabel Das Spiel generiert eine zufällige Zahl, die zu erraten ist. Mit den Knetekontakten kann man die eigene getippte Zahl schrittweise erhöhen oder verringern. Der mit dem Quadrat gekennzeichnete Knetekontakt gibt den Tipp ab. In einer Endlosschleife wird zuerst eine geheime Zahl x zufällig festgelegt. Die angezeigte Startzahl wird ebenfalls zufällig festgelegt und direkt in der Variablen n gespeichert, die wie in den vorherigen Programmen zur Darstellung auf der 7-Segment-Anzeige verwendet wird. In der Variablen y wird der Tipp des Spielers gespeichert. Die Hauptschleife des Spiels läuft so lange, bis dieser Tipp gleich der gesuchten Zahl ist. Am Anfang jedes Schleifendurchlaufs wird die aktuell eingestellte Zahl n in der 7-Segment-Anzeige dargestellt. Danach folgen drei falls-abfragen, die die drei Knetekontakte prüfen. Wird der Kontakt am Pin 2 berührt, wird die angezeigte Zahl um 1 erhöht. Eine innere falls-abfrage verhindert, dass diese Zahl größer als 9 wird. Wird der Kontakt am Pin 1 berührt, wird die angezeigte Zahl um 1 verringert. Auch hier wird verhindert, dass die Zahl unter 1 fällt. Da die Hauptschleife des Spiels sehr schnell durchläuft und nicht auf Benutzereingaben wartet, könnte es passieren, dass der Skriptblock zur Anzeige einer Zahl aufgerufen wird, bevor die Darstellung der letzten Zahl komplett abgeschlossen wurde. Um dies zu verhindern, verwendet das Programm sende... an alle und warte- Blöcke. Diese warten, bis das aufgerufene Unterprogramm komplett durchgelaufen ist. Zahlenratespiel mit Knetekontakten und 7-Segment-Anzeige Wird der Kontakt am Pin 0 berührt, hat der Spieler einen Tipp abgegeben. Die für die Tipps verwendete Variable y wird auf die aktuell eingestellte Zahl n gesetzt und die 7-Segment-Anzeige ausgeschaltet. Abhängig davon, ob die gesuchte Zahl größer oder kleiner als der letzte Tipp ist, blinkt das oberste oder unterste Segment der 7-Segment-Anzeige dreimal kurz auf. Danach startet die Hauptschleife des Spiels neu und zeigt wieder die zuletzt getippte Zahl an. Ist die Siegbedingung des Spiels erfüllt, blinkt die erratene Zahl fünfmal auf. Danach startet eine neue Spielrunde mit einer neuen geheimen Zahl.

30 30 Zur Anzeige einer Zahl sowie zum Löschen der 7-Segment-Anzeige werden die bereits bekannten Skriptblöcke verwendet. Das Hauptprogramm des Zahlenratespiels 21_7seg06

31 Tag 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau) 22. Tag Tennisspiel Heute zur Abwechslung mal wieder ein Spiel, das auf dem Bildschirm des PCs läuft und über Knetekontakte am Arduino gesteuert wird. Bauteile: 1x Steckbrett, 4x 20-MOhm-Widerstand (Rot- Schwarz-Blau), 5x Verbindungskabel, 6x Knetekontakt Mit etwas Geschicklichkeit müssen die Spieler versuchen, mit ihrem Paddle den Ball immer wieder zurück zu schlagen, damit dieser nicht gegen die rote oder grüne Wand fliegt. Jeder Spieler hat zwei Knetekontakte, um sein Paddle in die beiden Richtungen zu bewegen. Zusätzlich gibt es für jeden Spieler einen Massekontakt, um möglichst wenige Ausfälle durch ungleichmäßige Erdung zu haben. Berührt der Ball die eigene Wand, weil man ihm das Paddle nicht rechtzeitig in den Weg gesetzt hat, bekommt der Gegenspieler einen Punkt. Der Ball startet dann wieder an der Ausgangsposition. Durch Klicken auf das rote Stopp-Symbol lässt sich das Spiel jederzeit anhalten. Wer mehr Punkte hat, hat gewonnen. Der Ball wird durch vier Skriptblöcke gesteuert, die alle gleichzeitig laufen und gestartet werden, wenn der Benutzer auf das grüne Fähnchen klickt. Vier Knetekontakte steuern die beiden Spieler (links: Massekontakte für beide Spieler). Das Hauptskript schafft beim Klick auf das grüne Fähnchen die Grundvoraussetzungen für das Spiel. Zuerst werden die beiden Punktezähler auf 0 gesetzt. Anschließend wird der Ball auf seine Ausgangsposition bei x:0 y:0 gebracht. Der Ball soll in einem zufälligen Winkel losfliegen. Dazu wird die Richtung auf einen zufälligen Wert zwischen -20 und -160 gesetzt. Anschließend wird die Bewegung des Balls fortlaufend wiederholt. Er prallt vom Rand ab, wenn er ihn berührt. Andernfalls fliegt er vier Schritte in die eingestellte Richtung. Diese Bewegung wiederholt sich theoretisch endlos. Da aber beim Klicken auf das grüne Fähnchen drei weitere Skriptblöcke für den Ball gestartet werden, kann es auch noch zu anderen Bewegungen kommen. Das Spielfeld mit dem Ball, den beiden Paddles und Punktezählern im Programm 22tennis Der Hauptskriptblock für die Initialisierung und Bewegung des Balls Falls der Ball eines der beiden Paddles berührt, wird die Bewegungsrichtung ins Negative umgekehrt. Der Ball fliegt im gleichen Winkel nach unten weiter, in dem er von oben kam, oder umgekehrt. Um die Bewegung etwas unvorhersehbarer zu gestalten, wird der Ball zunächst fünf Schritte bewegt, damit danach das Paddle auf jeden Fall nicht mehr berührt wird. Anschließend wird die Flugrichtung gegenüber der bisherigen Richtung um einen zufälligen Wert zwischen -20 und 20 Grad verändert. Der Ball ändert seine Bewegungsrichtung, wenn er eines der Paddles berührt.

32 32 Berührt der Ball nicht das Paddle, sondern den grünen Balken am rechten Rand, bekommt der linke Spieler einen Punkt. Danach wird der Ball wieder auf seine Ausgangsposition gesetzt und um einen zufälligen Wert zwischen -20 und 20 Grad gedreht, damit er nicht wieder exakt die gleiche Flugbahn nimmt, aber trotzdem ungefähr in die Richtung fliegt, in die er zuletzt geflogen ist. Das Gleiche passiert auch, wenn der Ball den roten Balken am linken Rand berührt, nur mit dem Unterschied, dass diesmal der rechte Spieler den Punkt bekommt. Diese Skriptblöcke werden ausgeführt, wenn der Ball den linken roten oder den rechten grünen Rand berührt. In Snap4Arduino kann jedes Snap-Objekt mit genau einem Arduino verbunden sein. Deshalb wertet das Paddle Spieler1 alle vier Knetekontakte aus und leitet die Ergebnisse entsprechend weiter. Beim Herstellen der Verbindung mit dem Arduino muss deshalb dieses Objekt ausgewählt sein. Beim Berühren der Knetekontakte an Pin 3 und Pin 2 soll sich das linke Paddle Spieler1 bewegen. Dazu werden die Nachrichten Spieler1auf und Spieler1ab gesendet, die vom gleichen Objekt ausgewertet und in Aufwärts- oder Abwärtsbewegungen umgesetzt werden. Knetekontakte auswerten und Paddle»Spieler1«bewegen Das Paddle Spieler2 kann nicht auf den gleichen Arduino zugreifen und empfängt deshalb einfach die Nachrichten, die das Paddle Spieler1 beim Berühren der Knetekontakte an Pin 1 und Pin 0 sendet. Dementsprechend bewegt sich das Paddle aufwärts oder abwärts. Beim Klick auf das grüne Fähnchen wird es in die Ausgangsposition gebracht und wartet dann auf Nachrichten. Die Bewegungen des Paddles»Spieler2«

33 Tag RGB-LED 23. Tag Weihnachtsblinkbeleuchtung Bauteile: 1x Steckbrett, 2x RGB-LED, 6x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 7x Verbindungskabel, 2x Isolierte Drahtbrücke Zwei RGB-LEDs blinken zufällig. zeigt, wie wenig Programmieraufwand in Snap4Arduino nötig ist, um zwei RGB-LEDs in zufälligen Farben blinken zu lassen. Die Nummern der für die LEDs verwendeten Pins sind in einer Liste gespeichert. Eine Endlosschleife setzt einen zufällig aus der Liste gewählten Pin auf wahr und danach einen weiteren zufällig gewählten Pin auf falsch. So können alle möglichen Farbkombinationen entstehen. 23blink lässt zwei RGB-LEDs in bunten Farben blinken.

34 Tag 24. Tag Piezo-Summer Der heute im Adventskalender enthaltene Piezo-Summer macht elektrische Schwingungen hörbar. Legt man eine pulsierende Gleichspannung zwischen die beiden Pole des Summers, wird dieser in Schwingung versetzt. Je nach Frequenz sind einzelne Klicks oder ein durchgängiger Ton zu hören. Frequenzen von wenigen Hertz (Schwingungen pro Sekunde) nimmt das menschliche Ohr noch als einzelne Töne wahr, Frequenzen zwischen etwa 20 Hertz und 16 khertz werden als durchgehender Ton unterschiedlicher Tonhöhe wahrgenommen. BuzzerFirmata installieren Snap4Arduino unterstützt standardmäßig keine Piezo- Summer, da diese von der Basissoftware StandardFirmata auf dem Arduino auch nicht unterstützt werden. Um mit dem Piezo-Summer aus Snap4Arduino Töne zu erzeugen, verwenden wir eine eigene Version der aktuellen StandardFirmata, die um die Funktionen aus der Snap4Arduino-Firmata-Bibliothek (github.com/ mdcanham/snap4arduino-firmata) erweitert ist. Die Installation läuft ähnlich ab wie die am ersten Tag beschriebene Standardinstallation des Arduino: 1 Beenden Sie als Erstes Snap4Arduino und starten Sie die Arduino-IDE. 2 Laden Sie über Datei/Öffnen die Datei BuzzerFirmata25.ino aus den Downloads zum Adventskalender in die Arduino-IDE. 3 Klicken Sie auf das Symbol Hochladen in der oberen Symbolleiste es handelt sich um das runde Symbol mit dem Pfeil nach rechts. Dann wird die Software kompiliert und auf den angeschlossenen Arduino übertragen. 4 Beenden Sie die Arduino-IDE und starten Sie Snap4Arduino wieder. Weihnachtsmusik Bauteile: 1x Steckbrett, 5x 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau), 6x Verbindungskabel, 6x Knetekontakt, 1x Piezo-Summer Fünf Knetekontakte auf einer Klaviatur, links der Massekontakt Die fünf Knetekontakte erzeugen fünf verschiedene Töne. Natürlich kann der Arduino mit dem Piezo- Summer beliebige Töne abspielen. Viele eingängige Melodien kommen mit fünf Tönen aus. Außerdem lassen sich diese mit den fünf Fingern einer Hand leicht spielen, ohne dass man mit den Fingern die Tasten wechseln muss.

35 35 So lässt sich zum Beispiel das bekannte Weihnachtslied Jingle Bells abspielen: Jin-gle bells, jin-gle bells e e e e e e jin-gle all the way e g c d e Oh what fun it is to ride in a f f f f f e e e one horse o-pen sleigh. O! e d d d d g Jin-gle bells, jin-gle bells e e e e e e jin-gle all the way e g c d e Oh what fun it is to ride in a f f f f f e e e one horse o-pen sleigh. e d d d d definiert am Anfang fünf Variablen mit den Frequenzen der fünf verwendeten Töne. Danach wartet eine Endlosschleife darauf, dass einer der Knetekontakte berührt wird. Ist dies der Fall, wird ein Ton abgespielt und gewartet, dass der Kontakt wieder losgelassen wird. Dann wird der Ton beendet. Da immer nur ein Ton abgespielt werden kann, werden die Knetekontakte in einer Schleife nacheinander abgefragt und nicht in parallel gestarteten Skriptblöcken. So kann es nicht passieren, dass das Programm versucht, mehrere Töne gleichzeitig abzuspielen. Snap4Arduino bietet die Möglichkeit, eigene Blöcke zu definieren und JavaScript-Funktionen auszuführen, um damit auf in der StandardFirmata definierte Komponenten zuzugreifen. des 24. Tages enthält zwei solche Blöcke: Ton an Pin... mit Frequenz... spielt einen Ton mit einer bestimmten Frequenz über einen Piezo-Summer ab, der am angegebenen Pin angeschlossen ist. Stoppe Ton an Pin... stoppt das Abspielen eines Tons und ermöglicht es so, einen neuen Ton abzuspielen. Bevor ein anderer Ton abgespielt wird, muss der laufende Ton immer erst gestoppt werden. 24musik spielt über fünf Knetekontakte verschiedene Töne ab.