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Alle Versuche im Überblick Arduino Adventskalender 2016 . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Arduino UNO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Steckbrett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . RGB-LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Arduino Adventskalender 2016 Das Programmieren 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.
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.
1. Tag Heute im Adventskalender 1. Tag • Steckbrett (SYB 46) • LED rot • 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun) • 2x Verbindungskabel 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.
Wenn Sie Linux oder Mac OS X verwenden: Auf der Seite www.arduino.cc/en/Guide/HomePage 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.
2. Tag Heute im Adventskalender 2. Tag • LED grün • 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-OhmWiderstand (Rot-Rot-Braun), 3x Verbindungskabel Das Programm Für die Projekte im Adventskalender verwenden wir die einfach zu erlernende Programmiersprache Snap4Arduino. Laden Sie sich die aktuelle Version bei s4a.
Die Verbindung zum Arduino wurde erfolgreich hergestellt. Die Programme zum Adventskalender Die Programme zum Adventskalender können Sie sich bei www.buch.cdd 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.
3. Tag Heute im Adventskalender 3. Tag • LED gelb • 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun) • Verbindungskabel 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 Das Programm Das Programm funktioniert ähnlich wie das von gestern.
4. Tag 4. Tag Heute im Adventskalender • 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 Das Programm Das Programm funktioniert ähnlich wie das von gestern. Auch hier werden in einer Endlosschleife nacheinander verschiedene digitale Pins ein- und ausgeschaltet.
5. Tag Heute im Adventskalender 5. Tag • LED rot 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.
6. Tag 6. Tag Heute im Adventskalender • 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 Das Programm Das Programm 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.
7. Tag Heute im Adventskalender 7. Tag • Knete • 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.
8. Tag 8. Tag Heute im Adventskalender • 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.
9. Tag 9. Tag Heute im Adventskalender • 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau) • 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.
10. Tag 10. Tag Heute im Adventskalender • 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-RotBraun), 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.
11. Tag Heute im Adventskalender 11. Tag • LED gelb • 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun) Lauflicht Bauteile: 1x Steckbrett, 2x LED rot , 2x LED gelb , 2x LED grün , 6x 220-Ohm-Widerstand (Rot-RotBraun), 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.
12. Tag 12. Tag Heute im Adventskalender • 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.
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.
13. Tag 13. Tag Heute im Adventskalender • 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun) Dieser Widerstand wird erst in den nächsten Tagen benötigt.
14. Tag Heute im Adventskalender 14. Tag • 15-kOhm-Potenziometer 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.
15. Tag 15. Tag Heute im Adventskalender • 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.
16. Tag Heute im Adventskalender 16. Tag • 7-Segment-Anzeige 7-Segment-Anzeige mit dem Arduino steuern Schaltplan und Segmentbezeichnungen der 7-SegmentAnzeige 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.
Beim Klick auf das grüne Fähnchen werden zwei Listenvariablen initialisiert: • 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.
17. Tag 17. Tag Heute im Adventskalender • Knete Mit dem zweiten Stück Knete können jetzt verschiedenfarbige Knetekontakte gebaut werden, um diese eindeutig zu unterscheiden. 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.
18. Tag 18. Tag Heute im Adventskalender • 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.
19. Tag 19. Tag Heute im Adventskalender • 2x Verbindungskabel 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.
20. Tag 20. Tag Heute im Adventskalender • 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-SegmentAnzeige, danach blitzt die RGB-LED kurz in Weiß auf.
21. Tag 21. Tag Heute im Adventskalender • 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau) Dieser Widerstand wird erst in den nächsten Tagen benötigt. Zahlenraten mit 7-Segment-Anzeige Bauteile: 1x Steckbrett, 1x 7-Segment-Anzeige, 7x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 3x 20-MOhmWiderstand (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.
Zur Anzeige einer Zahl sowie zum Löschen der 7-Segment-Anzeige werden die bereits bekannten Skriptblöcke verwendet. Das Hauptprogramm des Zahlenratespiels 21_7seg06 10213-1 Conrad Arduino Adventskalender 2016_01.indd 30 29.04.
22. Tag 22. Tag Heute im Adventskalender • 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau) 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 (RotSchwarz-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.
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.
23. Tag 23. Tag Heute im Adventskalender • RGB-LED Weihnachtsblinkbeleuchtung Bauteile: 1x Steckbrett, 2x RGB-LED, 6x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 7x Verbindungskabel, 2x Isolierte Drahtbrücke Zwei RGB-LEDs blinken zufällig. Das Programm Das Programm 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.
24. Tag 24. Tag Heute im Adventskalender • 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.
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. d d d d e Das Programm Das Programm definiert am Anfang fünf Variablen mit den Frequenzen der fünf verwendeten Töne.
Vorsichtsmaßnahmen Auf keinen Fall irgendwelche GPIO-Pins miteinander verbinden und abwarten, was passiert. Nicht alle GPIO-Pins lassen sich frei programmieren. Einige sind für die Stromversorgung und andere Zwecke fest eingerichtet. Einige GPIO-Pins sind direkt mit Anschlüssen des Prozessors verbunden, ein Kurzschluss kann den Raspberry Pi komplett zerstören. Verbindet man über einen Schalter oder eine LED zwei Pins miteinander, muss immer ein Schutzwiderstand dazwischengeschaltet werden.
