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10222-3 Titelei.qxp 24.03.17 11:29 Seite 4 Liebe Kunden! Dieses Produkt wurde in Übereinstimmung mit den geltenden europäischen Richtlinien hergestellt und trägt daher das CE-Zeichen. Der bestimmungsgemäße Gebrauch ist in der beiliegenden Anleitung beschrieben. Bei jeder anderen Nutzung oder Veränderung des Produktes sind allein Sie für die Einhaltung der geltenden Regeln verantwortlich. Bauen Sie die Schaltungen deshalb genau so auf, wie es in der Anleitung beschrieben wird.
Inhaltsverzeichnis Raspberry Pi vorbereiten ............................................................... 6 Betriebssystem installieren .....................................................................12 Der erste Start des Raspberry Pi.............................................................17 Die Teile im Paket ....................................................................................20 LEDs...............................................................................................
Raspberry Pi vorbereiten Der Raspberry Pi ist – auch wenn es auf den ersten Blick gar nicht so aussieht – ein vollwertiger Computer. Du kannst damit Texte schreiben, ins Internet gehen, Spiele spielen oder Filme ansehen. Vieles geht etwas langsamer, als man es von modernen PCs gewohnt ist, dafür ist der Raspberry Pi ja auch viel kleiner und vor allem billiger als ein PC.
vorinstalliert sind und einfachere, verständliche Programmiersprachen verwendet werden. Python, das dem Raspberry Pi seinen Namen gegeben hat, und vor allem Scratch sind deutlich leichter zu erlernen als C++ und Java, die sich unter Profiprogrammierern auf dem PC durchgesetzt haben. Im Laufe der noch sehr kurzen Geschichte des Raspberry Pi wurden verschiedene Modelle entwickelt. Für unsere Projekte kannst du alle aktuellen Raspberry-Pi-Modelle B+, Pi 2 und Pi 3 verwenden.
Raspberry Pi vorbereiten lösung nur mit Einschränkungen bedienen, Scratch fast gar nicht. Deshalb ist diese Methode nicht zu empfehlen. TASTATUR UND MAUS Dieses Netzteil liefert 2 A = 2000 mA; das ist völlig ausreichend für aktuelle RaspberryPi-Modelle. MONITOR Natürlich brauchst du einen Monitor, um auch zu sehen, was du tust. Der Raspberry Pi kann per HDMI-Kabel an moderne Monitore oder Fernseher angeschlossen werden.
Raspberry Pi mit angeschlossenen Kabeln: USB-Tastatur (transparent), Netzwerk (gelb), HDMI-Monitor (schwarz) und Netzteil (weiß) du keine Internetverbindung. Der Raspberry Pi 3 hat ein eingebautes WLAN-Modul. Hier ist kein Netzwerkkabel für eine Internetverbindung nötig. SPEICHERKARTE Der Raspberry Pi hat keine Festplatte, stattdessen wird eine Speicherkarte verwendet. Sie enthält das Betriebssystem. Eigene Daten und installierte Programme werden ebenfalls darauf gespeichert.
Raspberry Pi vorbereiten Der MicroSD-Speicherkartensteckplatz auf der Rückseite des Raspberry Pi DIE GPIO-ANSCHLÜSSE AM RASPBERRY PI Was den Raspberry Pi so besonders und bei Makern so beliebt macht, ist die Möglichkeit, Elektronik anzuschließen und sie mit eigenen Programmen zu steuern. Das geht mit einem PC nicht, denn dort gibt es keine Anschlüsse, die sich so leicht für eigene Bastelprojekte nutzen lassen. Die Stiftleiste an der einen Seite des Raspberry Pi wird als GPIO bezeichnet.
IMMER +3,3 V VERWENDEN Verwende für elektronische Experimente immer die +3,3-V-Anschlüsse des Raspberry Pi und nicht die +5-V-Anschlüsse. Würde 5-V-Spannung durch eine elektronische Schaltung wieder zurück auf einen GPIO-Pin kommen, würde dies den Raspberry Pi beschädigen. Die +5-V-Anschlüsse sind nur für externe Geräte wie zum Beispiel Servomotoren gedacht und nicht für Logiksignale. gung und andere Zwecke fest eingerichtet.
Raspberry Pi vorbereiten Der Raspberry Pi A+ BETRIEBSSYSTEM INSTALLIEREN Der Raspberry Pi verwendet Linux und kein Windows, aber das sieht auch nicht viel anders aus. Linux hat den großen Vorteil, dass es längst nicht so hardwarehungrig ist wie Windows. Außerdem ist Linux „freie Software“. Das heißt, jeder darf Linux nutzen, für seine eigenen Zwecke anpassen und auch beliebig weitergeben, ohne Seriennummern verwenden oder sich mit Lizenzen herumärgern zu müssen.
INFO Unser Linux für den Raspberry Pi basiert auf dem original Raspbian-Betriebssystem Jessie, das die Raspberry-Pi-Stiftung (www.raspberrypi.org) anbietet. Bei dieser Linux-Version ist die Programmiersprache Scratch, die wir verwenden, auch schon dabei. Wir haben zusätzlich die verwendeten Programme für die Projekte vorinstalliert und alles komplett auf Deutsch eingestellt. Unsere Raspbian-Version ist nur etwa 3,7 GB groß und passt somit auf jede 4-GB- Speicherkarte – auf größere natürlich auch. PC.
Raspberry Pi vorbereiten und du brauchst dich um die Formatierung nicht zu kümmern. Hast du die Speicherkarte früher schon einmal für einen Raspberry Pi oder einen anderen Linux-Computer verwendet, muss sie neu formatiert werden, damit der Kartenleser im PC die Größe der Speicherkarte richtig erkennt. ACHTUNG Egal ob neu formatiert oder nicht: Bei der Installation des Betriebssystems werden alle Daten, die sich auf der Speicherkarte befinden, unwiderruflich gelöscht.
die Speicherkarte Partitionen aus einer früheren Linux-Installation enthalten, zeigt der SD Formatter nicht die vollständige Größe an. Klicke in diesem Fall auf Option und wähle die Formatierungsoption ON bei Format Size Adjustment. Nach einem Klick auf Formatt wird die Speicherkarte in ihrer vollen Größe formatiert. IMAGE-DATEI AUF DIE SPEICHERKARTE ÜBERTRAGEN Auf der DVD findest du eine Image-Datei des Raspbian-Betriebssystems, die jetzt auf die Speicherkarte übertragen werden muss.
Raspberry Pi vorbereiten Zur Übertragung solcher Image-Dateien gibt es ein Spezialprogramm, das USB-Image-Tool von www.alexpage.de. Du brauchst es nicht herunterzuladen, es ist auf der DVD vorhanden. Stecke die Speicherkarte in den Kartenleser und starte das USB-Image-Tool von der DVD. Dieses Programm braucht nicht vorher auf dem PC installiert zu werden. 1 Klicke oben links unter Device Mode auf das Symbol der Speicherkarte.
Starte danach den Kopiervorgang, der einige Minuten dauern kann. Nach Abschluss ist die Speicherkarte fertig vorbereitet, und du kannst sie aus dem PC herausnehmen. 4 DER ERSTE START DES RASPBERRY PI Jetzt ist es so weit, und du kannst den Raspberry Pi zum ersten Mal booten. Stecke die Speicherkarte in den Steckplatz auf der Rückseite des Raspberry Pi und schließe Tastatur, Maus und Monitor an. Der USBStromanschluss kommt als Letztes. Damit wird der Raspberry Pi eingeschaltet.
Raspberry Pi vorbereiten schnell das geht. Trotz der geringen Hardwareleistung bootet das komplette Linux-Betriebssystem deutlich schneller als ein Windows-PC. Am Ende erscheint ein Desktop, der Windows relativ ähnlich sieht. Die aus Windows bekannte Taskleiste befindet sich hier am oberen Bildschirmrand. baut. Um die Experimente in diesem Kapitel nachzubauen und zu programmieren, brauchst du die Programme im Startmenü nicht alle. Wir verwenden nur Scratch.
Mit dem zweiten Symbol rechts oben kannst du das Scratch-Fenster auf volle Bildschirmgröße vergrößern, um mehr Platz zum Programmieren zu haben. RASPBERRY PI AUSSCHALTEN Theoretisch kann man bei dem Raspberry Pi einfach den Stecker ziehen, und er schaltet sich ab. Besser ist es jedoch, ihn wie einen PC sauber herunterzufahren. Wähle dazu im Startmenü Shutdown und klicke dann auf Shutdown und OK. 19 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 19 22.03.
Raspberry Pi vorbereiten DIE TEILE IM PAKET 1x Steckbrett 2x LEDs grün 2x LEDs rot 2x LED gelb 1x LED blau 1x RGB-LED 7x 220-Ohm-Widerstände 3x 20-MOhm-Widerstände 20 Der kleine De kle ne e Hacker ck r 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 20 22.03.
1x bllanker Schaltdraht 8x Verbindungskabel 4x Krokodilklemmenkabel K 2x Knete in verschiedenen 2 Farben In diesem Kapitel erhältst du das nötige e Expe Expertenwissen, ertenwissen is , um mit den en Bauteiute len in diesem Paket perfekt umgehen zu uk könne önnen. nne 21 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 21 22.03.
Raspberry Pi vorbereiten STECKBRETTER VERBINDUNGSKABEL Für den schnellen Aufbau elektronischer Schaltungen, ohne löten zu müssen, ist ein Steckbrett im Paket enthalten. Hier können elektronische Bauteile direkt in ein Lochraster gesteckt werden. Die farbigen Verbindungskabel haben alle auf einer Seite einen dünnen Drahtstecker, mit dem sie sich auf das Steckbrett stecken lassen. Auf der anderen Seite ist eine Steckbuchse, die auf einen GPIO-Pin des Raspberry Pi passt.
Widerstände werden zur Strombegrenzung an empfindlichen elektronischen Bauteilen sowie als Vorwiderstände für LEDs verwendet. Die Maßeinheit für Widerstände ist Ohm. 1.000 Ohm entsprechen einem Kiloohm, abgekürzt kOhm. 1.000 kOhm entsprechen einem Megaohm, abgekürzt MOhm. Oft wird für die Einheit Ohm das Omega-Zeichen Ω verwendet. kleinen Zahlen, die man nur noch auf ganz alten Widerständen findet. Die meisten Widerstände haben vier solcher Farbringe.
Raspberry Pi vorbereiten Im Paket sind Widerstände in nur zwei verschiedenen Werten enthalten: Strom in einer Richtung durch sie hindurchfließt. In der anderen Rich- Wert 1. Ring (Zehner) 2. Ring (Einer) 3. Ring (Multipl.) 4. Ring (Toleranz) Verwendung 220 Ohm Rot Rot Braun Gold Vorwiderstand für LEDs Schwarz Blau Gold Widerstand für Knetekontakte 20 MOhm Rot Achte darauf, die beiden Widerstandsarten nicht zu verwechseln. Die Schaltungen würden dann nicht funktionieren.
LED – IN WELCHER RICHTUNG ANSCHLIESSEN? Die beiden Anschlussdrähte einer LED sind unterschiedlich lang. Der längere ist die Anode (der Pluspol), der kürzere die Kathode (der Minuspol). Einfach zu merken: Das Pluszeichen hat einen Strich mehr als das Minuszeichen und macht quasi den Draht etwas länger. Außerdem sind die meisten LEDs auf der Minusseite abgeflacht, wie ein Minuszeichen. Leicht zu merken: Kathode = kurz = Kante. Rot-Braun) eingebaut werden.
Raspberry Pi vorbereiten Die erste LED am Raspberry Pi RGB-LEDS LED aus ist. Es gibt aber auch LEDs, die transparent aussehen und ihre Farbe erst zeigen, wenn Strom fließt. Eine normale LED leuchtet immer nur in einer Farbe. Bei den im Paket mitgelieferten LEDs kann man die Farbe auch dann erkennen, wenn die Anschlusspins einer RGB-LED 26 Der kleine De kle ne e Hacker ck r 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 26 22.03.
RGB-LEDs funktio nktioniek i nie ren wie drei einzelne LEDs und brauchen deshalb auch drei Vorwiderstände. Mit der abgebildeten Schaltung kannst du die Funktionen einer RGBLED ausprobieren. Wie beim letzten Experiment wird der Raspberry Pi nur als Stromversorgung für die LED genutzt. Schaltplan für eine RGB-LED mit drei Vorwiderständen RGB-LEDs können wahlweise in mehreren Farben leuchten. Bei ihnen sind im Prinzip drei LEDs mit verschiedenen Farben in ein transparentes Gehäuse eingebaut.
Raspberry Pi vorbereiten ADDITIVE FARBMISCHUNG RGB-LEDs verwenden die sogenannte additive Farbmischung. Dabei werden die drei Lichtfarben Rot, Grün und Blau addiert und ergeben reines Weiß. Im Gegensatz dazu verwendet ein Farbdrucker die subtraktive Farbmischung. Jede Farbe wirkt auf einem weißen Blatt wie ein Filter, der einen Teil des weiß reflektierenden Lichts wegnimmt (= subtrahiert). Druckt man alle drei Druckerfarben übereinander, erhält man Schwarz, das gar kein Licht mehr reflektiert.
RGB-LED ausprobieren – dafür ist kein Programm nötig. DRAHT SCHRÄG ABSCHNEIDEN Der mitgelieferte Draht ist relativ dick, damit er sich nicht zu leicht verbiegt und sich mit den Krokodilklemmen gut greifen lässt. Es kann passieren, dass er sich besonders am Anfang, wenn die Steckbretter noch neu sind, schwer in die Kontaktlöcher stecken lässt. Schneide deshalb den Draht für die Anschlüsse am Steckbrett mit der Zange schräg ab.
Raspberry Pi vorbereiten KROKODILKLEMME Warum die Krokodilklemmen-Kabel so heißen, wie sie heißen, kann sich jeder leicht vorstellen. Wir haben uns diesen Namen übrigens nicht ausgedacht. Es ist die unter Elektrikern wirklich gebräuchliche Bezeichnung für diese Art von Kabel. KNETE, DRAHT UND KROKODILKLEMMEN-KABEL Im Paket befinden sich Knete, Draht und Krokodilklemmen-Kabel. Damit bauen wir Kontaktschalter, um die Elektronikexperimente zu steuern.
WARUM EIGENTLICH KNETE? Knete leitet Strom ähnlich gut wie deine Haut. Sie lässt sich leicht in jede beliebige Form bringen, und ein Knetekontakt fasst sich viel besser an als ein einfaches Stück Draht. Die Fläche, mit der deine Hand den Kontakt berührt, ist deutlich größer. So kommt es nicht so leicht zu einem „Wackelkontakt“. Natürlich kannst du auch andere leitfähige Dinge, wie zum Beispiel einen Löffel oder eine Münze, an ein Krokodilklemmen-Kabel klemmen und als Kontakt nutzen.
Raspberry Pi vorbereiten FÜR JEDEN KNETEKONTAKT BRAUCHST DU: 1 Stück Knete 1 U-förmig gebogenen Draht von etwa 4 bis 5 cm Länge für den Anschluss der Krokodilklemme an der Knete 1 U-förmig gebogenen Draht von etwa 2 bis 3 cm Länge für den Anschluss der Krokodilklemme am Steckbrett 1 Krokodilklemmen-Kabel zwei kürzere, nur etwa 2 cm lange Stücke vom Draht ab und biege daraus auch je ein „U“. Stecke diese dann in das Steckbrett.
Lagern von Lebensmitteln im Kühlschrank verwendet, eignen sich gut. Du kannst auch einfach den Plastikbeutel verwenden, in dem die elektronischen Bauteile in diesem Paket verpackt sind. Wenn die Knete doch einmal zu hart geworden ist, hilft dieser Trick: KNETE WIEDER WEICH MACHEN Nimm ein Stofftuch, das nicht fusselt (sonst hast du die Fusseln später an der Knete kleben), und mache es mit Wasser nass. Drücke es dann so weit aus, dass es sich nur noch leicht feucht anfühlt.
Elektronik steuern mit Knetekontakten 1 Jetzt geht es los! Nachdem der Raspberry Pi läuft, zeigt unser erstes Scratch-Programm, wie du den Raspberry Pi mit selbstgebauten Kontakten aus Knete steuern kannst. Probiere dieses Experiment in aller Ruhe aus, bevor du dich an die komplizierteren Versuche heranwagst. Denn hier erfährst du eine Menge Tricks, die du später noch brauchen wirst.
Windows PC eine extern angeschlossene LED zum Blinken zu bringen, geht es mit dem Raspberry Pi ganz einfach. Baue zunächst die abgebildete Schaltung auf einem Steckbrett auf. Die beiden LEDs werden mit it 220 2202 Ohm-Vorwiderständen an den GPIOPins 18 und 25 am Raspberry Pi angeschlossen. Das gleiche Prinzip werden wir beim Anschließen von LEDs immer anwenden. Die Schaltung auf dem Steckbrett 35 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 35 22.03.
Elektronik steuern mit Knetekontakten 1 WICHTIG Eine LED bietet dem Strom fast keinen Widerstand. Es könnte also beliebig viel Strom fließen – gerade so, als ob man die beiden Pole einer Batterie miteinander verbindet. Die Batterie wäre nach Sekunden kaputt. Das Gleiche gilt für die GPIO-Ports des Raspberry Pi, die „durchbrennen“, wenn man sie mit einem Draht oder einer LED verbindet. Zwischen einem GPIO-Pin und der Anode der LED muss immer ein 220-Ohm-Vorwiderstand eingebaut sein.
Die Schaltung mit angeschlossenen Knetekontakten KABELFARBEN Üblicherweise werden in der Elektrotechnik rote Kabel für die Verbindung mit dem Pluspol der Schaltung und schwarze oder blaue Kabel für die Verbindung mit der Masseleitung verwendet. Um leichter erklären zu können, welcher Knetekontakt gemeint ist, zeigen wir in der Abbildung rote und blaue Knete. 37 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 37 22.03.
Elektronik steuern mit Knetekontakten 1 HIGH ODER LOW? Ein GPIO-Pin, der vom Programm ein- oder ausgeschaltet werden kann, wird wie im ersten Experiment als Ausgang bezeichnet, da der Raspberry Pi hier ein Signal ausgibt, nämlich eine 0 für ausgeschaltet oder eine 1 für eingeschaltet. Umgekehrt kann ein GPIO-Pin auch als Eingang benutzt werden, der dem Programm eine 0 oder eine 1 schickt. Das hängt davon ab, welches Signal am Eingang anliegt.
ACHTUNG! Berühre nie eine Steckdose oder ein nicht isoliertes Kabel, das ans 230-V-Stromnetz angeschlossen ist! Auch diesen Strom würdest du, weil du über deine Füße immer mit der Masseleitung Erde verbunden bist, direkt dorthin leiten – und das ist lebensgefährlich! Das wäre in etwa so, als würde ein Blitz in deinen Körper einschlagen. Ein Gewitter ist nichts anderes als ein Kurzschluss zwischen positiv geladenen Wolken und der Erde, der durch die feuchte Luft herbeigeführt wird.
Elektronik steuern mit Knetekontakten 1 DER TRICK MIT DEN KNETEKONTAKTEN Das Prinzip der Knetekontakte ist einfach: Der verwendete GPIO-Pin ist Schaltbild für einen Knetekontakt über einen extrem hohen Widerstand (20 MOhm) mit +3,3 V verbunden, sodass ein schwaches, aber eindeutig als High definiertes Signal am GPIO-Pin anliegt. Wenn du mit einer Hand den blauen Knetekontakt an der Masseleitung anfasst, ist dein Körper „geerdet“, also mit der Masse verbunden.
ES GEHT LOS! Klicke in Scratch oben links i ks auf uf da das gelbe Symbol Steuerung. Nun werden in der Blockpalette links die Blöcke zur Steuerung angezeigt. Ziehe die Blöcke, die du brauchst, einfach aus der Blockpalette links in das Skriptfenster in der Mitte von Scratch. Dieses Scratch-Programm sorgt dafür, dass die LEDs bei Berührung des Knetekontaks die Farbe wechseln. Die Beschriftungen in Rot geben an, wie die verschiedenen Bereiche des Scratch-Fensters genannt werden.
Elektronik steuern mit Knetekontakten 1 GPIO-FUNKTIONEN STARTEN Um die GPIO-Unterstützung in Scratch nutzen zu können, musst du sie über den Menüpunkt Bearbeiten/ Start GPIO serverr starten. Denke bei jedem neuen Scratch-Programm daran, diesen Schritt zu überprüfen. Wenn die GPIO-Funktionen bereits aktiv sind, ändert sich dieser Menüpunkt automatisch in Stop GPIO server. Mit diesen Symbolen wird ein Programm gestartet und wieder angehalten.
angeschlossen hast, starte das Programm und klicke auf das grüne Fähnchen. Du kannst das Programm auf dem Bildschirm selbst zusammenbauen oder das Programm kontaktt von der DVD verwenden. Die rote LED leuchtet. Nimm den blauen Knetekontakt an der Masseleitung in die eine Hand und gleichzeitig den roten Knetekontakt in die andere. Jetzt leuchtet die grüne LED. Wenn du loslässt, leuchtet wieder die rote LED.
Elektronik steuern mit Knetekontakten 1 Wenn ihr euch gegensseitig an die Hand nehmt, le euchtet die grüne LED. Der Stromkreis ist über eure Hände geschlossen. 44 Der kleine Hacker Hack 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 44 22.03.
ES GEHT AUCH OHNE MASSEKONTAKT Nimm jetzt nur den roten Knetekontakt in die Hand, ohne über den blauen Knetekontakt mit der Masseleitung verbunden zu sein. Bewege dich etwas, steh auf, setz dich hin oder berühre mit der anderen Hand ein Möbelstück. Die grüne LED wird immer wieder mal mehr, mal weniger lang leuchten. Das bedeutet, dass der GPIO-Pin mit Masse verbunden ist, aber wie? Ein Mensch ist über seine Füße fast immer mit der Masse der Erde verbunden.
Elektronik steuern mit Knetekontakten 1 WENN DIE LEDS BLINKEN In manchen Fällen kann es passieren, dass die LEDs abwechselnd blinken, auch wenn du gar keinen der Knetekontakte berührst. Dies kann verschiedene Ursachen haben, zum Beispiel, dass die Tischplatte oder eine sonstige Unterlage, auf der die Knetekontakte liegen, leitfähig ist und so den Stromkreis schließt.
Selbst geringe statische Elektrizitätsfelder, wie sie zum Beispiel durch kunststoffbeschichtete Tischplatten oder auch Teppichböden entstehen, können schon zum Blinken führen. Die Verbindung des GPIOPins über den 20-MOhm-Widerstand mit dem Pluspol der Schaltung ist zu schwach, um diese Störfelder auszugleichen. Hier hilft ein Trick: Baue einfach wie in der Abbildung einen zweiten 20-MOhm-Widerstand parallel zum vorhandenen Widerstand ein. Das löst solche Probleme meistens.
Elektronik steuern mit Knetekontakten 1 Der dritte Knetekontakt am Pluspol elektromagnetische Unregelmäßigkeiten verursachen, die sich bei den geringen Strömen, mit denen unsere Knetekontakte arbeiten, schon bemerkbar machen können. Aber auch in diesen Fällen kannst du mit einem Trick nachhelfen. Baue dazu einen dritten Knetekontakt aus Knete und Draht und schließe ihn, wie in der Abbildung gezeigt, an eine neue Drahtbrücke an der +3,3-V-Kontaktleiste an.
SO FUNKTIONIERT DAS PROGRAMM Das Programm startet wie die meisten Scratch-Programme mit dem Block Wenn grünes Fähnchen angeklickt, der in Scratch auf der Blockpalette Steuerung zu finden ist. Der Block ist oben rund, passt also unter keinen anderen Block. Er muss immer als Erstes gesetzt werden. ben. Ein Klick auf Neu/edit... öffne öffnet ein Eingabefeld für neuen Text. Schreibe in dieses Feld config18out config25outt und bestätige die Eingabe mit OK.
Elektronik steuern mit Knetekontakten 1 Anschließend wird der GPIO-Pin 5 als Eingang initialisiert. Damit die Sensorkontakte funktionieren, müssen zuerst die internen Pull-up-Widerstände an den GPIO-Pins ausgeschaltet werden, die Scratch auf dem Raspberry Pi standardmäßig immer einschaltet. Das erledigt der Zusatz pullnone am GPIO-Befehl config5in.
Für die Abfrage selbst ist im falls-Block ein längliches Feld mit spitzen Enden vorgesehen. Hier muss ein Block aus der grünen Blockpalette Operatoren eingefügt werden. Ziehe den Block mit dem Gleichheitszeichen auf das Platzhalterfeld im Block falls. Sensoren werden alle GPIO-Pins PIO-Pins O Pins zzur Auswahl angeboten, die als Eingang definiert sind. Deshalb musste das Programm einmal kurz gestartet werden.
Elektronik steuern mit Knetekontakten 1 Ziehe den blauen Block Wert von Sensor... in das linke Feld des grünen Blocks und diesen in das Feld im Titel des falls...sonst-Blocks. 52 Wenn diese Abfrage wahr ist, am GPIO-Pin 5 also ein Low-Signal (0) anliegt, berührt jemand den roten Knetekontakt. Jetzt soll die grüne LED am GPIO-Pin 25 leuchten und die rote LED am GPIO-Pin 18 ausgehen. Der kleine Hacker Hack 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 52 22.03.
Du kannst diese beiden Zeilen einfach duplizieren und in den unteren Teil der Abfrage unter sonstt einfügen. Klicke zum Duplizieren mit der rechten Maustaste auf den ersten Block, der dupliziert werden soll. Wähle dann im Menü Duplizieren. Der darunter hängende sende...an alleBlock wird automatisch mit dupliziert. gpio18on und d gpio25off, denn in diesem zweiten Fall (sonst) soll die rote LED am GPIOPin 18 leuchten und die grüne LED am GPIO-Pin 25 ausgehen.
Elektronik steuern mit Knetekontakten 1 seleitung, der Knetekontakt wird also nicht berührt. Nach der Abfrage wartet das Programm eine Zehntelsekunde lang. Solche sogenannten „Timeouts“ oder auf Deutsch einfach „Auszeiten“ baut man immer dann ein, wenn Programme direkt mit Hardware kommunizieren. Vereinfacht ausgedrückt, verhindern sie, dass sich ein Programm „überschlägt“ und irgendein Hardwareereignis nicht mehr mitbekommt. 54 Der kleine Hacker Hack 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.
PROGRAMM SPEICHERN Vergiss nicht, das fertige Programm mithilfe des Menüpunkts Datei/Speichern als zu speichern, um es später wiederverwenden zu können. 55 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 55 22.03.
2 Fußgängerampel Eine einzelne LED ein- und wieder auszuschalten mag im ersten Moment ganz spannend sein, aber dafür braucht man eigentlich keinen Computer. Eine Ampel mit ihrem typischen Lichtwechsel von Grün über Gelb nach Rot und dann über eine Lichtkombination Rot-Gelb wieder zu Grün ist schon viel spannender. Das nächste Experiment stellt eine einfache Ampelschaltung dar, mit einer Ampel für Autos und einer für Fußgänger: Während der Rotphase der Verkehrsampel soll die Fußgängerampel Grün anzeigen.
einem Steckbrett mit fünf LEDs, einem Knetekontakt für den Drucktaster sowie bei Bedarf noch einem Massekontakt. Nachdem du die Schaltung ng aufgeb aufgebaut ufgeb und die Knetekontakte angeschlossen hast, starte das Programm ampel. Baue die abgebildete Schaltung auf einem Steckbrett auf und schließe die Knetekontakte an. Um mehr Platz für das Programm zu haben, kannst du mit den Symbolen oben rechts im Scratch-Fenster 57 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 57 22.03.
2 Fußgängerampel den Skriptbereich verbreitern und die Bühne mit der Katze, die wir im Moment nicht brauchen, verkleinern. Mit dem letzten Lichtmuster – Fußgängerampel rot, Verkehrsampel grün – erreicht die Ampel wieder den Klicke auf das grüne Fähnchen, um das Programm zu starten. Die Verkehrsampel leuchtet grün, die Fußgängerampel rot, genauso, wie es echte Ampeln stundenlang tun, solange kein Fußgänger kommt und auf den Knopf drückt. Standardzustand.
SO FUNKTIONIERT DAS PROGRAMM Wenn du auf das grüne Fähnchen klickst, werden als Erstes die fünf als Ausgänge verwendeten GPiO-Pins initialisiert. Hier verwenden wir wieder einen einzigen sende ... an alle-Block für alle GPiOPins. Danach wird noch der GPIO-Pin 5 als Eingang definiert. Nach einer kurzen Wartezeit ezeit it wird w die Grundstellung der Ampel eingeschaltet, d. h. Grün für die Autos und Rot für die Fußgänger. Die anderen drei LEDs werden ausgeschaltet.
2 Fußgängerampel Jetzt beginnt wie im letzten Programm eine wiederhole fortlaufend-Schleife, die den Knetekontakt am GPIO-Pin 5 abfragt. Wenn dieser den Wert Low w liefert, werden nacheinander die unterschiedlichen Lichtmuster der Ampel geschaltet. Danach wartet die Ampel 0,6 Sekunden bis zum nächsten Lichtmuster. Während die Fußgängerampel grün leuchtet, wird 2 Sekunden gewartet. 60 Der kleine Hacker 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 60 22.03.
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RGB-LED mit Knetekontakten steuern 3 Die drei Farben einer RGBLED lassen sich einzeln oder gemeinsam ansteuern. So können, wie bereits zu Beginn dieses Buchs beschrieben, verschiedene Farben erzeugt werden. In diesem Experiment werden wir mit drei Knetekontakten eine RGBLED steuern. Baue die abgebildete Schaltung auf einem Steckbrett auf. Achte darauf, dass die RGB-LED richtig herum eingebaut ist. Die flache Seite ist oben.
Die Schaltung mit angeschlossenen Knetekontakten auf, dass der blanke Draht keines der anderen Bauteile berührt, sonst kommt es zu einem Kurzschluss. Für dieses Experiment brauchst du vier Knetekontakte. Wenn du über den Fußboden gut geerdet bist, reichen auch drei. In der Abbildung sind die Knetekontakte in den Farben dargestellt, die die entsprechenden Farben der RGB-LED steuern. Der Kne- tekontakt für die Masseleitung ist hier gelb, was in der RGB-LED nicht vorkommt.
RGB-LED mit Knetekontakten steuern 3 Halte mit einer Hand den Knetekontakt an der Masseleitung und berühre dann mit der anderen Hand nacheinander je einmal den roten, den grünen und den blauen Knete- 64 kontakt. Die RGB-LED leuchtet in der entsprechenden Farbe. Wenn du mehrere Kontakte gleichzeitig berührst, erzeugst du Mischfarben. Der kleine Hacker 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 64 22.03.
SO FUNKTIONIERT DAS PROGRAMM Wie in jedem Scratch-Programm, das Hardware ansteuert, werden zuerst die GPIOPins eingerichtet. Wir brauchen dieses Mal drei Ausgänge für die drei Farben der RGB-LED und drei Eingänge für die Knetekontakte. Berührst du einen Knetekontakt, etekontak kontak bekommt der entsprechende Sensor den Wert 0, und der GPIO-Pin der zugehörigen Farbe für die RGB-LED wird eingeschaltet. Berührst du den Knetekontakt nicht, wird der GPIOPin ausgeschaltet.
4 LED-Würfel Die typischen Spielwürfel mit einem bis sechs Augen kennt jeder, und vermutlich hat jeder welche zu Hause. Wesentlich cooler ist ein elektronisch gesteuerter Würfel, der mit einer Steuerung über einen Knetekontakt die Augen leuchten lässt – aber nicht einfach eine bis sechs LEDs in einer Reihe, sondern in der Anordnung eines Spielwürfels. 66 Spielwürfel haben Augen in der typischen quadratischen Anordnung.
Die Würfelaugensymbole mit LED-Gruppen dargestellt 67 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 67 22.03.
4 LED-Würfel Baue die Schaltung aus sieben LEDs, Vorwiderständen und einem Knetekontakt auf. Die Schaltung sieht auf den ersten Blick deutlich komplizierter aus als die vorherigen. Immerhin werden 15 elektronische Bauteile und zusätzlich diverse Drähte auf dem Steckbrett aufgebaut.
nach oben hoch. Das bedeutet in diesem Fall Folgendes: blank sein, weil hier die Krokodilkodil klemmen angeklemmt werden. Stecke zuerst die Widerstände und die kurzen Drahtbrücken. Achte dabei darauf, dass die blanken Drahtbrücken keine Bauteile berühren. Wenn du in deiner Bastelkiste isolierten Schaltdraht hast, kannst du natürlich auch diesen für die farbig dargestellten Drahtbrücken verwenden. Nur die grauen Drähte müssen Stecke erst danach die LEDs.
4 LED-Würfel Diese Abbildung zeigt zur Übersicht die LEDs ohne die Vorwiderstände, die jetzt schon auf dem Steckbrett aufgebaut sind. Nachdem du die Schaltung aufgebaut und die Knetekontakte angeschlossen hast, starte das Programm led-wuerfel. kontakte, um zu würfeln. Wenn du wieder loslässt, wird die gewürfelte Zahl so lange angezeigt, bis du die Knetekontakte erneut berührst. Alle LEDs sind zunächst ausgeschaltet.
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4 LED-Würfel SO FUNKTIONIERT DAS PROGRAMM Wenn du auf das grüne Fähnchen klickst, werden als Erstes die fünf verwendeten GPIO-Pins initialisiert. Wir verwenden die Pins 18, 23, 24 und 25 als Ausgänge für die LEDs und den Pin 21 als Eingang für den Knetekontakt. Wenn dieser GPIO-Pin den Wert 0 hat, werden die Anweisungen innerhalb des falls-Blocks ausgeführt. Als Erstes schalten wir die vier LEDs aus.
Variablen w gespeichert. Variablen sind kleine Speicherplätze, in denen man sich, während ein Programm läuft, eine Zahl oder irgendetwas anders merken kann. Wenn das Programm beendet wird, werden diese Variablenspeicher automatisch wieder geleert. gewürfelte Zahl und kannst nst leicht kontrollieren, ob die LEDs funktionieren. Dieses Zahlenfeld ist allerdings sehr klein. Klicke mit der rechten Maustaste darauf und wähle aus dem Menü Großanzeige aus. Dann ist die Zahl besser zu erkennen.
4 LED-Würfel Ziehe den setze...auf-Block in das Skriptfenster. Solange nur eine Variable definiert ist, ist sie im Block automatisch ausgewählt. Wenn du später in einem Programm mehrere Variablen verwendest, musst du im Listenfeld die richtige auswählen. Ziehe dann aus der grünen Blockpalette der Operatoren den Block Zufallszahl von...bis... auf das Zahlenfeld im orangefarbenen setze... auf-Block. Trage in die beiden Zahlenfelder eine 1 und eine 6 ein, da die Zufallszahl in diesem Bereich liegen soll.
Nachdem die Zahl gewürfelt wurde, folgen sechs falls-Blöcke für jeden möglichen Würfelwert. Mit einem Rechtsklick auff den d fallsBlock kannst du diesen duplizieren. Nun brauchst du nur noch die Wenn eine bestimmte Zahl gewürfelt wurde, schaltet jeder dieser Blöcke die entsprechende Kombination von LEDs ein. Würfelergebnisse und die passenden LEDs zu ändern. Ziehe den grünen =-Block in das Abfragefeld des falls-Blocks.
4 LED-Würfel Danach startet die Endlosschleife einen neuen Durchlauf. Je nach ermitteltem Sensorwert wird die Würfelaktion gestartet oder nicht. Solange der Knetekontakt nicht berührt wird, hat der Sensor den Wert 1, und die Endlosschleife zeigt weiterhin das zuletzt gewürfelte Ergebnis an. 76 Der kleine Hacker 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 76 22.03.
WIE ENTSTEHEN EIGENTLICH ZUFALLSZAHLEN? Man könnte annehmen, in einem Programm passiere nichts zufällig, und alles sei geplant. Wie aber 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. Sie ändern sich auch dann ohne jede Regelmäßigkeit, wenn man den Divisor regelmäßig erhöht.
Ein Scratch-Spiel mit einem Gamepad aus Knete steuern 5 Natürlich kann man mit Scratch nicht nur LEDs programmieren. Ursprünglich war die Programmiersprache dazu gedacht, einfache Bildschirm-Spiele zu programmieren. Ein solches Spiel auf dem Bildschirm einfach mit Knetekontakten steuern – mit unserem nächsten Projekt wird das möglich.
sem Spiel versuchst du, einen Ball, der im Raum umherfliegt, mit einem Paddle (einer Art Schläger) zurückzuschlagen. Wenn der Ball die farbige Linie am unteren Rand berührt, bekommst du einen Minuspunkt, und der Ball startet in der Spielfeldmitte wieder neu. Mit zwei Knetekontakten kannst du das Paddle nach links und rechts bewegen. Baue die abgebildete Schaltung auf einem Steckbrett auf. Achte darauf, dass die LEDs richtig herum eingebaut sind. Die flachen Seiten sind rechts.
Ein Scratch-Spiel mit einem Gamepad aus Knete steuern 5 nicht wichtig, zeigt dir aber in der Hektik des Spiels, ob die Knetekontakte wirklich funktionieren. Außerdem sieht es natürlich cooler aus. Forme drei Knetekontakte für die beiden Richtungen nach links und rechts sowie für den Massekontakt. Nachdem du die Schaltung aufgebaut und die Knetekontakte angeschlossen hast, starte das Programm pong.
sehen findest du nämlich keine Blöcke, die die Knetekontakte abfragen. Hier sind nur die Programmblöcke für den Ball zu sehen. In einem Scratch-Programm kann jedes Objekt eigene Programmblöcke haben. Wenn du einmal rechts unten in der Objektliste auf das Paddle klickst, erscheint ein weiterer Programmteil, der dieses Objekt steuert.
Ein Scratch-Spiel mit einem Gamepad aus Knete steuern 5 cher angeschlossen werden, da das Audiosignal nicht über das DVI-Kabel übertragen wird. Klicke mit der rechten Maustaste rechts oben auf das Lautsprechersymbol, um den gewünschten Audioausgang auszuwählen. DER HINTERGRUND Klicke in Scratch oben auf das Menü Dateii und wähle dort Neu aus, um mit einem ganz neuen Programm anzufangen. 1 Unten rechts findest du die Liste aller Objekte im Programm.
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Ein Scratch-Spiel mit einem Gamepad aus Knete steuern 5 tauscht werden. Das brauchen wir hier nicht. Klicke einfach unter Hintergrund1 auf Bearbeiten, um den vorhandenen weißen Hintergrund zu verändern. Scratch beinhaltet ein einfaches Malprogramm, mit dem du den Hintergrund sowie andere Objekte malen kannst. Wähle das 5 84 Rechteck-Werkzeug aus, und zwar die gefüllte Variante. Wähle dann eine auffällige Farbe aus, z. B. Rot, und male damit am unteren Rand über die gesamte Breite ein schmales Rechteck.
erscheint auf dem Hintergrund der Bühne. DER BALL Als Nächstes brauchen wir den Ball. Natürlich könntest du auch die Scratch-Katze durch den Raum werfen, aber ein Ball sieht echter aus. Lösche also als Erstes die Scratch-Katze, indem du mit der rechten Maustaste auf das Objekt in der Objektliste klickst und dann im Menü Löschen auswählst. Klicke auf den Button Neues Objekt aus Datei laden, das ist der mittlere der drei Buttons bei Neues Objekt.
Ein Scratch-Spiel mit einem Gamepad aus Knete steuern 5 86 Der kleine Hacker 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 86 22.03.
Als Nächstes erhält der Ball die Programmblöcke, nach denen er sich bewegen soll. Schalte dazu auf die gelbe Blockpalette Steuerung und baue die Blöcke zur Initialisierung der fünf verwendeten GPIOPins zusammen, wie schon aus früheren Programmen bekannt. 5 Beim Start des Programms soll der Ball immer in der Mitte liegen. Die Blöcke auf der blauen Blockpalette Bewegung steuern die Bewegung von Scratch-Objekten. Wähle hier den Block gehe zu x:...y:... und trage in beide Zahlenfelder eine 0 ein.
Ein Scratch-Spiel mit einem Gamepad aus Knete steuern 5 systems auf der Scratch-Bühne. Die positive x-Achse läuft nach rechts, die negative nach links. Die positive y-Achse läuft nach oben, die negative nach unten. Außerdem sollen beim Programmstart die Fehler aus dem letzten Spiel auf 0 zurückgesetzt werden. Zum Zählen der Fehler brauchen wir eine Variable. Lege dazu auf der Blockpalette Variablen eine neue Variable mit dem Namen Fehlerr an und füge einen Block setze Fehler auf 0 an das Programm an.
Probiere es aus und starte das Programm mit dem grünen Fähnchen. Der Ball fliegt gleichmäßig durch den Raum und prallt an allen vier Rändern ab. Die rote Kante unten unterscheidet sich nicht von den anderen Rändern. 12 13 Stoppe den Ball, um an dem Programm weiterzuarbeiten. DAS PADDLE Als Nächstes zeichnen wir das Paddle, mit dem du den Ball zurückspielst. Klicke dazu in der Objektpalette unten auf den Button Neues Objekt malen.
Ein Scratch-Spiel mit einem Gamepad aus Knete steuern 5 Hier wird das gleiche Malprogramm wie für den Hintergrund verwendet. Wähle das Werkzeug Linie und eine mittlere Pinselstärke aus. Zeichne dann eine kurze waagerechte Linie, wie in der Abbildung unten zu sehen. 2 3 90 Nach einem Klick auf OK erscheint das neue Objekt in der Mitte der Bühne. Schiebe es an den unteren Rand, kurz über den roten Balken. In der Objektpalette unten taucht es als Objekt2 2 auf. Gib den Objekten sinnvolle Namen.
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Ein Scratch-Spiel mit einem Gamepad aus Knete steuern 5 Das Paddle wird über die Knetekontakte gesteuert und braucht dazu ein Programm. Wenn du das Paddle in der Objektpalette auswählst, ist das Programmfenster noch leer. Baue ein kleines Programm, das automatisch startet, wenn du auf das grüne Fähnchen klickst. Dieses Programm setzt als erstes das Paddle auf die Position: 0,-160. Dadurch steht das Paddle zu Beginn genau in der Mitte zwischen dem linken und dem rechten Rand der Bühne.
Die Werte für die GPIO-Pins des zweiten Knetekontakts sowie der zweiten grünen LED kannst du direkt in den duplizierten Blöcken ändern. Wenn du diesen Knetekontakt berührst, wird das Paddle nach rechts bewegt. Im Block ändere x um... muss jetzt also 20 0 stehen, und die Abfrage danach muss prüfen, ob die y-Position größer als 240 ist. Klicke dazu mit der rechten Maustaste auf den grünen <-Operator. Schalte dann im Kontextmenü auf > um.
Ein Scratch-Spiel mit einem Gamepad aus Knete steuern 5 Starte jetzt das Programm mit einem Klick auf das grüne Fähnchen. Du kannst das Paddle mit den Knetekontakten steuern. Der Ball fliegt aber davon völlig unbeirrt weiterhin durch den Raum. 14 DIE SPIELREGELN Nachdem die Spielmechanik funktioniert, braucht das Spiel noch seine Regeln.
Spieler das Paddle einfach an einer bestimmten Stelle stehen lassen. Schlägt der Ball gegen den lilafarbenen Balken am rechten Rand (weil der Spieler ihn mit dem Paddle verfehlt hat), gibt es einen Minuspunkt, und der Ball startet in der Mitte des Spielfelds neu. Diese beiden Regeln werden in zwei zusätzlichen Programmblöcken für den Ball definiert, die beide automatisch mit dem Spiel starten. Wähle auf der Objektpalette rechts unten den Ball aus. Die neuen Programmblöcke betreffen dieses Objekt.
Ein Scratch-Spiel mit einem Gamepad aus Knete steuern 5 damit er das Paddle auf keinen Fall mehr berührt. Dann wird ein kurzer Ton abgespielt. Ziehe dazu einen Block spiele Schlagzeug ... für ... Schläge von der Blockpalette Klang in das Programm. Wähle das Instrument 35 Große Trommel (akustisch) und eine Länge von 0.2 2 Schlägen. 5 Zusammen ergibt das die abgebildete Gruppe von Programmblöcken, die von Anfang an mit gestartet wird und nur darauf wartet, dass der Ball das Paddle berührt.
damit der Ball nicht exakt vom Rand abprallt, aber trotzdem ungefähr nach oben fliegt. Berührt der Ball den roten Balken, leuchten beide roten LEDs am GPIO-Pin 18 auf, und der Spieler bekommt einen Fehlerpunkt. Die Variable Fehlerr wird um 1 erhöht. Diese Variable wird auf der Bühne angezeigt, d. h., du kannst dort im Spiel jederzeit deine Punkte sehen. 9 Dann wird ein dumpfer Fehlerton abgespielt. Ziehe dazu einen Block spiele Note ... für ... Schläge von der Blockpalette Klang in das Programm.
Ein Scratch-Spiel mit einem Gamepad aus Knete steuern 5 Das fertige Programm für das Pong-Spiel 98 Der kleine Hacker 10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 98 22.03.
