Arduino im Technikunterricht - Baireuther _Technikunterricht.pdf · Arduino im Technikunterricht Stefan Baireuther 2019 1 Arduino Der Arduino ist ein quelloffener Microprozessor

Arduino im Technikunterricht Stefan Baireuther 2019

Arduino im TechnikunterrichtStefan Baireuther

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Inhaltsverzeichnis1 Arduino............................................................................................................................................ 2

1.1 Installation.............................................................................................................................. 22 Scratch............................................................................................................................................. 33 Snap.................................................................................................................................................. 34 ArduBlock........................................................................................................................................ 4

4.1 Installation.............................................................................................................................. 44.2 Arbeiten mit ArduBlock........................................................................................................ 4

5 Snap4Arduino................................................................................................................................. 55.1 Installation.............................................................................................................................. 5

6 Beispiele.......................................................................................................................................... 66.1 LED............................................................................................................................................ 66.2 LDR........................................................................................................................................... 76.3 LED mit LDR dimmen............................................................................................................ 86.4 Taster....................................................................................................................................... 96.5 Taster als Impulsgeber........................................................................................................ 106.6 Ultraschallsensor................................................................................................................. 116.7 Variablen............................................................................................................................... 126.8 Relais...................................................................................................................................... 136.9 Servo-Motor.......................................................................................................................... 146.10 Schrittmotor....................................................................................................................... 156.11 Motor................................................................................................................................... 166.12 Zufallszahl........................................................................................................................... 176.13 Töne..................................................................................................................................... 18

7 Links............................................................................................................................................... 197.1 Links zu Scratch.................................................................................................................... 197.2 Links zu Snap........................................................................................................................ 197.3 Links zum Arduino............................................................................................................... 197.4 Links zu ArduBlock.............................................................................................................. 207.5 Links zu Snap4Arduino........................................................................................................ 207.6 Elektronik-Links.................................................................................................................... 20

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1 ArduinoDer Arduino ist ein quelloffener Microprozessor.

• Die analogen Eingänge A0-A5 messen Spannungen von 0-5 V. Die ermittelten

Werte sind zwischen 0 und 1023.

• Die digitalen Pins 0-13 interpretieren eine angelegte Spannung unter 2,5 V als

LOW und höher als 2,5 V als HIGH.

• Die digitalen Pins 0-13 können eine Spannung von 5 V ausgeben.

• Am Pin 13 kann eine LED ohne Vorwiderstand betrieben werden, da der Strom auf

20 mA begrenzt ist. Zusätzlich ist hier auf dem Board eine kleine LED verbaut, die

über den Pin 13 angesteuert werden kann.

• Pins mit Tilde-Zeichen (~) können durch PWM (Pulsweiten-Modulation) Werte

zwischen 0 und 255 ausgeben und so Werte zwischen 0 V und 5 V annehmen.

• Die Pins 0 (RX) und 1 (TX) können nur dann verwendet werden, wenn kein Serial-

Monitor verwendet wird.

1.1 Installation

1. Arduino-Software herunterladen: https://www.arduino.cc

2. Arduino installieren, starten und wieder beenden.

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Digitale Ports 0-13 Ports mit ~ können PWMReset

USB-SchnittstelleDatenleitung und Stromversorgung

Stromversorgung 7 - 12 V, wenn ohne PC-Anschluss

Stromversorgung3,3 V / 5 VGND = Masse

Analoge Eingänge 0-5Spannungsmessung 0-5 V


2 Scratch

Scratch ist eine einfache Programmiersprache zur Einführung in die Programmierung. Sie

wurde für Kinder entwickelt und orientiert sich an der Turtle-Grafik von Logo.

Scratch kann einfach online im Browser gestartet werden: https://scratch.mit.edu

3 Snap

Snap ist eine Weiterentwicklung von Scratch, die mehr Funktionen hat.

Der Snap-Editor ist online erreichbar unter: https://snap.berkeley.edu

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4 ArduBlockArduBlock bietet eine grafische Programmieroberfläche für die Programmierung eines

Arduino, die stark an Scratch angelehnt ist. Im Gegensatz zu Snap4Arduino erzeugt diese

einen einsehbaren Arduino-Code, übergibt diesen an die Arduino-Software und lädt ihn

dann auf den Arduino hoch.

4.1 Installation

1. Download einer ArduBlock-Version:

◦ letsgoING: https://github.com/letsgoING/ArduBlock2

- gut sortiert, übersichtlich (Auf Clone or Download, dann Download zip klicken.

◦ Ardublock: https://sourceforge.net/projects/ardublock/files - das Original

(momentan veraltet und daher nur auf Arduino-Software 1.6x lauffähig)

◦ arduino-basics: http://arduino-basics.com/ardublock/ardublock-

herunterladen - aktuelles Ardublock mit Basic- und Expertenmodus

◦ taweili: https://github.com/taweili/ardublock/releases

- sehr stark erweitertes Ardublock

◦ DuinoEDU: http://duinoedu.com/dl/logiciels/ardublock/ardublock_augmente

- erweitertes Ardublock

2. Im Ordner Arduino (der automatisch beim ersten Start von Arduino erstellt wird)

folgende Ordnerstruktur erstellen: /tools/ArduBlockTool/tool/.

So entsteht folgender Pfad: /Arduino/tools/ArduBlockTool/tool/

3. In den Ordner tool die heruntergeladene Ardublock*.jar-Datei kopieren.

4. Arduino starten. Unter „Werkzeuge“ findet sich nun der Eintrag „ArduBlock“ über

den die grafische Entwicklungsumgebung für Arduino gestartet werden kann.

4.2 Arbeiten mit ArduBlock

Alle Elemente werden einfach aus den Vorgaben auf der linken Seite herausgezogen und

zusammengesetzt. Nicht benötigte Bauteile werden in das linke Fenster gezogen. Mit

einem Rechtsklick auf bestehende Elemente können diese kopiert werden.

Nachdem ein Programm erstellt ist, sollte dieses zuerst gespeichert werden. Dann wird

es mit einem Klick auf „Hochladen auf Arduino“ auf dem Arduino kopiert.

Mit einem Klick auf “Seriellmonitor” öffnet sich ein Fenster, in dem die Werte des

Befehls “serial println” angezeigt werden..

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5 Snap4ArduinoSnap4Arduino bietet wie Scratch4Arduino (http://s4a.cat) die Möglichkeit in der

gewohnten Oberfläche von Scratch (https://scratch.mit.edu) bzw. Snap

(https://snap.berkeley.edu/index) den Arduino anzusteuern. Die

Programmiermöglichkeiten bezüglich des Arduinos sind dabei sehr stark eingeschränkt.

Dafür lassen sich über den Arduino Snap-Programme steuern. Um Snap4Arduino

anzuwenden muss auf dem Arduino eine geeignete Firmware installiert werden.

5.1 Installation

1. Download: http://snap4arduino.rocks/#download von Snap4Arduino.

2. Snap4Arduino installieren.

3. Arduino-Software starten.

4. Datei/Beispiele/Firmata/StandardFirmata öffnen und auf den Arduino hochladen.

5. Snap4Arduino starten und unter Arduino den Arduino am passenden Port (steht in

der Arduino-Software ganz unten) verbinden.

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6 BeispieleAlle Beispiele wurden mit der Ardublock-Datei von letsgoING erstellt. Die Zeichnungen

der Schaltungen wurden mit fritzing ( http://fritzing.org/download/0.9.3b ) realisiert.

6.1 LED

Die LED an „Digital 1“ blinkt im Sekundentakt

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6.2 LDR

Der Wert des lichtempfindlichen Widerstands wird im Serial Monitor angezeigt.

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6.3 LED mit LDR dimmen

Der Wert des LDR wird in der Variable “Helligkeit” gespeichert, umgerechnet und dann

an die LED gesendet. Der Wert “970” hängt vom Widerstand ab und muss mittels der

Werte im Serialmonitor angepasst werden.

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6.4 Taster

Der Wert eines Tasters wird ausgelesen und damit eine LED geschaltet. Ist der Taster

gedrückt, leuchtet die LED.

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6.5 Taster als Impulsgeber

Ein Druck auf den Taster lässt die LED leuchten, ein weiterer Druck schaltet die LED

wieder aus.

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6.6 Ultraschallsensor

Die Werte des Ultraschallsensors (Abstand in cm) werden im Serial Monitor angezeigt.

• ArduBlock-Script

• Sketch

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./Arduino_im%20_Technikunterricht.odt/arduino/ultraschallsensor.fzz

./Arduino_im%20_Technikunterricht.odt/arduino/ultraschallsensor.abp


6.7 Variablen

Eine LED wird gedimmt. Dazu zählt die Variable “Helligkeit” von 1 bis 30 und zurück.

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6.8 Relais

Das Relais schaltet den, von einem eigenen Stromkreis betriebenen, Motor im

Sekundentakt aus und an.

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6.9 Servo-Motor

Ein Servo-Motor kann feste Werte (in Grad) einnehmen.

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6.10 Schrittmotor

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6.11 Motor

Ein Gleichstrommotor benötigt eine externe

Stromversorgung. Die Ansteuerung erfolgt über eine H-

Brücke (L293D). Diese hält einen kurzzeitigen Strom von 1,2 A

und einen dauerhaften Storm von 600 mA pro Kanal aus. Die

integrierten Dioden fangen die Induktionsströme ab, die beim

Nachdrehen des Motors entstehen.

Das Programm lässt den Motor 5 Sekunden in der einen Richtung, dann 5 Sekunden in

der anderen Richtung drehen. Über die Werte High/LOW wird die Richtung definiert.

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6.12 Zufallszahl

Das Programm erzeugt Zufallszahlen zwischen 1 und 6. Diese werden über den Serial

Monitor ausgegeben.

Zufallszahl ArduBlock

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6.13 Töne

Das Programm spielt einen A-Dur Akkord.

Frequenzen der einzelnen Töne:

https://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzen_der_gleichstufigen_Stimmung

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7 Links

7.1 Links zu Scratch

• Scratch: https://scratch.mit.edu

• Scratch-Kurs: https://www.zebis.ch/unterrichtsmaterial/scratch-30-

kennenlernen

• Scratch-Schule: https://www.schabi.ch/seite/scratch

• Scratch-Projektideen: http://ilearnit.ch/de/sb.html

7.2 Links zu Snap

• Snap: https://snap.berkeley.edu

• Snap-Materialien:

http://schuelerlabor.informatik.rwth-aachen.de/modulmaterialien/snap

• Snap-Manual: https://snap.berkeley.edu/SnapManual.pdf

7.3 Links zum Arduino

• Arduino-Forum: https://www.arduinoforum.de/

• Arduino Cheat Sheet: http://www.ecotronics.ch/ecotron/arduinocheatsheet.htm

• Arduino Programmierhandbuch:

http://www.netzmafia.de/skripten/hardware/Arduino/Arduino_Programmierhandb

uch.pdf

• Arduino - eine Einführung: http://popovic.info/html/arduino/arduinoUno_1.html

• Arduino Projekte: https://www.kreativekiste.de/ardublock-arduino-grafisch-

programmieren

• Arduino Tutorial: http://www.lessner.at/mikrocomputer/arduino/tutorial.htm

• Arduino-Kurs: https://scotty.qg-moessingen.de/itg/doku.php?

id=nwt:arduino:arduinokurs

• MINT-Unterricht mit Arduino: http://mint-unt.de/downloads-1.html

• Informatik Enlightened:

https://schuelerlabor.informatik.rwth-aachen.de/index.php/modulmaterialien

/informatik-enlightened

• StartHardware: https://starthardware.org/

• Motorsteuerung: https://starthardware.org/motorsteuerung-mit-einem-h-

bridge-ic/

• Editor im Browser: https://create.arduino.cc/

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7.4 Links zu ArduBlock

• Arduino grafisch programmieren: https://www.kreativekiste.de/warum-eine-

visuelle-programmiersprache-wie-ardublock

• Taster-Abfrage: http://www.kreativekiste.de/push-button-mit-ardublock-

tutorial

• Abstandsmessung:

https://blogs.hu-berlin.de/didaktikdigital/2016/10/06/abstandsmessung-mit-

ardublock/#

• Ardublockly-Onlineeditor: https://sensebox.de/blog/2017-06-27-

ardublocklysenseBox

7.5 Links zu Snap4Arduino

• Infokarte:

https://www.cs.uni-potsdam.de/~mprz/uploads/Anleitung_Snap4Arduino_TK.pdf

• Installationshinweise:

https://www.cs.uni-potsdam.de/~mprz/uploads/Installation_Snap4Arduino_TK_W

IN.pdf

• Snap Reference Manual: https://snap.berkeley.edu/SnapManual.pdf

• Snap4Arduino Material: https://alkuinfo.wordpress.com/snap4arduino-

material/

7.6 Elektronik-Links

• Elektronik-Grundschaltungen: http://www.kreativekiste.de/transistor-

grundschaltungen-erlernen-und-elektronik-verstehen

• Strippenstrolch: https://www.strippenstrolch.de/menue-1.html

• Elektronik Kompendium:

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/index.htm

• Elektronik-Kurs: https://www.elektronik-kurs.de/

• Elektronik: https://www.leifiphysik.de/elektronik

• Elektrizitätslehre: https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre

• Schaltungssimulation: http://www.falstad.com/circuit/

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