Unterrichts- und Lernmaterial für Mikrocontroller
Unterrichts- und Lernmaterial fürMikrocontroller

Seeeduino Nano und Grove

Übungen mit dem Akronym UM (steht für Unter- und Mittelstufe) wendet sich an Personen ab der Jahrgangsstufe 5 oder ab ca. 10 Jahren, die noch keine oder nur geringe Erfahrung mit elektronischen Bauteilen und so gut wie keine oder sehr geringe Programmierkenntnisse in der Sprache Arduino-C haben.

Übungen mit dem Akronym MO (steht für Mittel- und Oberstufe) wendet sich an Personen ab Jahrgangsstufe 9/10 mit Programmier- und Elektronikerfahrung.

 

Die Übungen werden laufend ergänzt und sollten bei Interesse fortlaufend durchgearbeitet werden. Das bringt den schnellsten Wissenszuwachs. Also immer mal wieder reinschauen ;-))

Übung: LED UM – LED blinkt im Sekundentakt

Didaktisch methodische Einordnung

Die Schülerinnen und Schüler lernen in dieser Übung ...

  • ... eine Schaltung nach Vorgabe aufzubauen.
  • ... eine LED,  ihre Wirkungsweise und Beschaltung kennen.
  • ... mündlich ausgesprochene Handlungsanweisungen in eine Versuchsablaufsteuerung mit einer  entsprechenden Software vorzunehmen.
  • ... Befehle der Sprache Arduino-C kennen.
  • ... einfache Änderungen im Programm vorzunehmen und neuen Anforderungen anzupassen.
  • ... Versuchsergebnisse zu bewerten und Fehlerquellen zu benennen.

Zusätzliche Informationen rund um die LED findest du hier:

Übung: LED UM - Sekundenblinker
Arbeitsmaterial
  • 1x   Seeed Basis-Set
  • 1x   Grove rote LED
  • 1x   Grove-Verbindungskabel
  • 1x   USB-Typ C Verbindungskabel zum Laptop/Computer
Abb. 1 - Grove LED Modul

Schaue dir erst einmal in Ruhe das Grove Red LED Modul an und beschreibe, was du dort siehst. Ins Auge stechen drei Bauteile:

  • die rote LED,
  • das Bauteil mit der Bezeichnung R2 oder 103 und
  • die Buchse J1 mit den vier Pin, die mit SIG, NC, VCC und GND gekennzeichnet sind.

Das Bauteil R2 bezeichnet man als Potenziometer oder veränderbaren Widerstand. Die orangefarbige Fläche lässt sich mit einem kleinen Schraubenzieher nach rechts und links bis zum Anschlag drehen. Es ist der Mittelabgriff eines Potenziometers. Die Buchse J1 wird auch als Grove Buchse bezeichnet.

In einer ersten Übung wird gezeigt, wie die rote LED mit Hilfe des Seeeduino Nano zum Blinken gebracht werden kann.

Tipp

 

Die rote LED steckt in einer Austauschfassung und lässt sich leicht herausnehmen. Bei defekten LEDs ist ein Austausch daher leicht möglich. Und wer statt einer roten lieber eine grüne, gelbe oder blaue LED benutzen möchte, kann das unkompliziert tun, indem er die eine gegen eine andere LED austauscht.

 

 

 

Abb. 2

Die LED in einem Grove LED-Modul ist nur gesteckt. Sie lässt sich also durch eine andersfarbige oder gleichfarbige LED ersetzen. Aber Achtung: die LED muss seitenrichtig eingesetzt werden, damit das Grove-Modul weiterhin fehlerfrei funktioniert. Die abgekanntete Seite der LED liegt gegenüber der Seite mit dem  "+" Symbol auf der Platine.

Übung: LED UM - Sekundenblinker
Aufgaben
  • Baue die Schaltung nach Schaltungsvorlage (Abb. 3) auf. Das Grove Red LED ist mit D2 auf dem Shield verbunden.
  • Übertrage das Programm „Blinker_LED“ in den Arduino Editor und speichere es ab. Übrigens bezeichnet man die Programm für einen Arduino auch als SKETCH.
  • Starte das Programm und überprüfe, ob die LED im Sekundentakt blinkt.
  • Beschreibe mit eigenen Worten für jede Programmzeile was der Controller macht.
  • Ändere das Programm so ab, dass die LED alle 10s für 1s kurz aufleuchtet. Speichere dieses neue Programm unter „BlinkerLED_10_1“ ab.

Schaltungsaufbau

Abb. 3 - Schaltungsaufbau mit Seeed Basis-Set und Grove Red LED.

Das Programm „Blinker LED“

Abb. 4 - Das Programm Blinker LED

Hinweise und Bemerkungen zur Versuchsdurchführung

 

Sollte die LED nach dem Start des Sketches nicht leuchten, kann es auch daran liegen, dass sich der Mittelabgriff das Potenziometer in einer der beiden Extrempositionen ganz links oder rechts befindet. Drehe mit einem feinen Schraubenzieher den Mittelabgriff in die andere Extremposition und überprüfe, ob die LED jetzt leuchtet.

 

Verwechsle nicht die Bezeichnung „Anschlussbuchse D2“ mit dem Seeeduino Nano Pin D2. Schaue dir dazu noch einmal das Seeed Basis Set an. Die Bezeichnung D2 findest du an zwei verschiedenen Stellen:

  • Auf dem Grove-Shield – die Buchse D2 ist mit zwei digitalen Anschlusspins D2 und D3 des Seeduino Nano verbunden.
  • Auf dem Seeeduino Nano – hier ist mit D2 der Digitalpin 2 gemeint

Wie funktioniert die Schaltung?

 

Ein Mikrocontroller wie der Seeeduino Nano kann nur Nullen und Einsen verarbeiten, aber das sehr, sehr schnell. Einer seiner Anschlüsse ist direkt mit Pin D2 auf dem Nano-Board und dieser wiederum mit Buchse D2 auf dem Grove Shield und dem dort ganz links befindlichen Pin (in Abb. 5 gelb markiert) verbunden. Auf diese Art ist eine direkte Verbindung zum Grove Rote LED hergestellt. Befindet sich am Ausgang D2 des Controllers eine Null oder LOW, so wird die angeschlossene LED nicht leuchten.

Abb. 5 - Ein Controller kennt nur Nullen und Einsen, die er an seine Ausgangspin als HIGH oder LOW geben kann.

Wechselt der Controller in den Zustand 1 oder HIGH, leuchtet die LED. Der Controller arbeitet hier wie ein Lichtschalter, nur eben etwas schneller als wir es könnten.

Bleibt nur noch zu klären:

  • "Wie kann der Controller dazu gebracht werden, an seinen Ausgang D2 ein LOW oder HIGH anzulegen?"
Abb. 6 - Liegt eine 1 am Ausgang D2, leuchtet die LED an Buchse D2 auf.

Da kommt jetzt die Programmiersprache Arduino C ins Spiel. Über die Arduino IDE muss dem Controller Schritt für Schritt gesagt werden, was er zu tun hat. Das könnte zum Beispiel so aussehen:

  1. Seeeduino Nano, setze Pin D2 auf Ausgang.
  2. Lege an D2 jetzt ein HIGH - die LED geht an.
  3. Warte eine kurze Zeit - die LED bleibt an.
  4. Lege an D2 jetzt ein LOW - die LED geht aus.
  5. Warte wieder eine kurze Zeit - die LED bleibt aus.
  6. Gehe zurück zu Schritt 2 und mache Alles noch einmal.

Mit der ersten Anweisung wird dem Nano mitgeteilt, ob der benutzte Pin ein Eingang oder Ausgang ist. In unserem Fall ist D2 ein Ausgang; der Nano soll an den Grove Red LED eine 0 (LOW) oder 1 (HIGH) legen. Die Anweisung dazu lautet in der Sprache Arduino C:

  • pinMode(2, OUTPUT);

In der Klammer steht zuerst immer die Pinnummer und dann,  durch Komma getrennt, das Schlüsselwort OUTPUT. Achte darauf, dass OUTPUT in Großbuchstaben geschrieben werden muss.

Mit der Anweisung

  • delay(<Zeit in Millisekunden>);
  • delay(500);     // Pause von 500ms

wird der Controller in eine Warteschleife geschickt.

  • digitalWrite(2, 1);

weist den Controller an, an Pin Nummer 2 ein HIGH oder eine 1 zu legen. Entsprechend wird mit

  • digitalWrite(2, 0);

an Pin Nummer 2 ein LOW oder eine 0  gelegt.

Startet man die Arduino IDE über Datei – Neu aus dem Hauptmenü,  erscheinen auf der Oberfläche immer zwei Funktionen:

  • Void setup()  {
  • }

 

  • Void loop()  {
  • }

 

Die setup-Funktion wird bei einem Programm genau einmal durchlaufen. In ihr sind u.a. die Anweisungen abgelegt, die die Grundeinstellungen des Controllers oder des Programms betreffen. Dazu gehört zum Beispiel die Anweisung, welcher Pin des Controllers Eingang und welcher Ausgang werden soll.

Die loop-Funktion wird beliebig oft durchlaufen; es ist eine Endlosschleife. Alle Anweisungen, die hier stehen, werden immer und immer wieder durchlaufen.

Erweiterungsaufgabe

 

Es sollte dir jetzt gelingen, selbst ein Programm zu schreiben, dass die LED 1 Sekunde leuchten lässt und anschließend 10 Sekunden ausschaltet.

Was hast du in dieser Übung gelernt?

  • In dieser Übung hast du das Grove Red LED Modul kennengelernt und erfahren, wie man es über den Seeeduino Nano in der Sprache C anspricht.
  • Die dazu nötigen Anweisungen pinMode, digitalWrite, delay und wie man sie anwendet, wurden gezeigt und besprochen und du hast etwas über die Funktionen SETUP und LOOP in einem C-Programm erfahren.
  • Am Ende hast du mit der Erweiterungsaufgabe selbst ein Programm entwickelt, in dem alle Programmanweisungen auftauchten, die du in Übung 1 kennengelernt hast.

 

Eine mögliche Lösung zu der Erweiterungsaufgabe gibt es am Ende des folgenden Kapitels über Taster.

Weiter geht es hier zum Kapitel über den Grove Taster.

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