Programmierung

Braver Hund

60 min

7.-9. Klasse

Fortgeschritten

In dieser Lektion lernst du, wie du mit einem micro:bit, einem Lichtsensor und einem Servomotor einen Hundeschwanz zum Wedeln bringst. Wau!

Materialliste

Das brauchst du:

Klebepistole

Servomotor

LDR-Fotowiderstand

Computer mit MakeCode

Widerstand (1000 Ω)

Leitungen

micro:bit

Einführung

Wenn du mit der Lektion fertig bist, wirst du dies können:

Einen LDR-Fotowiderstand und einen Servomotor an einen micro:bit anschließen
Wissen, was ein LDR-Fotowiderstand ist
Wissen, was Widerstände sind und wozu man sie braucht
Wissen, wie ein Servomotor funktioniert
Die Gradeinteilung zwischen 0° und 180° kennen
Einen externen Schaltkreis an einen micro:bit anschließen
Mithilfe eines Programmcodes einen Wert am Pin eines micro:bit lesen
Mithilfe eines Programmcodes den Wert am Pin eines micro:bit auf hoch oder niedrig setzen.

Was ist ein micro:bit?

Ein micro:bit ist ein so genannter Mikrocontroller. "Mikro" bedeutet klein und "Controller" heißt, dass das Gerät etwas steuern kann. Um dem micro:bit mitzuteilen, wie etwas gesteuert werden soll, wird ein Programm benötigt. Wenn du einen Schaltkreis baust, kannst du ihn mit dem micro:bit steuern. Um die Steuersignale an den Schaltkreis zu übertragen, verwendest du die Anschlusspins am micro:bit. Über die Pins kann eine Spannung an den Schaltkreis angelegt werden – oder die im Schaltkreis vorhandene Spannung gemessen werden.

Was ist ein LDR-Fotowiderstand?

Ein LDR-Fotowiderstand ist ein lichtempfindlicher Widerstand, der verwendet wird, um Lichtstärken zu erfassen. LDR-Fotowiderstände sind vielerorts zu finden und werden zum Beispiel in automatischen Notbeleuchtungen eingesetzt.

Ihr elektrischer Widerstandswert fällt, wenn die Lichtstärke – also die Helligkeit – in der Umgebung zunimmt.

Aufbau:

Der abgebildete Widerstand hat 1 kΩ.

Zwei in Reihe geschaltete Widerstände sind ein Spannungsteiler.

In einem Gleichstrom-Schaltkreis macht ein Spannungsteiler aus einer hohen Spannung eine niedrigere Spannung.

Durch die Reihenschaltung von zwei Widerständen kann eine Ausgangsspannung geschaffen werden, die nur einen Bruchteil der Eingangsspannung beträgt.

Dieser Wert kann mithilfe einer Variabel angezeigt werden. Wir haben die Variabel hier "LDR-Helligkeit" genannt.

Was ist ein Widerstand?

Ein Widerstand ist ein elektrisches Bauelement aus Kohlenstoff-, Metall- oder Carbonfolie. Im Innern des Widerstands ist die Folie um einen Isolator gewickelt. Je mehr Wicklungen, umso höher ist der elektrische Widerstand, weil es für die Elektronen schwieriger wird, durch das Material hindurch zu fließen.

Bei den hier abgebildeten Widerständen wurde die Außenhülle entfernt, damit man die Wicklungen im Innern sehen kann.

Der Widerstand ganz oben hat 27 Ω, der in der Mitte hat 330 Ω und der ganz unten hat 3,3 MΩ.

Um herauszufinden, welchen Widerstand man als Bauelement vor die LED setzen muss, berechnet man den „Vorwiderstand“.

Dazu müssen wir wissen, wie hoch die Versorgungsspannung ist. Die Versorgungsspannung, die der micro:bit liefert, beträgt 3 V. Davon ziehen wir jetzt die Spannung ab, die die Diode benötigt, um zu leuchten.

3 V minus 2 V – denn wir wissen, dass die LED mindestens 2 V als Arbeitsspannung benötigt.

Das Ergebnis ist 1 V! Nun teilen wir die berechnete Spannung durch die Stromstärke. Die Stromstärke beträgt 0,02 A.

1 V / 0,02 A = 50 Ω

Das heißt, dass wir mindestens drei Widerstände mit je 50 Ω benötigen.

Einen solchen Widerstand haben wir nicht als Bauelement. Deshalb nehmen wir den Widerstand mit dem nächsthöheren Wert. Wir verwenden also drei Widerstände mit je 56 Ω, um unseren Schaltkreis zu schützen.

Was ist ein Servomotor?

Ein Servomotor ist ein kleiner Elektromotor. Er kann so programmiert werden, dass er sich in eine bestimmte Position dreht.

Die Position wird in Grad angegeben. Das Zeichen für die Maßeinheit Grad ist "°".

Die meisten Servomotoren können ihre Achse in eine Position zwischen 0° und 180° drehen.

Bauen eines Schaltkreises mit micro:bit, LDR-Fotowiderstand und Servomotor

Baue jetzt den abgebildeten Schaltkreis auf.

Auf der Abbildung siehst du, wie der Schaltkreis aussehen muss. Du kannst dazu ein Steckbrett oder Leitungen verwenden. Wichtig ist, dass alle Bauelemente korrekt miteinander verbunden werden und dass du weißt, welche Farben zu welchen Anschlüssen gehören.

Programmieren des LDR-Fotowiderstands und des Servomotors in MakeCode

Schreibe jetzt ein Programm in MakeCode.

Zuerst musst du eine neue Variable erstellen, siehe Abbildung. Wir haben sie "LDR-Helligkeit" genannt.

Die Variable soll den Wert erhalten, den der LDR-Fotowiderstand liefert.

Dann programmierst du eine "Wenn"-Schleife, die Folgendes besagt: Wenn die LDR-Helligkeit unter 100 liegt, schalte den Servomotor ein. Der Servomotor soll eine Bewegung ausführen, die den Schwanz des Hundes zum wedeln bringt.

Bauen eines Hundes, der mit dem Schwanz wedelt, wenn er gestreichelt wird

Baue dir aus Pappe einen hübschen kleinen Hund mit einem Schwanz, der auf den Servomotor aufgesetzt werden kann.

Platziere den LDR-Fotowiderstand an einer Stelle, an der man mit der Hand vorbeikommt, wenn man den Hund streichelt oder tätschelt.

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