Programmierung

Farbthermometer

clock 60 min
user 7.-9. Klasse
Einfach
In dieser Lektion lernst du, die Thermometerfunktion des micro: bit zu nutzen, um eine RGB-Diode zum Leuchten zu bringen: rot (heiß), grün (angenehm) oder blau (kalt).
Für Lehrkräfte
Materialliste
Das brauchst du:

Einführung

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

  • Eine RGB-LED an einen micro:bit anschließen
  • Wissen, was Widerstände sind und wie man sie benutzt
  • Mithilfe eines Programmcodes den Wert am Pin eines micro:bit auf hoch oder niedrig setzen
  • Mithilfe eines eigenen Programms eine RGB-LED ansteuern.

Was ist ein micro:bit?

Hvad er en micro:bit?

Ein micro:bit ist ein 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. Im Zusammenhang mit einem Schaltkreis kann der micro:bit dazu verwendet werden, die Schaltung zu steuern. Die Signalübertragung zwischen micro:bit und Schaltkreis erfolgt über die Anschlusspins am micro:bit. Die Pins können eine Schaltung sowohl mit Spannung versorgen, als auch die im Schaltkreis vorhandene Spannung auslesen. In dieser Lektion nutzen wir die Pins dazu, die Schaltung mit Spannung zu versorgen.

Was ist eine RGB-Diode?

RGB

Eine RGB-Diode oder RGB-LED ist eine spezielle Leuchtdiode , die drei einzelne LEDs enthält: eine rote LED, eine grüne LED und eine blaue LED.

Die RGB-LED hat vier Anschlussbeine. Die drei Plus-Beine (+) dienen zum Anlegen einer Stromspannung – je ein Bein für jede der drei LEDs. Das vierte Anschlussbein ist das Minus-Bein (-), das sich alle drei LEDs teilen und durch das der Strom wieder abfließt.

Wenn mehr als eine Farb-LED eingeschaltet wird, mischt sich das Licht. Auf diese Weise lassen sich alle Farben des Regenbogens anzeigen. Wenn alle drei Farb-LEDs gleichzeitig eingeschaltet sind, ist das Licht weiß.

Eine RGB-LED benötigt drei Widerstände, einen für jeden der Plus-Pins – das ist genau wie bei jeder einfachen LED auch.

Ohne Widerstand fließt nämlich zu viel Strom und Spannung durch die LEDs, was sie zerstören kann.

Was ist ein Widerstand?

modstande2

Ein [Lexicon-word id="279" name="Widerstand" text="Widerstand"] ist ein kleines elektronisches Bauelement, das den Strom und die Spannung begrenzt. Wir verwenden Widerstände, um zu steuern, wie viel Spannung und Strom beispielsweise durch eine RGB-LED fließt.

Mithilfe der Mathematik können wir berechnen, wie viel Widerstand wir benötigen. Der Widerstandswert wird in Ohm (Ω) gemessen. Die Formel lautet:

  • Widerstand = (VCC - Vf) / If

Bevor wir diese Formel anwenden können, müssen wir einige Werte kennen:

  • VCC = 3 V (die Spannung, mit der die Pins des micro:bit eine Schaltung versorgen können)
  • Vf = 2 V (die Spannung, die die LEDs in der RGB-LED benötigen)
  • If = 0,02 A (die Stromstärke, die die LEDs in der RGB-LED benötigen)

Nachdem wir diese Zahlen kennen, können wir sie in die Formel einsetzen:

  • Widerstand = (VCC - Vf) / If
  • Widerstand = (3 V - 2 V) / 0,02 A = 50 Ω
  •  

Obwohl der benötige elektrische Widerstand tatsächlich 50 Ω beträgt, ist es in Ordnung, einen etwas größeren Widerstand zu verwenden. Wir setzen daher einen Widerstand mit 68 Ω ein.

Bauen eines Schaltkreises mit einem micro:bit und einer RGB-LED

Auf der Abbildung siehst du, wie du eine RGB-LED an den micro:bit anschließt.

  • Pin 2 verbindest du mit dem Plus-Bein (+) an der roten LED.
  • Pin 1 verbindest du mit dem Plus-Bein (+) an der grünen LED.
  • Pin 0 verbindest du mit dem Plus-Bein (+) an der blauen LED.
  • Den GND-Pin verbindest du mit dem gemeinsamen Minus-Bein (-) der RGB-LED.
Fritzing (RGB LED)

Schreibe ein Programm zum Steuern der RGB-LED

Du bringst die RGB-LED zum Leuchten, indem du einen oder mehrere Anschlusspins einschaltest.

  • Pin 2: Rot
  • Pin 1: Grün
  • Pin 0: Blau

Schalte Pin 2 ein und schalte Pin 1 und 0 aus.

  • Welche Farbe leuchtet jetzt?
  • Welche Farben leuchten, wenn du mehrere Farb-LEDs auf einmal einschaltest?
  • Welche Farbe leuchtet, wenn du alle Farb-LEDs auf einmal einschaltest?
farbthermometer-pins

Schreibe ein Programm, das den Temperatursensor am micro:bit ausliest

Versuche, die aktuelle Temperatur auf dem Display des micro:bit anzuzeigen, indem du den eingebauten Temperatursensor ausliest.

farbthermometer-temperatur-anzeigen

Schreibe ein Programm, das Logik zur Steuerung der RGB-LED verwendet

Wir können einige Logik-Codeblöcke verwenden, um festzulegen, was wann passieren soll.

Wenn das, was innerhalb der "wenn"-Anweisung steht, wahr ist, dann führt der micro:bit die darin enthaltenen Codeblöcke aus – sonst führt der micro:bit die Codeblöcke innerhalb innerhalb der "ansonsten"-Anweisung aus.

So bringen wir die RGB-LED beispielsweise dazu rot zu leuchten, wenn die Temperatur über 26 °C liegt.

farbthermometer-programm-1

Aufgabe: Stelle das Thermometer-Programm fertig

Schreibe weiter an dem Programm, damit das RGB-Thermometer folgende Aufgaben ausführt:

  • Wenn die Temperatur mehr als 26 Grad beträgt, leuchtet die RGB-LED rot.
  • Oder wenn die Temperatur mehr als 18 Grad beträgt, leuchtet die RGB-LED grün.
  • Ansonsten leuchtet die RGB-LED blau.

Zusatzaufgabe: Verwende einen anderen Sensor

Verwende einen anderen Sensor als Signalgeber.

Du kannst zum Beispiel ein Potentiometer, einen Abstandssensor, einen Lichtsensor oder ein ähnliches Gerät verwenden.

Beispiel:

  • Wenn die Helligkeit (das Umgebungslicht) stark ist, leuchtet die RGB-LED rot.
  • Wenn die Helligkeit moderat ist, leuchtet die RGB-LED grün.
  • Ansonsten leuchtet die RGB-LED blau.

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