Programmierung

Selbstfahrendes Auto

60 min

7.-9. Klasse

Fortgeschritten

Hier lernst du, wie du einen micro:bit zusammen mit einem Abstandssensor und einem Gleichstrommotor verwenden kannst, um ein selbstfahrendes Auto zu bauen.

Materialliste

Das brauchst du:

Abstandssensor

3 AA-Batterien in Batteriepack

MOSFET-Transistor

Gleichstrommotor

Computer mit MakeCode

Leitungen

micro:bit

Einführung

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

Einen Abstandssensor und einen Gleichstrommotor an den micro:bit anschließen
Wissen, wie ein Gleichstrommotor funktioniert
Wissen, was Transistoren sind und wozu man sie braucht
Wissen, wie ein Abstandssensor funktioniert
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 Abstandssensor?

Ein Abstandssensor misst die Entfernung von Gegenständen mit Ultraschall – wie eine Fledermaus.

Abstandssensoren sind geeignet für Projekte, bei denen du Bewegungen und Hindernisse innerhalb einer bestimmten Entfernung erfassen willst, oder für Projekte, bei denen etwas gemessen werden soll.

Um in MakeCode ein Programm für deinen Abstandssensor schreiben zu können, brauchst eine Erweiterung für deine Programmbibliothek. Klicke auf "Erweiterungen" und suche nach "sonar". Füge die "Sonar"-Bibliothek von Microsoft hinzu.

Aufbau:

Der Abstandssensor benötigt eine Versorgungsspannung von ca. 5 V, wofür der 3V-Pin (+) des micro:bit nicht ausreicht.

Stattdessen können wir einen Batterie- oder Akkupack mit 4,5 V an unseren Schaltkreis anschließen.

Der Batterie-/Akkupack enthält 3 AA-Batteriezellen.

Jede AA-Zelle liefert eine Spannung von 1,5 V. Durch die Reihenschaltung der drei Zellen liefert der Pack eine Versorgungsspannung von 4,5 V.

Wichtig: Der Minuspol (-) des Batterie-/Akku-Packs muss mit dem Minus-Pin (GND bzw. -) des micro:bit verbunden werden.

Die vier Anschlusspins des Abstandssensors:

VCC – benötigt 5 V Versorgungsspannung

TRIG – sendet einen Ultraschallton aus (nicht hörbar); wenn der Ton auf einen Gegenstand trifft, wird er zurückgeworfen, ähnlich wie ein Ball

ECHO – horcht nach dem zurückgeworfenen Ton; wenn der Ton auftrifft, sendet der Echo-Pin ein Signal an den micro:bit

GND – Masse bzw. Minuspol

Was ist ein Gleichstrommotor?

Ein Gleichstrommotor kann vorwärts und rückwärts drehen.

Für unsere Lektion ist es aber ausreichend, wenn er sich in eine Richtung dreht, nämlich vorwärts.

Weil ein Gleichstrommotor aber mehr Strom benötigt, als die normalen Pins am micro:bit ihm liefern können, muss er stattdessen an den speziellen 3V-Pin (+) angeschlossen werden.

Der 3V-Pin des micro:bit liefert stets Strom – eine Versorgungsspannung – und kann nicht programmiert werden.

Wenn der Gleichstrommotor an die Versorgungspannung angeschlossen wird, ohne dass im Schaltkreis andere Elemente vorhanden sind, wird er dauerhaft eingeschaltet sein und laufen.

Um den Motor anzuhalten, brauchen wir einen Schalter. Das Einfügen eines Schalters in unseren Schaltkreis geht schnell und einfach.

Wenn wir den Schalter zum Beispiel zwischen dem Gleichstrommotor und GND (-) einfügen, kann kein Strom vom 3V-Pin (+) zum Gleichstrommotor und weiter zu GND (-) fließen – es sei denn, der Schalter wird eingeschaltet.

Wenn der Schalter ein Taster ist, läuft der Motor also nur dann, wenn wir den Taster drücken. Leider kann man so einen Taster nicht programmieren.

Dafür gibt es glücklicherweise eine andere Lösung: Es gibt nämlich "digitale Schalter", die wir programmieren können. Sie werden Transistoren genannt.

Was ist ein Transistor?

Ein Transistor ist eine Art "digitaler Schalter", der programmierbar ist.

Einen normalen Schalter müssen wir von Hand ein- und ausschalten, aber bei einem Transistor kann der micro:bit den "Schalter" (Transistor) für uns drücken.

Der Transistor, den wir brauchen, heißt MOSFET-Transistor.

Ein MOSFET-Transistor hat drei Beine:

Gate: Der Gate-Anschluss heißt auf Deutsch "Steuerelektrode". Er übernimmt die Rolle unseres Fingers auf dem Druckschalter.
- 0 V: Wenn die Spannung am Gate-Anschluss 0 V beträgt, verhält sich der Transistor wie ein Schalter, der ausgeschaltet ist.
- 3 V: Wenn die Spannung am Gate-Anschluss 3 V beträgt, verhält sich der Transistor wie ein Schalter, der eingeschaltet ist.
Drain: Der Drain-Anschluss heißt auf Deutsch "Abfluss". Er entspricht demjenigen Anschluss unseres Schalters, der mit dem Gleichstrommotor verbunden wird.
Source: Der Source-Anschluss heißt auf Deutsch "Quelle". Er entspricht demjenigen Anschluss unseres Schalters, der mit dem GND-Pin (-) des micro:bit verbunden wird.

Wenn die Spannung am Gate-Anschluss 0 V beträgt, kann kein Strom vom 3V-Pin (+) zum Gleichstrommotor und weiter zum GND-Pin (-) fließen.

Wenn die Spannung am Gate-Anschluss 3 V beträgt, fließt Strom vom 3V-Pin (+) zum Gleichstrommotor und weiter zum GND-Pin (-).

Bauen eines Schaltkreises mit einem micro:bit, einem Abstandssensor und einem Gleichstrommotor

Baue jetzt den auf dem Bild dargestellten Schaltkreis auf.

Auf der Abbildung siehst du, wie der Schaltkreis aussehen muss.

Programmieren des Abstandssensors und des Gleichstrommotors in MakeCode

Schreibe ein Programm, das Folgendes kann:

den Abstand erfassen und den Abstandswert in einer Variablen speichern
den Gleichstrommotor einschalten, wenn der Abstand mehr als 10 cm beträgt, und den Motor ausschalten, wenn der Abstand kleiner ist.

Bauen eines Autos mit Abstandssensor und Gleichstrommotor

Du brauchst einen Gleichstrommotor in einem (gelben) Antriebsgehäuse. Dieser Antrieb hat auf jeder Seite ein Wellenende, das sich dreht, wenn der Motor eingeschaltet wird.

Um die Räder des Autos anzutreiben, kannst du aus Strohhalmen zwei Halbachsen bauen. Führe durch das Innere jedes Strohhalms ein Holzspießchen, das du auf der einen Seite mit der Antriebswelle des Motors und auf der anderen Seite mit dem Rad fest verbindest.

Teste, ob dein Auto so fährt, wie es soll. Hält es vor Hindernissen an?

Das Auto hat nur einen Motor, der zwei Räder gleichzeitig antreibt – deshalb kann es keine Kurven fahren.

Weißt du, wie man das Auto zum Kurvenfahren bringen kann?

Om teknologiundervisning

En frivillig forening der tilbyder teknologiske fritidsaktiviteter

Lorem ipsum dolor sit amet, consetetur sadipscing elitr, sed di am nonumy eirmod tempor invidunt ut labore et dolore magna aliquyam erat, sed diam voluptua. At vero eos et accusam et ju sto duo dolores et ea rebum. Stet clita kasd gubergren, no sea

Læs mere om os

Kontakt

Har du brug for at vide mere om vores projekter?

Lorem ipsum dolor sit amet, consetetur sadipscing elitr, sed diam nonumy eirmod tempor invidunt ut labore et dolore magna aliquyam erat, sed diam voluptua. At vero eos et accusam et justo duo dolores et ea rebum. Stet clita kasd gubergren, no sea takimata sanctus est Lorem ipsum dolor sit

Kontakt os