Programmieren in der Grundschule Calliope Begleitheft Anleitung für Schüler und Lehrer 33 M o d e l s odels 1
Calliope Inhalt Vorwort S. 3 Vorbereitung S. 4 Grundeinstellung S. 5 Editor S. 6 Registrierung S. 7 Fußgängerampel S. 10 Aktoren/Sensoren S. 12 Taster S. 12 LED S. 13 Digital/Analog S. 15 Simulation S. 20 Händetrockner S. 24 Fototransistor S. 26 Motor S. 26 Motoranschluß S. 33 Schranke S. 34 Lösungen S. 41 Fehlermöglichkeiten S.
Calliope Hallo! Ich darf mich kurz vorstellen mein Name ist RoBo und ich werde dich bei der Erarbeitung der einzelnen Aufgaben begleiten. Bevor du mit den Aufgaben beginnst, muss ich dir noch ein paar wichtige Grundlagen erklären. Mit den Bausteinen von fischertechnik baust du die entsprechende Modelle auf, die du steuern möchtest. Mit dem Calliope mini liegen viele kreative Möglichkeiten in deiner Hand. Egal ob du eine kleine technische Anlage oder einen fahrbaren Roboter bauen und steuern möchtest.
Calliope Vorbereitung Bevor du mit dem Aufbau der Modelle und dem Programmieren beginnst, musst du einige Vorbereitungen treffen. Calliope mini Anschlussbuchsen Packe zuerst den Calliope mini aus. Dieser wird in einem kleinen Karton verpackt geliefert. Im Set findest du 6 Steckbuchsen und 6 Muttern. Diese dienen dazu, dass du später die vergoldeten Anschlüsse mit einem ft-Stecker zu den Modellen verbinden kannst. Stecke die Steckbuchse von oben in die Anschlussstelle.
Calliope Grundeinstellung Bevor du die ersten Modelle aufbaust und programmierst, musst du noch die Software „OPEN Roberta“ starten. Vorbe reitun g Dazu startest du deinen Computer und deinen Internetbrowser. Anschließend verbindest du den Calliope mini mit dem USB-Kabel an einem freien USB-Anschluss an deinem Computer. Wichtig: Als Stromversorgung benutzt du ausschließlich den USB-Port. Der Batterieanschluss wird bei allen Modellen nicht benötigt.
Calliope Als nächstes legst du fest, mit welcher Programmiersprache du in Zukunft deine Programme erstellen möchtest. Editor Dazu klickst du mit der Maus auf den Auswahlpunkt „Los geht`s“. Es erscheint ein Auswahlfenster. Hier aktivierst du „Editor“ . Es erscheinen drei Editoren, mit denen du Programme erstellen kannst. Verwende hier: Starte den Editor mit Klick auf die blaue Zeile. Nach einer kurzen Ladezeit wirst du aufgefordert, ein System auszuwählen. Hier wählst du „Calliope“ aus.
Calliope Du wirst im nächsten Fenster noch abgefragt, welchen Calliope mini du verwendest. Solltest du den Calliope 2016 besitzen, kannst du ihn natürlich auch verwenden. Ansonsten benutzt du den Calliope 2017. Beide aktivierst du mit Mausklick. Sollte dies nicht funktionieren, kannst du „Open Roberta Lab“ auch direkt mit der Eingabe der Internetadresse in deinem Browser aufrufen. Auch hier wirst du aufgefordert, dein System zu wählen. Danach folgt die Auswahl deines Calliope mini.
Calliope Betrachten wir noch schnell die Arbeitszeile über dem Befehls- und Programmierbildschirm. Es gibt 2 Möglichheiten deine Programme zu speichern. Möglichkeit 1 - Account bei open-roberta: Hier speicherst du deine Programme direkt auf der Open-Roberta Cloud ab. Dazu klickst du auf die Schaltfläche Benutzer und anschließend auf ein Fenster, in dem du „neu“ aktivierst. Fülle die erforderlichen Angaben aus und schließe die Eingaben mit „Jetzt registrieren“ ab. .
Calliope Möchtest du ein Programm öffnen, klickst du einfach auf den Namen des Programmes und es wird in deinen Programmierbildschirm geladen. Möglichkeit 2 - Speichern auf deinem Rechner. Dazu benötigst du die Auswahl: „exportiere Programm“. Klicke auf den Pfeil hinter „Speichern“ und aktiviere „Speichern unter“. Suche im Explorer den Ordner . Wichtig: Der Laufwerksbuchstabe kann bei dir anders sein. Öffne den Ordner mit Doppelklick. Gebe bei „Dateiname“ einen aussagekräftigen Namen ein, z.B. Ampel.
Calliope Ampel Ampelanlagen kennst du sicherlich in verschiedenen Ausführungen. Fußgängerampeln oder ganzen Kreuzungsanlagen begegnest du fast täglich, so dass das Prinzip für dich nichts Neues mehr ist. Einfach ausgedrückt, Lampen werden in einer bestimmten Reihenfolge ein- und ausgeschaltet. Was deine Ampel später ausmacht ist, dass sie über einen Taster, der sich am Ampelmast befindet, eingeschaltet wird. Der Techniker schaltet zunächst in einem Schaltkasten die Anlage ein.
Calliope Fußgängerampel mit Anforderungstaster Baue anhand der Bauanleitung dein erstes Modell auf. Verdrahte das Modell entsprechend des Schaltplans. Für dieses Modell werde ich dir eine Aufgabe und eine Zusatzaufgabe stellen, die du dann in ein Steuerprogramm umsetzen musst. AmpelA0 „Die Gesamtanlage soll durch einen Serviceschalter „Taster A“ am Calliope mini eingeschaltet werden. Danach steht die Ampel auf rot.
Calliope Damit du mit allen zur Verfügung stehenden Befehlen arbeiten kannst, schaltest du die Befehlsleiste mit um. Wichtig: Stelle sicher, dass du den „Expertenbereich“ der NEPO-Blöcke mit der entsprechenden Schaltfläche umgestellt hast. Halt, ich muss dir je noch kurz die beiden elektrotechnischen Bauteile erklären, die in deinem Modell verbaut sind. Je nach Sensoren Funktion nennt man sie Aktoren Elektrotechnische Bauteile Aktoren Sensoren Aktoren heißen so, weil sie aktiv sind, sie tun etwas wie z.
Calliope Als nächstes folgt ein Aktor, die Leuchtdiode oder LED LED Der Name Leuchtdiode auch kurz LED genannt, kommt vom Englischen - light-emitting diode. Übersetzt: ‚Lichtemittierende Diode‘. Fließt durch die Diode elektrischer Strom (Durchlassrichtung), so strahlt sie Licht ab. Im Baukasten findest du zwei LED-Bausteine. Du kannst sie einmal als normale Lampe aber auch später als Signalgeber bei einer Lichtschranke verwenden. Achte bei den elektrischen Verbindungen auf die richtige Polung.
Calliope Für die Aufgabe benötigst du „Warte bis“, d.h. bis ein Ereignis eintritt. Ziehe bei gedrückter linker Maustaste den Befehl aus der Befehlsleiste in den Programmbildschirm und docke ihn unter „Start“ an. Als nächstes fügst du ein, auf was das Programm warten soll. Den ersten Befehl findest du unter „Logik“. Ziehe an die blaue Andockstelle den Hauptbefehl. Wie du erkennen kannst, besitzt dieser Befehl zwei weitere Andockstellen. An der ersten Andockstelle soll der Taster A abgefragt werden.
Calliope Die Anlage ist jetzt eingeschaltet. Wie in der Aufgabe steht, soll zuerst die rote Lampe brennen. Wie du dem Schaltplan entnehmen kannst, ist die rote Lampe am Pin 1 des Calliope mini angeschlossen. Diesem Pin musst du mit einem Befehl mitteilen, dass er die rote Lampe einschaltet. Einen entsprechenden Befehl findest du unter „Aktion“und „Pin“. Diesen Befehl dockst du unter „Warte bis“ an. Bevor du weiter arbeitest, muss ich dir zwei Begriffe erklären.
Calliope Möchtest du schon mal den Programmteil testen, kannst du dies über folgenden Weg machen: Im rechten unteren Bildschirmbereich findest du die Schaltfläche „Starte auf Calliope“ Es erscheint folgender Bildschirm. Diesen kannst du einmal durchlesen. Wichtig ist der darunter stehendeTeil. Akiviere hier den Pfeil hinter „Speichern“ und klicke auf „Speichern unter“. Achte darauf, dass du in den Ordner „MINI“ speicherst. Hier kannst du für dein Programm einen Namen eingeben.
Calliope Das Programm kannst du jetzt ausprobieren. Dazu drücke einmal den „Taster A“. Die rote Lampe der Ampel muss leuchten. Gehen wir jetzt in der Programmierung einen Schritt weiter. Die nächsten Aufgaben sollen sich immer wiederholen, d.h., das Programm soll sich in einer Schleife bewegen, die immer wieder vom Programmende an die Stelle zurückspringt, wo dieser Programmteil begonnen hat. Den entprechenden Befehl findest du unter „Kontrolle“ „Schleifen“. Der erste Befehl ist schon richtig.
Calliope Als nächstes soll das Programm 2 Sekunden warten. Dann schaltet die rote Lampe aus und die grüne Lampe soll leuchten. Füge aus dem Programmelement „Kontrolle“ noch einen „Warten ms“-Befehl hinzu. Anhand der Berechnung musst du die Wartezeit umstellen. Dazu dienen dir die beiden Berechnungsfelder. Diesen Befehl dockst du unter „Warte bis“ an und änderst die Wartezeit auf 2000ms. Die beiden folgenden Befehle kennst du eigentlich schon.
Calliope Baue die beiden Befehle in dein Programm ein. Die grüne Lampe soll nun 5 Sekunden leuchten und dann ausgehen. Danach schaltet die rote Lampe wieder ein und das Programm springt automatisch an den Beginn der Schleife. Docke wie gewohnt die 3 Befehle an den Schleifenbefehl. Speichere anschließend das Programm auf den Calliope mini und teste es. Hurra, du hast die erste Aufgabe erfolgreich erarbeitet. Speichere das Programm noch auf deine Cloud ab, damit du in Zukunft darauf zugreifen kannst.
Calliope Simulation Hier möchte ich dir eine weitere Möglichkeit aufzeigen, wie du ein Programm testen kannst. Du findest auf der rechten Seite des Arbeitsbildschirms eine Schaltfläche mit der Aufschrift „SIM“ für „Simulation“. Aktiviere mit der Maus die Schaltfläche und es öffnet sich der Simulationsbildschirm. Starte als nächstes mit Klick auf die Schaltfläche „Starte dein Programm in der Simulation“. Gehe anschließend wie in deinem Programm beschrieben den Ablauf durch.
Calliope In der Simulation wird der Tastendruck mit einem Klick auf den gelben Rand des Anschlusses 3 ersetzt. Nach 2 Sekunden wird der Wert von Pin 1 (rot) auf „0“ gesetzt (Rot aus). Der Wert an Pin 2 (grün) wird auf „1“ gesetzt (Grün an). auf „0“. Nach weiteren 5 Sekunden soll die Anzeige wieder von Grün nach Rot wechseln. In der Simulation wird dies dadurch angezeigt, dass Pin 1 auf „1“ umschaltet und Pin 2 Du kannst den Vorgang wieder mit Klick auf Pin 3 starten.
Calliope Hier noch eine Zusatzaufgabe, die du mit mir löst. AmpelA1 Programmerweiterung: Bevor die grüne Lampe verlischt, soll sie 3 mal blinken. Die Blinkdauer soll 1 Sekunde betragen. Entferne zumächst einmal die beiden letzten Befehle aus deinem Programm. Doch Stopp: Da du sie am Ende des Programms noch mal benötigst, schiebst du sie mit der Maus einfach in den freien Bildschirm. An die freie Stelle fügst du den Befehl „Wiederhole xx mal“ ein. Ändere den Wert von „Wiederhole xx mal“ auf 3.
Calliope Vom Programm her leuchtet die grüne Lampe. Somit musst du sie jetzt ausschalten und nach 1 Sekunde wieder einschalten. Füge die entsprechenden Befehle ein und ändere die logischen Werte entsprechend. Pin 2 auf 0 und nach dem Befehl „Warten ms 1000“ wieder den Pin 2 auf 1. Dann folgt noch ein „Warten ms 1000“ Befehl bevor, das Programm aus dieser Wiederholschleife zum nächsten Befehl weitergeht.
Calliope Händetrockner In deinem Bad Zuhause wirst du so etwas sicher nicht haben. Da hängt ein großes Handtuch am Haken. Aber in öffentlichen Toiletten, in der Toilette deiner Schule oder im WC-Bereich von Gaststätten sind an der Wand meist elektrische Gebläse montiert, die dir mit warmer Luft die Hände trocken pusten. Eine gute Erfindung, besonders wenn du so ein modernes Gerät vorfindest, an dem du keinen Knopf betätigen musst um es einzuschalten. Einfach die Hände hinhalten und los geht‘s.
Calliope Händetrockner Baue anhand der Bauanleitung dein zweites Modell auf. Verdrahte das Modell entsprechend des Schaltplanes. Auch für dieses Modell werde ich dir eine Aufgabe und eine Zusatzaufgabe stellen, die du dann in ein Steuerprogramm umsetzen musst. „Programmiere den Händetrockner so, dass wenn ein Benutzer in die Lichtschranke greift, der Motor mit dem Propeller startet. Nimmt er die Hand wieder aus der Lichtschanke heraus, muss der Motor stoppen“.
Calliope Bevor du mit dem Programmieren beginnst, muss ich dir noch einen weiteren Sensor und Aktor vorstellen. Für die Lichtschranke, die du zum Ein- und Ausschalten des Lüftermotors benötigst, brauchst du die dir schon bekannte LED sowie einen Fototransistor. Fototransistor Ein Fototransistor ist ein elektronischer Schalter, der auf Licht reagiert. Sicherlich hast du dich schon gefragt, wie im Kaufhaus die Eingangstür automatisch aufgeht, ohne dass du einen Taster oder Schalter betätigst.
Calliope Ich habe dir mal alle Befehle zusammengetragen, die du zur Lösung der Aufgabe benötigst. Du beginnst natürlich dein Programm mit dem „Startbefehl“. Danach muss die LED am „digitalen Pin 0“ eingeschaltet werden. Damit die Lichtschranke richtig funktioniert, gibst du anschließend noch den Befehl „Warte ms 500“ ein. Jetzt benötigst du einen Schleifenbefehl „Wiederhole unendlich oft/mache“. In diesen Befehl baust du nun die weiteren Befehle ein.
Calliope Die Befehlszeile möchte ich dir genauer erklären. Der Befehl „Warten bis“ ist dir ja schon bekannt wie auch der anschließende Logikbefehl. In diesen baust du den Befehl „gib analogen Wert Pin2“ ein. Schalte von „Pin1“ auf „Pin2“ um, da an diesem dein Fototransitor angeschlossen ist. Ich habe dir beim Modell der Ampel ja schon den Unterschied zwischen Digital und Analog erklärt. Bei dem Modell des Händetrockers setzt du als Schalter einen Fototransitor in Verbindung mit einer Lichtquelle ein.
Calliope Übertrage das Teilprogramm schon mal auf deinen Calliope mini und teste es. Wie du siehst, läuft der Motor an, wenn du die Lichtschranke unterbrichst. Mit dem nächsten Befehl soll das Programm überprüfen, ob die Lichtschranke nicht mehr unterbrochen ist. Kopiere dazu den „Warte bis“ Befehl an das Programmende. Mit rechter Maustaste auf den Befehl kicken. Im Auswahlfenster „Kopieren“ auswählen. Die Kopie an das Programmende ziehen. Ändere den Wert von > 22 auf <=22 um.
Calliope Übertrage nochmals das Programm auf den Calliope mini und teste es. Ist alles richtig, muss der Motor anlaufen, wenn du den Lichtstrahl unterbrichst und wieder ausgehen, wenn du die Hand aus dem Lichtstrahl nimmst. Hier noch eine Zusatzaufgabe die du lösen musst. TrocknerA1 Auf deinem Calliope mini befindet sich eine Mehrfarben LED (RGB). Mit dieser sollst du den jeweiligen Schaltzustand des Motors anzeigen - rot für aus, grün für an. Am Anfang des Programms muss die LED eingeschaltet werden.
Calliope Schaffe zuerst nach dem Befehl „Start“ etwas Platz zum Einbauen von zwei Befehlen. Zuerst soll die LED ausgeschaltet werden. Den entsprechenden Befehl findest du unter „Aktion“ und dort unter „Statusleuchte“. Es kann sein, dass dein Calliope mini beim Programmstart die LED einschaltet. Mit diesem Befehl wird wie ausgeschalten. OK das ist geschafft. Jetzt musst du noch die beiden übriggebliebenen Befehle in dein Programm einbauen.
Calliope Wie du feststellen kannst, haben beide die Einstellung, dass die LED rot leuchtet. Klicke im ersten Befehl mit der Maus auf das rote Farbfeld. Es öffnet sich ein Farbmenü, aus dem du verschiedene Farben auswählen kannst. Ändere einfach mit Klick auf grün die Farbe für die LED um. Du hast es geschafft. Überprüfe noch einmal dein Programm, indem du es zu deinem Calliope mini sendest. Ist alles richtig, muss der Motor anlaufen, wenn du den Lichtstrahl unterbrichst, und die LED grün anzeigen.
Calliope Motoranschluss Bevor du zu deinem nächsten Modell kommst, muss ich dir kurz erklären, wie ein Motor angeschlossen wird. Über den blauen Stecker mit den 3 Anschlüssen (schwarz, rot, grün) kannst du zwei Motoren anschließen, wie das rechte Bild dir zeigt. Um den Motor für dein Modell zu steuern, musst du einen kleinen Trick anwenden. Zuerst wird der Motor nur an den beiden Leitungen mit den Farben schwarz und rot angeschlossen. Soll dein Motor nach links drehen, verwendest du den Befehl.
Calliope Schranke In vielen Städten findest du Parkhäuser oder große Parkplätze, die mit einer Parkhausschranke das Ein- und Ausfahren der Fahrzeuge steuern. Ist z.B. ein Parkhaus komplett belegt, wird dies durch ein Parkleitsystem angezeigt. An verschiedenen Straßen findest du elektronische Anzeigen, die dir sagen, in welchem Parkhaus noch Kapazitäten frei sind oder welche belegt sind. Es gibt verschiedene Möglichkeiten eine Schranke zu aktivieren. Z.B.
Calliope Parkhausschranke Baue anhand der Bauanleitung dein drittes Modell auf. Verdrahte das Modell entsprechend des Schaltplanes. Auch für dieses Modell werde ich dir eine Aufgabe, und da du ja schon ein Programmierprofi bist, zwei Zusatzaufgaben stellen, die du dann in ein Steuerprogramm umsetzen kannst. SchrankeA0 „Die Schranke soll geschlossen sein, wenn die Anlage eingeschaltet wird. Fährt ein Fahrzeug in die Lichtschranke und unterbricht den Lichtstrom, soll die Schranke nach 1 Sekunde öffnen.
Calliope Wie du sicher aus dem Verdrahtungsplan erkennen kannst, wurde die LED für die Lichtschranke am „Pin 0“ angeschlossen. Füge also zuerst den nachfolgenden Befehl ein. Ändere von „analogen“ auf „digitalen“ Wert, lege „Pin 0“ fest . Damit deine Lichtschranke nicht zu früh arbeitet, füge noch den Befehl „Warten ms“ hinzu. Es kann im Betrieb deiner Schranke passieren, dass sie beim Ausschalten nicht geschlossen wird. Deshalb ist es wichtig, sie zuerst zu schließen.
Calliope Was geschieht als nächstes? Es wird so lange gewartet, bis ein Auto die Lichtschranke unterbricht. Schau dir dazu noch einmal das Programm des Händetrockners an. Sicher stellst du fest, dass vor der Abfrage der Lichtschanke eine Schleife „Wiederhole unendlich oft“ steht. Baue die beiden Befehle in dein Programm ein. Gut, das hättest du. Wie geht es weiter? Entspricht der analoge Wert am Pin 1 kleiner 22 also die Lichtschranke wird unterbrochen, soll der Motor die Schranke öffnen.
Calliope Wie lange muss jetzt der Motor laufen? Natürlich bis der Taster am „Pin 3“ von der Mechanik der Schranke geschlossen wird, also die Abfrage „wahr“ ist. Die beiden Befehle schließen sich an dein Programm an. Hervorragend. Du hast auch diese Aufgabe gelöst. Speichere sie auf deiner Cloud ab, sende sie auf deinen Calliope mini und teste das Programm. Hast du alles richtig programmiert, sollte die Schranke so funktionieren, wie es in der Aufgabenstellung formuliert wurde.
Calliope Das Programm wartet anschließend auf eine Wertänderung am „Pin 1“. Dann soll sich die Schranke öffnen, eine Sekunde danach schaltet die LED auf „grün“ um. Füge die entsprechenden Befehle an der richtigen Stelle ein. Jetzt fehlen dir noch 2 Befehle und eine Wertänderung. In deinem Programm hast du eine Wartezeit von 5000 ms angegeben. Mit der Zusatzaufgabe wird diese Zeit aber aufgeteilt in „Schranke offen“ und „LED rot“ an.
Calliope Jetzt folgt schon eine zweite Zusatzaufgabe. Sicher ist dir aufgefallen, dass die Schranke schließt, auch wenn die Lichtschranke noch unterbrochen ist. Dies würde natürlich zu einem Schaden am Auto führen. Deswegen lautet die Aufgabe wie folgt: SchrankeA2 Baue in dein Programm eine Sicherung ein, damit die Schranke nur schließt, wenn keine Auto in der Lichtschranke steht, oder die Lichtschranke unterbrochen ist (Fußgänger). Die Lösung ist ein „Oder-Befehl“ der in den Logikbereich eingebaut wird.
Calliope Lösungen AmpelA0 AmpelA1 41
Calliope TrocknerA0 TrocknerA1 42
Calliope SchrankeA0 SchrankeA1 43
Calliope SchrankeA2 Fehlerbehebung Led leuchtet nicht - Überprüfe die Anschlüsse anhand der Bauanleitung - ist Plus und Minus richtig angeschlossen. Lichtschranke funktionier nicht - Überprüfe die Anschlüsse am Fototransistor. Motor dreht nicht - Überprüfe den blauen Stecker, ist er richtig angeschlossen - haben die Buchsen Kontakt zum Calliope mini. Schranke geht nicht auf - Überprüfe den Aufbau des Modells, Schnecke, lockerer Sitz der Schranke.
Calliope fischertechnik GmbH - Weinhalde 14-18 - D-72178 Waldachtel Tel.: +49 7443 12 34 69 - Fax.: +49 7443 12 34 69 E-Mail: info@fischertechnik.de - http://www.fischertechnik.de V.1.
