Mikrocontroller im Alltag

Mikrocontroller kommen oft unbemerkt in technischen Geräten des Alltags wie z. B. Waschmaschinen und Fernbedienungen vor und übernehmen Steuerungsaufgaben.
Bei Ihnen sind im Unterschied zum PC Prozessoren, Rechenwerk, Speicher, sowie Ein- und Ausgabegeräte auf einem einzigen Chip integriert.

Arduino-Boards

Mit Arduino-Boards und der dazugehörigen Software wird ein Einstieg in die Welt der Mikrocontroller kinderleicht.
Diese Entwicklungsumgebung ist vor einigen Jahren mal anfänglich für Designer und Künstler erstellt worden.
Sie hat mittlerweile eine große Fangemeinde in der Welt, die im Internet reichlichst Einsatzbereiche und Bauvorschläge rund um den Arduino beschreibt.

Arduino - technische Daten

Mikrocontroller: Atmel AVR-Mikrocontroller ATmega328
Betriebsspannung: 5V (per USB) oder 7 - 12 V extern (mit Regelung on board)
Taktung: 16 MHz
Speicher: 32 KB Flash, 1 KB EEPROM, 2KB SRAM
14 digitale I/O-Pins (Pin 0-13) - Eingangs- oder Ausgangspins in Abhängigkeit von der Programmierung
6 analoge Ausgangs-Pins (PWM- Pin 3, 5, 6, 9, 10 und 11) - 6 der digitalen Pins, die als analoge Ausgangspins programmiert werden können
6 analoge In-Pins (Analog-In A0 - A5) - geben Werte zwischen 0 und 1023 zurück

Benötigtes Material - Starter Kits

Außer den Arduinoboards wird zum Experimentieren noch weiteres Material benötigt, was am leichtesten zusammen in einem Starterset bezogen werden kann.

Seeed Studio Sidekick Basic Kit V2 (knapp 30€)	Allnet 4duino Starter-Kit (ca. 50€)

http://www.exp-tech.de/mainboards/arduino/seeed-studio-sidekick-basic-kit-v2-with-genuino-uno/	http://www.reichelt.de/Einplatinen-Microcontroller/ARD-DEV-KIT-1/3/index.html?&ACTION=3&LA=3&ARTICLE=144421&GROUPID=6667
viele Teilen	sehr viele Extrateile

Folgende Teile sind außer den Arduinos noch drin: Steckbrett, Elektronische Bauteile (LEDs, Schalter, Sensoren, Widerstände...), Kabel

Programmierung

Programmiert werden die Arduinos normalerweise in C, dazu gibt es eine IDE auf OpenSource-Basis.
doch in der letzten Zeit sind auch einige grafische Programmierumgebungen wie z. B. "Snap4Arduino" und "BlocklyDuino" für die Arduinos entwickelt worden, so dass die Erstellung von Programmen zum "Kinderspiel" wird.
Jede Programmierumgebung hat ihre Vor- und Nachteile:
- Arduino C: leichte Installation, durch textuelle Programmierung nichts für Programmieranfänger, extrem gut dokumentiert
- S4A: leichte Programmierung, keine Übersetzungszeiten, Programme nicht autonom nutzbar (Arduinoboard ist nur Interface)
- BlocklyDuino: sehr leichte Programmierung im Browser, problematischer 2-Fensterbetrieb beim Übersetzen aber bester Lerneffekt, weil generierte C-Programme zu sehen sind

Arduino C	Snap4Arduino	BlocklyDuino

Hinweise und Erläuterungen

Zum Unterrichtsgang sind Hinweise und Erläuterungen zum Rahmenplan NWT Jg. 10 erstellt worden, die momentan in der praktischen Erprobung sind. Folgende Leitfragen werden bearbeitet:
1. Einen Tag ohne Computer – was bedeutet das?
2. Worin unterscheiden und gleichen sich ein Mikrocontroller (MC) und ein Personalcomputer (PC)?
3. Wie kann ich mit einem Mikrocontroller experimentieren?
4. Wie schalte ich eine LED an und wieder aus?
5. Wie kann ich mit einem Mikrocontroller abfragen, ob eine Taste gedrückt ist?
6. Wie kann ich mit einem Mikrocontroller Helligkeitswerte messen und auf einen PC übertragen?
7. Wie kann ich die Lichtintensität einer LED in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit regeln?
Zeitumfang: 10 Doppelstunden (z.B. 5 Wochen a 4 Stunden pro Woche)
Differenzierung: quantitativ und qualitativ möglich
Gruppen-Orga: Ein Arduino-Set für zwei SuS
Kurs-Orga: Selbstlernkurs, elektronischen Lerntagebuch bzw. Portfolio im SchulCommSy-Kurs

MSR mit Arduino - Online-Betreuungsseite

Auf http://informatik.gsepp.de/ kann man sich zur Online-Betreuungsseite (Arduino - Messen, Steuern, ...) durchklicken.
Hier sind ...
- die Arbeitsblätter,
- Links und Tipps sowie
- Bilder von Schaltplänen, Steckbrettaufbauten und zu Programmierhilfen
zu finden.
alternativ bzw. ergänzend kann man auch einen SchulCommSy-Kurs benutzen

Arduino-Roboter

Außerdem gibt es auch vermehrt Roboter(-bausätze) auf Arduinobasis.
DFRobot MiniQ NIBO Burger, Roboterbausatz
Diese beiden Robots sind z. Zt. die interessantesten Vertreter ihrer Art, da sie...
- fertig aufgebaut und
- recht preisgünstig sind (50 - 90€) sowie
- diverse Sensoren onboard haben
Dies ist eine kostengünstige Alternative zu Robotern auf LEGO-EV3-Basis.

Arduino-Roboter -
Online-Betreuungsseite

Auch zu der Programmierung von Arduino-Robotern gibt es eine Online-Betreuungsseite. Auf http://informatik.gsepp.de/ kann man sich zur Online-Betreuungsseite (Arduino - Arduino-Roboter) duchklicken.

Hier finden sich Infos
- zum Unterricht (Anleitungen in Form von Texten und Bildern),
- zur Software (Installation und Nutzung) sowie
- zur Hardware (Infos zu verschiedenen Arduino-Roboterplattformen)
Um die Fahrzeuge mit NXC-Syntax programmieren zu können, ist eine Programmbibliothek erstellt worden.
Ein vorhandener Unterrichtsgang zur NXC-Programmierung ist auf Arduino-Roboter angepasst worden.

DFRobot MiniQ	NIBO Burger, Roboterbausatz

Arduinos - eine vielseitige Lösung

Workshop zur MINT-Fachtagung „Vielfalt verbindet“ - Hamburg - 19.2.2016