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Einführung in die Welt der Mikrocontroller

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Einführung in die Welt der Mikrocontroller

Abschnittsübersicht

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    Allgemeines

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    • In diesem Kurs werdet ihr die spannende Welt der Arduino-Mikrocontroller kennenlernen und erste Schritte in der Programmierung machen. Ihr startet mit einer grundlegenden Einführung, bei der ihr durch Videos oder Präsentationen lernt, was ein Arduino eigentlich ist und wofür er verwendet wird. Nach jedem Lernabschnitt könnt ihr euer Wissen durch interaktive Quizze überprüfen, wobei es wichtig ist, dass ihr eure Antworten auch wirklich "abschickt", damit sie als bearbeitet gespeichert werden. Um das Gelernte praktisch anzuwenden, werdet ihr zunächst in der Online-Simulationsumgebung TinkerCad arbeiten und anschließend die Programme auf echten Funduino-Boards umsetzen. Den Einstieg macht ihr mit einem Quiz von 15 Fragen, das alle wichtigen Grundlagen zusammenfasst.

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    Was ist Arduino ?!?

    • Zuerst wollen wir klären, was ein Arduino eigentlich ist, den Controller und die IDE vorstellen und die Grundidee hinter der Entwicklung des Arduinos erläutern. Schaut euch das Video oder die Präsentation an. Notiert euch die wichtigsten Punkte im Heft.

    • Was ist Arduino? H5P
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      Nachdem ihr die Einführungspräsentation oder das Video gesehen habt, könnt ihr diese 15 Fragen sicher beantworten. Dieses Quiz fasst noch einmal alle wichtigen Punkte zusammen

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    Einführung in die Arduino Programmierung

    • Diese Lektion ist in verschiedene Kapitel unterteilt. Sieh dir immer zuerst das H5P Video an und beantworte die Fragen am Ende des Videos. Du musst das Ergebnis "abschicken", sonst wird die Aufgabe nicht beendet. Danach sollst du die im Video gezeigte Programmierung und Schaltung in TinkerCad nachbauen und programmieren. Wenn die Tinkercad-Simulation funktioniert, baust du sie mit unseren Fundiono Boards nach. 

    • 1. Arduino - Einführung H5P
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      Sieh dir das Video genau an und beantworte die Fragen am Ende des Videos. Vergiss nicht, das Ergebnis am Ende einzusenden, sonst wird die Aufgabe als nicht bearbeitet gespeichert.

    • Video: Tinkercad Aktivitäten abgeben Link/URL
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      In diesem Video wird die Bearbeitung und Abgabe einer Klassenaktivität in Tinkercad gezeigt.

    • 2. Arduino - Erste Schritte H5P
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      In dieser Lektion soll eine einfach Blinkschaltung aufgebaut werden.

      Sieh dir das Video genau an und beantworte die Fragen am Ende des Videos. Vergiss nicht, das Ergebnis am Ende einzusenden, sonst wird die Aufgabe als nicht bearbeitet gespeichert.

      Baue dann die Schaltung in Tinkercad nach und programmiere den Arduino. 

    • Ampelschaltung mit Tinkercad Aufgabe
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      Eine Ampel soll mit Tinkercad programmiert werden. Die Ampel steht auf Rot, schaltet nach einer bestimmten Zeit auf Rot/Gelb und dann auf Grün. Danach schaltet die Ampel wieder auf Gelb und dann auf Rot. Das Programm läuft in einer Endlosschleife. Die Abgabe erfolgt über die Zuordnung zur Aktivität in Tinkercad.

    • 3. Arduino - Einfacher Input H5P
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      In diesem Kapitel soll ein Taster angeschlossen, sein Zustand ausgelesen und der Zustand an den seriellen Monitor ausgegeben werden. Der serielle Monitor ist ein Werkzeug, das uns helfen kann, bestimmte Vorgänge im Programm sichtbar zu machen.

    • 4. Arduino - Variablen H5P
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      Variablen sind eine Art Behälter. Man kennt sie aus der Mathematik oder Physik, z.B. x = vier. In dieser Lektion lernt ihr, wie man mit Variablen umgeht. Übrigens könnt ihr auch in TinkerCat einen Serien Monitor einblenden. Dazu bekommt ihr den Code Fenster unter dem Punkt "Serien Monitor".

    • 5. Arduino - If Bedingungen H5P
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      If-Abfragen sind einfach ausgedrückt Wenn...Dann-Abfragen. Jetzt wird es spannend, aber auch kompliziert. Leider hat die Arduino IDE keinen Debugger. Ein Debugger ist ein Werkzeug, mit dem man seinen Programmcode Schritt für Schritt ausführen kann und so sehen kann, wo der Fehler liegt oder ob alles so ausgeführt wird, wie man es möchte. In Tinkercad gibt es aber einen Debugger. Probiert ihn doch einfach mal aus!

    • 6. Arduino - While Schleife H5P
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      Fußgängerampel:

      Schreibe ein Programm, das wie eine Fußgängerampel funktioniert. 

      • Die Ampel schaltet zuerst auf Rot.
      • Wenn der Fußgänger einen Knopf drückt, schaltet die Ampel nach einer bestimmten Zeit auf Grün.
      • Nun hat der Fußgänger wieder eine bestimmte Zeit, bevor die Ampel wieder auf Rot schaltet.

      Programmiert die Aufgabe wieder zuerst auf tinkercad bevor ihr dann das Programm auf den Funduino übertragt. Benutzt auf Tinkercad am besten schon dieselben Ports die euch beim Funduino zur Verfügung stehen. Dann könnt ihr das ganze Programm einfach mit Cox & Paste in die Arduino IDE einsetzen.

      Hier nochmal eine ausführliche Videoanleitung

       

       

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      Zusatzaufgabe: Besucherzähler

      Programmiere zuerst in Tinkercad und übertrage das Programm dann auf den Funduino. Lies die entsprechenden Lektionen oder schaue dir die Videos an, wenn du neue Bauteile verwenden musst.
      Jedes Mal, wenn der Besucher den Raum betritt, muss er einen Knopf drücken. Der Zähler zählt um eins weiter. Der aktuelle Stand wird auf dem seriellen Monitor angezeigt. Solange weniger als zehn Besucher im Raum sind, leuchtet eine grüne LED. Sobald mehr als 10 Besucher im Raum sind, leuchtet die rote LED.

      Benutze statt dem Taster einen Bewegungsmelder. Der Zähler zählt damit automatisch beim Betreten des Raums hoch. Lest euch Lektion 3 im Funduino Heft durch oder schaut das Video an. Um die Lektion auf Tinkercad zu simulieren ruft die Aktivität "Bewegungsmelder Basic" auf
       
       
       


        Variante: Bei jedem Betreten (wird vom Bewegungssensor erkannt)  wird die Tür geöffnet. Dazu musst du den Servomotor verwenden. Lese dir Dazu die Lektion 7 im Funduino Heft durch oder schau dir das Video an. Ruft die Lektion 7.2 Servo Basic auf Tinkercad auf um die Schaltung zu simulieren.

         
         
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        Zusatzaufgabe: Alarmanlage

        Programmiere zuerst in Tinkercad und übertrage das Programm dann auf den Funduino. Lies die entsprechenden Lektionen oder schaue dir die Videos an, wenn du neue Bauteile verwenden musst.
        Schaut euch die Tinkercode Lektion 8. Buzzer: Tonausgabe an. Dort seht ihr wie der Buzzer angesteuert und angeschlossen werden muss.

        Anforderungen an die Alarmanlage:
        Wird eine Bewegung erkannt, ertönt der Summer im Sekundentakt, zusätzlich leuchtet eine rote LED im Sekundentakt auf.
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      Links und Materialien

      • Hier findet Ihr alle Links und Materialien die Ihr zum Programmieren auf tinkercad oder mit dem Funduino Cube braucht.

      • Arduino Spickzettel Klasse 8 Datei PDF
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        Dieser "Spickzettel" oder "Cheatsheet" (so nennt man das beim Programmieren) enthält alle die wichtigsten Befehle die ihr für die Programme im NWT Unterricht braucht. Ihr müsst die Befehle nicht auswendig können, das kommt von alleine wenn ihr regelmäßig programmiert

        82.7 KB
      • Zur Tinkercad Klasse Link/URL
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      • Zu den Funduino Cube Lektionen Link/URL
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        Die 13 Fundiono Cube Lektionen sind unterteilt in Lektionen, die mit Open Roberta umgesetzt werden und Lektionen, die auf der Programmierung mit der Arduino IDE basieren. In diesem Kurs wird ausschließlich mit der Arduino IDE programmiert.

      • DuckDuckGo KI Assistent Link/URL
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        Eine KI kann beim Programmieren helfen. Wenn euer Code nicht funktioniert und ihr den Fehler nicht findet, könnt ihr die KI fragen. Wenn ihr bestimmte Teile eures Codes verstehen wollt, könnt ihr die KI auch bitten, euch den Code zu erklären. Wichtig ist: Versucht zuerst das Programm ohne KI zu schreiben bzw. eure Fehler zu finden. Die KI wird euch die entsprechenden Hinweise geben! 

      • Zum Download der Arduino IDE Link/URL
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        Wer zu Hause eigene Projekte umsetzen oder einfach nur üben möchte, kann hier die Arduino IDE herunterladen und auf seinem Computer installieren.

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      Online Klassenarbeit

      • KI-NWT-LehrerIn Link/URL
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        Zum DuckDuckGo KI-Chat. 

        Gib den folgenden Prompt ein, um für die NWT Klassenarbeit zu lernen:

        Ich möchte für eine NWT Klassenarbeit Klasse 8 Gymnasium Lernen. Das Thema ist: Grundlagen der Arduino Programmierung, erste einfache Programme, Variablen, If Befehle, Serieller Monitor, PinMode, DigitalRead/ digitalWrite, Led und Taster anschließen.  Das Format soll Multiple Choice sein, warte immer meine Antwort ab. Gebe mir am Ende eine Einschätzung wie meine Leistung war auf einer Notenskala von 1 bis 6.

      • Klassenarbeit Arduino Programmierung Grundlagen Test

    www.angebote.smz-stuttgart.de