LED 1

Im letzten Posten hast du gelernt, wie man mit Hilfe des Arduinos einen Motor per "digitalWrite" ansteuern kann. Dabei hast du auch gelernt, dass der Befehl "delay" bedeutet, dass der Arduino in dieser Zeit warten soll. Bisher hast du ausschliesslich in der Setup-Funktion gearbeitet. Diese wird jeweils nur ein einziges Mal durchlaufen, dann hält der Ardurobot wieder an.

 

Vielleicht hast du sehr aufmerksam hingeschaut, dann hast du im untersten Teil des Sketchs eine weitere Funktion gesehen, welche "void Loop" heisst. Diese Funktion ist vorerst noch leer geblieben. 

In diesem Posten werden wir uns mit dieser Loop-Funktion beschäftigen. 

 

"Loop" (engl.) bedeutet auf deutsch nichts anderes als "Schleife". Mit einer Schleife ist hier nicht eine Geschenkschleife gemeint, sondern etwas, das sich ständig wiederholt. 

 

Lass uns doch einmal anschauen, was dies konkret bedeutet.

 

Ziel des Postens

Du kannst eine oder mehrere LEDs (Leuchtdioden) blinken lassen.

 

Material

  • Ardurobot
  • Breadboard
  • Steckkabel
  • LED
  • 200 Ohm-Widerstand

 

Schaltung

Bevor du ans Programmieren gehst, musst du noch zwei wichtige Dinge über Elektrizität und Strom kennenlernen:

 

1. Die LED (Leuchtdiode)

In diesem Posten lernst du ein neues elektronisches Bauelement kennen. Und zwar handelt es sich hierbei um die Leuchtdiode (engl.: "light-emitting diode") oder kurz: LED. Es ist wichtig, dass du die Grundeigenschaften der LED kennst, damit du sie später richtig einsetzt. 

 

Vielleicht hast du im Naturkundeunterricht das Thema Elektrizität schon genauer angeschaut und weisst daher, dass der Strom fliesst und zwar von Plus (+) zu Minus (–). Du kannst dir den Stromkreis wie ein Fluss vorstellen. Wasser fliesst auch immer vom höchsten (+) zum tiefsten Punkt (–). 

In der Elektrizität unterscheidet man zwischen Stromfluss und Spannung. Wenn wir unser Wasserbeispiel weiterziehen, so entspricht die Spannung dem Höhenunterschied zwischen höchstem (+) und tiefstem (–) Punkt.  

Je weiter auseinander diese beiden Pole sind, desto mehr Energie hat das fliessende Wasser. Der Stromfluss lässt sich mit der Menge an Wasser vergleichen, welches pro Sekunde fliesst. 

 

Soviel zur Theorie. Die LED ist ein Bauteil, welches den Strom nur in eine Richtung durchlässt und in die andere Richtung den Stromfluss stoppt. Sie lässt sich mit einem Ventil vergleichen. Dies ist wichtig zu wissen, denn häufig wird die LED verkehrt herum eingesteckt und leuchtet somit nicht. In diesem Fall muss man sie umdrehen. 

 

 

Betrachte nun die LED, welche vor dir liegt. Was erkennst du? - Genau! Die LED hat zwei verschieden lange Beine. Das längere Bein (hier rechts) ist der Plus-Pol und das kürzere ist der Minus-Pol. 

 


2. Der Widerstand

Die LED ist ein relativ empfindliches Bauteil. Sie verträgt keine zu hohe Spannung. Ist die Spannung zu hoch, so zerstört dies die LED. Klar, jedes Bauteil hält eben nur ein bestimmtes Mass an Spannung aus. So wird z.B. eine kleine Glühbirne eines Fahrrades sofort zerstört werden, würde man sie mit dem Strom einer Steckdose verbinden (bitte nicht ausprobieren!)

 

Damit eben die LED nicht an eine zu grosse Spannung angeschlossen wird, muss man einen sogenannten "Widerstand" in Serie mit der LED schalten. Dieser Widerstand kannst stellst du dir am besten wie ein Wasserfall vor. Ein Fluss, welcher viel Wasserfälle hat fliesst im allgemeinen viel langsamer als ein Fluss, welcher keine Wasserfälle (oder Schleusen) hat. Das kommt daher, dass das Wasser bei einem Wasserfall innert kürzester Zeit sehr viel an Höhe verliert und dadurch auch an Energie. Und eben so ähnlich verhält es sich bei einem Widerstand in der Elektrizität. Er verbraucht einen Teil der elektrischen Energie, so dass nicht mehr so viel Energie für die LED übrig bleibt und die LED nicht zerstört wird. 

 

In unserem Fall brauchen wir einen 200 Ohm-Widerstand, welcher vor oder nach der LED angebracht wird. Anders als beim Wasserbeispiel spielt es hier keine Rolle, ob wir den Widerstand vor oder nach der LED anbringen. Die Energie wird einfach auf die beiden Bauteile verteilt. Zu erklären, warum das so ist, würde hier zu weit gehen.  

 

Die Striche auf dem Widerstand geben an, wie gross der Widerstand ist. Das hier ist ein 200 Ohm-Widerstand. 

 


Aufbau

Hier siehst du ein Schema, wie du die LED auf das Breadboard steckst und mit dem Arduino verbindest. 

 

 

Damit du noch vergleichen kannst, wie das dann wirklich ausschauen wird, ist hier noch ein Bild davon:

 

Anmerkung zum Bild: Wie du siehst, entspricht das Bild nicht ganz dem Schema. Ich habe z.B. ganz andere Löcher ausgewählt. Und den GND habe ich nicht im Board eingesteckt, sondern beim Minus auf dem Breadboard. Das ist so völlig legitim. Auch du brauchst dich nicht völlig an das Schema zu halten. Es soll dir nur eine Idee geben, wie die verschiedenen Teile miteinander verbunden sind. 

 

 

 

Programmieren

Hier findest du den Beispielsketch. Lade ihn auf deinen Arduino. 

Link zum Sketch

 

Wenn alles geklappt hat, dann sollte jetzt die LED im Sekundentakt blinken. 

Funktioniert es nicht? Dann schau, ob die LED richtig eingesteckt wurde und die Kontakte auf den richtigen Linien auf dem Breadboard sind.

 

 

Vertiefungsaufgaben

Vertiefungsaufgabe 1

Verändere nun die Zeit so, dass die LED nicht mehr im Sekundentakt, sondern nur alle zwei Sekunden oder zwei mal in der Sekunde blinkt. 

 

Vertiefungsaufgabe 2

Nun soll die LED doppelt so lange leuchten, wie sie nicht leuchtet. 

 

Vertiefungsaufgabe 3

Schreibe einen Sketch so, dass die LED einmal kurz (500 Ms) und einmal lange (1000 Ms) leuchtet. 

 

Vertiefungsaufgabe 4

Die LED ist im Moment an Pin 3 angeschlossen. Verwende nun den Pin 7, um die LED anzusteuern und verändere dementsprechend den Sketch. 

 

 

Rückblick

Gratuliere! Jetzt kennst du neben der Funktion "Setup" auch noch die Funktion "Loop" und kannst damit sogar etwas herumspielen.

 

Besprecht zu zweit oder zu dritt:

  • Was passiert, wenn ich die Zahl im Delay verändere?
  • Wie muss ich eine LED einstecken, damit sie leuchtet?
  • Was ist der Unterschied zwischen "Loop { }" und "Setup { }" ?

 

 

Erweiterungsmöglichkeiten

Früher, wo es das Telefon noch nicht gegeben hat, haben sich die Leute per Morsen miteinander verständigt. Jeder Buchstabe hat eine bestimmte Abfolge von kurzen, bzw. langen Impulsen. Mehr Informationen zum Thema Morsen und ein Morsealphabet findest du hier. 

 

Du bist nun so weit, dass dein Arduino auch morsen kann. Versuche doch, einem Freund eine Botschaft per Morsen zu schicken. Dieser muss deine Botschaft zu entschlüsseln versuchen.