CONRAD MAKER FACTORY JAJKO DO RASPBERRY PISterowanie prostą elektroniką za pomocą zwykłego komputera lub wręcz laptopa – nawet jeśli jest to tylko kilka diod LED – jest dla pro-gramisty hobbisty wysiłkiem nie wartym zachodu. W komputerze bra-kuje po prostu niezbędnych interfejsów. Ponadto system operacyjny Windows zdecydowanie nie nadaje się do komunikacji z elektroniką.Raspberry Pi to – choć na pierwszy rzut oka tak nie wygląda – pełno-sprawny komputer. Wprawdzie wiele procesów odbywa się wolniej niż w nowoczesnych komputerach, za to jest Raspberry Pi również znacznie mniejszy i przede wszystkim tańszy niż stacjonarny komputer.Eksperymenty w tym technicznym jajku programowane są w Scratch. Ten język programowania jest standardowo zainstalowany na Raspberry Pi i przekonuje niskim poziomem wysiłku potrzebnego na wdrożenie się. Programowanie można rozpocząć natychmiast, bez żadnej wiedzy pod-stawowej. Wszystkie eksperymenty działają z Raspberry Pi 3 i Raspberry Pi 3 B+.

PRZYGOTOWANIE RASPBERRY PIAby rozpocząć użytkowanie Raspberry Pi, potrzebujesz:

Klawiaturę i mysz USBKabel HDMI i monitorKabel sieciowy lub Wi-Fi

Kartę pamięci micro SD z systemem operacyj-nym Raspbian (od wersji 2.8.2)Ładowarkę do telefonu komórkowego z micro USB jako zasilacz (co najmniej 2.000 mA)

Zasilacz musi zostać podłączony jako ostatni, dzięki niemu Raspberry Pi włączy się automatycznie. Nie posiada on własnego włącznika/wyłącz-nika.

KRÓTKA INSTRUKCJA INSTALACJI SYSTEMU OPERACYJNEGOOto instalacja systemu w dziesięciu krokach dla każdego, kto nie ma jeszcze gotowego Raspberry Pi z najnowszą wersją Raspbiana:1. Pobierz NOOBS w wersji 2.8.2 lub wyższej z www.raspberrypi.org/

downloads i zapisz na swoim komputerze, następnie rozpakuj archi-wum zip na dysk twardy.

2. Jeśli karta SD była już używana, przeformatuj ją za pomocą forma-tera SD na komputerze: www.sdcard.org/downloads/formatter_4. Włącz Format Size Adjustment (karta SD musi mieć pojemność co najmniej 4 GB).

3. Skopiuj wszystkie pliki i podkatalogi z NOOBS na kartę SD.

4. Wyjmij kartę SD z komputera, włóż do Raspberry Pi i uruchom go. Na dole wybierz język polski jako język instalacji. Ta opcja automatycz-nie wybiera również polską klawiaturę.

5. Zaznacz wybrany system operacyjny Raspbian i kliknij Install w lewym górnym rogu. Po potwierdzeniu pytania weryfikacyjnego, czy karta pamięci ma zostać nadpisana, rozpocznie się instalacja, która potrwa kilka minut. Po zakończeniu instalacji Raspberry Pi zrestar-tuje się.

6. Począwszy od NOOBS wersji 2.8.2 uruchamiany jest automatycznie asystent konfiguracji. Kliknij Next w pierwszym oknie dialogowym, a następnie wybierz język i strefę czasową, jeśli nie są one automa-tycznie ustawione poprawnie.

7. W następnym kroku zaleca się zmianę domyślnego hasła, które nie jest konieczne w przypadku eksperymentów w tym technicznym jajku.

8. W przypadku połączenia Wi-Fi wybierz sieć i wprowadź hasło, w przypadku połączenia Ethernet po prostu kliknij Skip.

9. W następnym kroku pojawi się pytanie, czy chcesz pobrać aktualiza-cje. W zależności od liczby i rozmiaru aktualizacji dostępnych od czasu obrazu systemu operacyjnego instalacja ta może potrwać nawet godzinę, ale można ją także pominąć za pomocą przycisku Skip.

10. W ostatnim kroku uruchom ponownie Raspberry Pi.

Klawisz Num LockPodobnie jak w przypadku prawie wszystkich systemów Linux, również przy uruchamianiu Raspbiana klawiatura numeryczna jest domyślnie wyłączona. Naciśnij klawisz Num Lock na klawiaturze, aby ją włączyć.

KOMPONENTYTe komponenty są zawarte w jajku technicznym:J 1 płytka prototypowa J 1 kawałek plasteliny

J 7 diod LED z wbudowanym rezystorem J 8 kabli łączących GPIO ograniczającym

J 1 rezystor o 20 MΩJ Kabel mostkujący

Najważniejsze komponenty wyjaśnione pokrótce

PŁYTKA PROTOTYPOWADo szybkiego montażu obwodów elektronicznych, bez konieczności luto-wania, używamy płytki prototypowej. Komponenty elektroniczne można podłączyć bezpośrednio do płytki.W tej płytce prototypowej wszystkie zewnętrzne rzędy podłużne są ze sobą połączone poprzez styki (X i Y). Te rzędy styków są często używane jako biegun dodatni i ujemny w celu zasilania obwodów. W pozostałych rzędach styków połączonych jest zawsze pięć styków (A do E i F do J) poprzecznie ze sobą, przy czym pośrodku płytki pozostaje luka. W ten sposób można tu zainstalować większe komponenty i połączyć je na zewnątrz.

Połączenia na płytce.

DIODY LEDDiody LED (po polsku: diody elektroluminescencyjne) świecą, gdy prąd przepływa przez nie w kierunku przepływu. Diody LED reprezentowane są w obwodach za pomocą symbolu trójkąta przypominającego strzałkę, który wskazuje kierunek przepływu od bieguna dodatniego do bieguna ujemnego lub do przewodu uziemienia. Dioda LED umożliwia przepływ nie-malże dowolnej ilości prądu w kierunku przepływu, ma ona jedynie bardzo niski opór. Aby ograniczyć przepływ prądu i tym samym zapobiec przepa-leniu się diody LED montuje się zazwyczaj rezystor ograniczający o war-tości 220 omów pomiędzy używanym pinem GPIO i anodą diody LED lub pomiędzy katodą i pinem masy. Ten rezystor ograniczający chroni również wyjście GPIO w Raspberry Pi przed wysokim napięciem prądu. Diody LED w jajku technicznym mają już wbudowany rezystor ograniczający i dlatego mogą zostać podłączone bezpośrednio do pinów GPIO.

Schemat obwodu diody LED z rezystorem ograniczającym.

W którym kierunku podłączyć diodę LED?Przewody zasilające diodę LED mają różne długości. Dłuższy to biegun dodatni, anoda, krótszy to katoda. Łatwo to zapamiętać: Znak plus ma jedną kreskę więcej niż znak minus, to oznacza, że drut jest nieco dłuższy. Ponadto większość diod LED jest po stronie ujemnej spłaszczona, porównywalnie ze znakiem minus. Również łatwo zapamiętać: katoda = krótka = krawędź.

REZYSTORRezystory służą do ograniczania przepływu prądu przez wrażliwe ele-menty elektroniczne oraz jako rezystory ograniczające do diod LED. Jed-nostką oporu jest om. 1.000 omów odpowiada jednemu kiloomowi, w skrócie kΩ. 1.000 kΩ odpowiada jednemu megaomowi lub w skrócie MΩ. Często symbol omega Ω używany jest dla jednostki oma.Kolorowe pierścienie na rezystorach wskazują wartość oporu. Przy odro-binie praktyki są one znacznie łatwiejsze do rozpoznania niż małe cyferki, które można znaleźć jeszcze jedynie na bardzo starych rezystorach.Większość rezystorów ma cztery takie kolorowe pierścienie. Pierwsze dwa kolorowe pierścienie oznaczają cyfry, trzecia mnożnik, a czwarta tolerancję. Pierścień tolerancji jest zwykle złoty lub srebrny – kolory, które nie występują na pierwszych pierścieniach. W rezultacie kierunek odczytu jest zawsze jasny. Sama wartość tolerancji nie odgrywa istotnej roli w elektronice cyfrowej. Tabela ukazuje znaczenie kolorowych pier-ścieni na rezystorach.

Kolor Wartość oporu w omach

1. Pierścień (rząd dziesiątek)

2. Pierścień (rząd jednostek)

3. Pierścień (mnożnik)

4. Pierścień (tolerancja)

Srebrny 10−2 = 0,01 ±10 %

Złoty 10−1 = 0,1 ±5 %

Czarny 0 100 = 1

Brązowy 1 1 101 = 10 ±1 %Czerwony 2 2 102 = 100 ±2 %Pomarańczowy 3 3 103 = 1.000

Żółty 4 4 104 = 10.000

Zielony 5 5 105 = 100.000 ±0,5 %Niebieski 6 6 106 = 1.000.000 ±0,25 %Fioletowy 7 7 107 = 10.000.000 ±0,1 %Szary 8 8 108 = 100.000.000 ±0,05 %Biały 9 9 109 = 1.000.000.000

W tym jajku technicznym zawarty jest rezystor o wartości 20 MΩ (czer-wony-czarny-niebieski).Nie ma znaczenia, w którym kierunku wbudowany jest rezystor. Jednak w przypadku diod LED kierunek montażu odgrywa ważną rolę.

KABEL ŁĄCZĄCY GPIOWszystkie kolorowe kable łączące mają na jednym końcu wtyczkę i na drugim końcu gniazdo, które pasuje do pinów GPIO w Raspberry Pi. Wtyczki podłączane są do płytki prototypowej. Programowalne piny GPIO w Raspberry Pi mają numery, piny masy są oznaczone na ilustracji jako GND.

Przyporządkowanie pinów do GPIO.

Środki ostrożnościPod żadnym pozorem nie należy łączyć ze sobą żadnych pinów GPIO, aby zobaczyć, co się stanie.Nie wszystkie piny GPIO można dowolnie zaprogramować. Niektóre są przypisane na stałe do zasilania lub innych celów.Niektóre piny GPIO są bezpośrednio połączone ze złączami procesora, zwarcie może całkowicie zniszczyć Raspberry Pi. Jeśli łączy się przez diodę LED dwa piny ze sobą, należy zawsze wbudować pomiędzy nimi rezystor ochronny. Wyjątkiem są diody LED z wbudowanym rezystorem ograniczającym.Dla sygnałów logicznych należy zawsze używać pina 1, który dostarcza +3,3 V i może być obciążony wartościami do 50 mA. Pin 6 jest linią uziemienia dla sygnałów logicznych.Piny 2 i 4 dostarczają +5 V w celu zasilania sprzętu zewnętrznego. Tu można pobrać tyle prądu, ile dostarcza zasilacz USB do Raspberry Pi. Pinów tych nie wolno jednak łączyć z wejściem GPIO.

KABEL MOSTKUJĄCYZa pomocą kabla mostkującego tworzy się krótkie połączenia, które łączą rzędy styków na płytce prototypowej.

JĘZYK PROGRAMOWANIA SCRATCHScratch jest standardowo zainstalowany na Raspberry Pi, w menu w folderze Rozwój i uważany jest za jeden z najłatwiejszych języków pro-gramowania. Program konstruowany jest za pomocą bloków przypo-minających puzzle, dzięki czemu nie trzeba uczyć się na pamięć nazw poleceń i zasad składni.

NOWY SCRATCH 2Począwszy od pierwszej wersji Raspbiana, język programowania Scratch w wersji 1.x był standardowo zainstalowany. Na komputery stacjonarne dostępna jest od kilku lat nowa wersja Scratch 2 umożliwiająca użyt-kownikom znacznie więcej. Między innymi można tworzyć własne bloki funkcyjne.Scratch 2 działa na komputerze online w przeglądarce. Wymaga to jednak większej mocy obliczeniowej niż Raspberry Pi obecnie oferuje. Począwszy od wersji NOOBS 2.4.0 w systemie operacyjnym Raspbian zainstalowana jest standardowo wersja Scratch 2, która działa w trybie offline bez przeglądarki, dzięki czemu niska wydajność Raspberry Pi 3 nie stwarza problemu. Dzięki Scratch 2 kontrola sprzętu za pośrednictwem interfejsu GPIO stała się znacznie łatwiejsza. Jednak niektóre kluczowe funkcje sterowania przez GPIO nie są jeszcze obsługiwane. Dlatego nadal używamy sprawdzonej wersji Scratch 1.4 we wszystkich projektach w tym kalendarzu adwentowym.

PRZYGOTOWANIE SCRATCHKliknij globus w lewym górnym rogu obok logo Scratch i wybierz język pol-

ski. Wybrany język zostaje zapamiętany, dzięki czemu nie trzeba go za każdym razem ponownie wybierać.Scratch 1.4 zapewnia obsługę różnych komponentów sprzętowych na porcie GPIO, które muszą być aktywowane raz dla każdego programu za pomocą opcji Edytuj/Uruchom serwer GPIO w menu.Fakt, że obsługa GPIO jest aktywna, można rozpoznać po tym, że ta opcja w menu zmienia się na Zatrzymaj serwer GPIO. Sprawdź tą opcję dla każdego nowego programu w Scratch.

Uruchom serwer GPIO w Scratch 1.4

Programy do pobraniaProgramy używane w jajku technicznym można pobrać tutaj: www.buch.cd. Wprowadź dla tego produktu kod xxxx w polu wprowadzania.

Otwórz stronę internetową bezpośrednio za pomocą zainstalowanej przeglądarki na Raspberry Pi i pobierz plik zip, który zapiszesz w katalogu domowym /home/pi.Uruchom menedżera plików na Raspberry Pi. On automatycznie wyświetli katalog domowy podczas uruchamiania. Kliknij prawym przyciskiem myszy na pobrany

plik zip i wybierz z menu polecenie Rozpakuj tutaj.Archiwum pobierania zawiera ten podręcznik w formacie PDF w kolorze, dzięki czemu można lepiej rozpoznać poszczególne przewody na schematach obwodów, a także ilustracje programów w Scratch.

DWIE DIODY LED MIGAJĄ NAPRZE-MIENNIEW pierwszym eksperymencie dwie diody migają na przemian na czer-wono i zielono. Całość sterowana jest przez niekończącą się pętlę w Scratch.

KOMPONENTY1 płytka prototypowa 1 czerwone diody LED z rezystorem ograniczającym 1 zielone diody LED z rezystorem ograniczającym 3 kabli łączących GPIO

Dwie diody LED migają na Raspberry Pi.

Zwróć uwagę na prawidłowy kierunek montażu diod LED. Płaska strona ukazana jest na powyższym obrazku. Konstrukcje obwodów wykorzy-Przełącz Scratch 1.4 na język polski

stują listwę stykową na jednej z podłużnych stron płytki prototypowej jako styk uziemienia. Tutaj podłączane są katody wszystkich diod LED, które łączone są kablem z pinem uziemienia GND na Raspberry Pi.

PROGRAMW Scratch nie musisz wpisywać podczas programowania kodu źród-łowego. Bloki są po prostu ustawiane obok siebie poprzez przeciąga-nie i upuszczanie. Paleta bloków w lewej części okna Scratch zawiera dostępne bloki uporządkowane tematycznie.

Ten program w Scratch 01blink steruje obiema diodami LED.

Możesz samodzielnie zmontować program na ekranie lub użyć w tym celu programu 01blink z folderu pobierania. W tym celu wybierz z menu Plik/Otwórz i kliknij przycisk pi w następnym oknie dialogowym, aby wybrać osobisty katalog domowy, w którym znajdują się pobrane pro-gramy.W Scratch kliknij żółtą ikonę Sterowanie w lewym górnym rogu. W pale-cie bloków po lewej stronie wyświetlą się bloki do sterowania. Do tego pierwszego programu potrzebujemy jedynie te żółte bloki.Przeciągnij potrzebne bloki z palety bloków do okna skryptu pośrodku Scratch.

Blok Jeśli (zielona flaga) kliknięta służy do uruchamiania programu. Następujące elementy skryptu zostaną wykonane po kliknięciu zielonej flagi w prawym górnym rogu w Scratch. Blok jest okrągły u góry, więc nie pasuje pod żaden inny blok. Musi on być zawsze umieszczony jako pierwszy.

Polecenia GPIO wydawane są przez blok w Scratch wyślij... do wszyst-kich. Poszczególne określenia pinów i odpowiednie słowa kluczowe wprowadzane są poprzez pole tekstowe. W tym celu kliknij pole teks-towe w bloku, wybierz Nowy/edytuj... i wprowadź tekst.Początkowo piny GPIO 8 i 12 definiowane są jako wyjścia – config8out i config12out. Każdy pin GPIO może służyć jako wyjście lub wejście.

Pętla powtarzaj nieprzerwanie spowoduje, że obie diody LED będą migać bezustannie, aż do momentu, gdy użytkownik kliknie czerwoną ikonę zatrzymania w prawym górnym rogu w Scratch. Wszystkie bloki w pętli zostaną powtórzone.

Po włączeniu czerwonej diody LED na pinie 8 i wyłączeniu zielonej na pinie 12 program czeka pół sekundy. W tym celu dostępny jest w Scratch specjalny blok czekaj...sek.

Następnie zielona dioda LED na pinie 12 jest włączana i czerwona dioda na pinie 8 jest wyłączana w ten sam sposób. Po kolejnej półsekundowej przerwie cykl powtarza się.

WskazówkaJeśli diody LED migają szybciej, skróć odstępy czasu w obu blokach czekaj...sek. w pętli. Jeśli chcesz, by migały wolniej, wydłuż czas oczekiwania. Podobnie jak wiele amerykańskich programów Scratch używa kropki zamiast przecinka, który jest powszechny w języku polskim. Półsekundowy czas oczekiwania zapisany więc będzie jako 0.5, a nie 0,5.

ZAPISYWANIE PROGRAMUNie zapomnij zapisać gotowego programu za pomocą ikonki dyskietki w lewym górnym rogu, byś mógł go później ponownie użyć.

PROSTY OBWÓD SYGNALIZACJI ŚWIETLNEJWłączanie i wyłączanie dwóch diod LED może być początkowo ekscytu-jące, ale tak naprawdę nie potrzebujesz do tego komputera. Sygnaliza-cja świetlna z typowym cyklem świetlnym od zielonego przez żółty do czerwonego, a następnie przez światło czerwono-żółte ponownie do zielonego jest już nieco bardziej ekscytująca.

KOMPONENTY1 płytka prototypowa 1 czerwone diody LED z rezystorem ograniczającym 1 żółte diody LED z rezystorem ograniczającym 1 zielone diody LED z rezystorem ograniczającym 4 kabli łączących GPIO

Sygnalizacja świetlna z trzech diod LED.

PROGRAMProgram 02ampel01 nie zawiera wielu nowych elementów w porówna-niu z poprzednim programem.

Program 02ampel01 w Scratch steruje sygnalizacją świetlną.

Pierwszy blok wyślij... do wszystkich definiuje piny 12, 7 i 8 jako wyjścia. W jednym bloku może zostać wysłanych kilka poleceń GPIO.Drugi blok wyślij... do wszystkich zapewnia zdefiniowaną pozycję wyj-ściową w przypadku, gdy diody LED z poprzedniego programu nadal się świecą. Zielona dioda LED na pinie 12 zostaje włączona, żółta dioda LED na pinie 7 i czerwona na pinie 8 zostają wyłączone.Pętla powtarzaj nieprzerwanie rozpoczyna się od dwusekundowej fazy światła zielonego. Następnie zapala się światło żółte, a po 0,6 sekundy światło czerwone. Faza światła czerwonego trwa znów 2 sekundy, po których sygnalizacja świetlna zmienia kolor – poprzez czerwono-żółty na zielony. Następnie pętla rozpoczyna się od nowa. Cykl ten powtarza się, dopóki użytkownik nie kliknie czerwonej ikony zatrzymania.

SYGNALIZACJA ŚWIETLNA DLA PIESZYCH Z CZUJNIKIEMKolejny eksperyment poszerza prosty obwód sygnalizacji świetlnej o światła dla pieszych, które wskazują fazę światła zielonego dla pie-szych podczas fazy światła czerwonego dla pojazdów. Cykl sygnalizacji świetlnej nie działa tu automatycznie, lecz jest uruchamiany poprzez dotknięcie przycisku czujnika, jak w typowej sygnalizacji świetlnej dla pieszych.

KOMPONENTY1 płytka prototypowa 2 czerwone diody LED z rezystorem ograniczającym 1 żółte diody LED z rezystorem ograniczającym 2 zielone diody LED z rezystorem ograniczającym 1 rezystor o wartości 20 MΩ (czerwony-czarny-niebieski) 8 kabli łączących GPIO 2 styki z plasteliny

Sygnalizacja świetlna dla pieszych z czujnikiem.

Obecnie sygnalizacja świetlna, otwieranie drzwi, włączniki światła i auto-maty często sterowane są za pomocą czujników, które wystarczy jedynie dotknąć. Przyciski, które trzeba naprawdę nacisnąć, spotyka się coraz rzadziej.

CZUJNIK Z PLASTELINYSłużący jako wejście pin GPIO połączony jest z +3,3V poprzez rezystor o bardzo wysokiej impedancji (20MΩ), co skutkuje słabym, ale wyraźnie zdefiniowanym jako wysoki sygnałem. Człowiek, który nie unosi się swo-bodnie w powietrzu, jest zawsze uziemiony i dostarcza poprzez skórę przewodzącą elektryczność poziom niski. Jeśli człowiek ten dotknie w tym momencie czujnik, na słaby sygnał wysoki nałożony zostaje znacz-nie silniejszy niski poziom ludzkiej ręki, który ściągnie pin GPIO na poziom niski.

Wysokość oporu pomiędzy ręką a masą zależy jednak od wielu czynni-ków, między innymi od rodzaju butów i podłoża. Boso na mokrej trawie, połączenie z masą ziemi jest najlepsze, ale również na kamiennych pod-łożach funkcjonuje ono zazwyczaj dobrze. Podłogi drewniane izolują sil-niej, pokrycia podłogowe z tworzywa sztucznego są często wręcz nała-dowane dodatnio. Plastelina przewodzi prąd mniej więcej tak dobrze jak ludzka skóra. Łatwo ugnieść ją w dowolny kształt, a styk z plasteliny dotyka się znacz-nie lepiej niż zwykły kawałek drutu. Powierzchnia, na której ręka dotyka styku, jest znacznie większa. W ten sposób łatwo uniknąć „chwiejnego styku”. Wetknij kawałek odizolowanego przewodu w kawałek plasteliny. Drugi koniec drutu wetknij w płytkę prototypową.Jeśli czujnik nie działa, obwód zawiera drugi styk z plasteliny, który jest połączony z szyną uziemiającą płytki. Jest on oznaczony na rysunku znakiem minus. Dotknij równocześnie tego styku oraz samego czujnika. W ten sposób połączenie uziemiające jest z pewnością utworzone.

PROGRAMProgram 03ampel02 przełącza sygnalizację świetlną dla pieszych. Kliknij zieloną flagę, aby uruchomić program. Sygnalizacja świetlna wskazuje światło zielone dla pojazdów, a czerwone dla pieszych, tak jak ukazywa-łaby to prawdziwa sygnalizacja świetlna przez wiele godzin, gdy żaden pieszy nie naciska przycisku.Dotknij teraz czerwonego styku z plasteliny. Rozpocznie się cykl sygna-lizacji świetlnej, który w naszym programie, tak jak w przypadku praw-dziwej sygnalizacji drogowej, składa się z 6 różnych zestawów świateł, które świecą przez różny okres czasu.

0,6 sek. 0,6 sek. 2 sek. 0,6 sek. 0,6 sek. >= 2 sek. Przy ostatnim zestawie świateł – czerwone dla pieszych, zielone dla pojazdów – sygnalizacja powraca do stanu podstawowego. Program musi jednak zadbać o to, by również ten zestaw zawsze świecił przez określony minimalny czas trwania. Nawet jeśli piesi bezustannie naci-skają przycisk, również pojazdy muszą otrzymać czas na przejazd. W naszym modelu sygnalizacji świetlnej czas ten określony jest na 2 sekundy, w prawdziwej sygnalizacji świetlnej jest on oczywiście znacznie dłuższy.

Program 03ampel02 w Scratch steruje sygnalizacją świetlną dla pieszych.

Początkowo jako wyjścia zdefiniowane są piny 12, 7 i 8 dla świateł drogo-wych oraz 24 i 23 dla sygnalizacji dla pieszych. Pin 21 ustawiony zostaje jako wejście dla czujnika. ...inpullnone wyłącza rezystor pull-down wbu-dowany na pinie GPIO, ponieważ zakłócałby on funkcję czujnika.Następnie włączana jest pozycja podstawowa sygnalizacji świetlnej, światło zielone dla pojazdów, a czerwone dla pieszych. Pozostałe trzy diody LED zostają wyłączone. Wyłączenie już na początku nie jest właś-ciwie konieczne. Służy ono jedynie zapewnieniu, że program zostanie uruchomiony w jasno określonym stanie.Teraz, podobnie jak w ostatnim programie, rozpocznie się pętla powta-rzaj nieprzerwanie, która wysyła zapytanie do styku z plasteliny na pinie 21 GPIO. Jeśli dostarcza on wartość 0, zostanie on dotknięty i ściągnięty do poziomu niskiego.

W tym celu używamy bloku w Scratch jeśli, który działa podobnie do zapytania if w innych językach programowania. Dla samego zapytania przewidziane jest w bloku jeśli podłużne pole ze spiczastymi końcami. W tym miejscu należy wstawić blok z zielonej palety bloków Operato-rzy. Wybierz blok ze znakiem równości i przeciągnij go w miejsce pola zastępczego w bloku jeśli.

Ten operator jest zawsze wtedy prawdziwy, jeśli obie wartości po lewej i prawej stronie znaku równości są sobie równe. W naszym przypadku wartość pinu 21 GPIO powinna wynosić 0. Do odpytywania wejść GPIO używany jest blok Wartość czujnika z niebieskiej palety bloków Rozpo-znawanie.

Przeciągnij ten blok w miejsce pola zastępczego po lewej stronie w zielo-nym operatorze równości. W polu listy niebieskiego bloku wybierz czuj-nik gpio21. Oprócz niektórych predefiniowanych czujników do wyboru są wszystkie piny GPIO, które zdefiniowane są jako wejścia. Kliknij teraz raz na zieloną flagę w prawym górnym rogu, aby rozpocząć jeszcze niedo-kończony program. Zdefiniuje to piny GPIO, a gpio21 pojawi się w liście wyboru. Zatrzymaj program za pomocą czerwonego znaku stop. Następ-nie wprowadź wartość 0 po prawej stronie w zielonym operatorze rów-ności.Spowoduje to przełączanie różnych zestawów świateł sygnalizacji jeden po drugim w odstępach 0,6 sekundy. Gdy światło dla pieszych jest zie-lone, czas oczekiwania wynosi 2 sekundy. Również minimalny czas trwa-nia fazy światła zielonego sygnalizacji świetlnej dla pojazdów wynosi 2 sekundy.

DIODY LED MIGAJĄ LOSOWOSiedem diod LED miga w kolejności losowej, przy czym również kilka z nich może być jednocześnie włączonych. Działa to tak: Zawsze naprze-miennie włączana jest losowo wybrana dioda LED, a następnie losowo wybrana dioda LED jest wyłączana.

Jak powstają liczby losowe?Powszechnie uważa się, że nic w programie nie może wydarzać się losowo – jak może więc program być w stanie generować losowe liczby? Jeśli podzieli się dużą liczbę pierwszą przez dowolną wartość, otrzyma się od x-tego miejsca po przecinku liczby prawie nieprzewidywalne. Te liczby zmieniają się również bez jakiejkolwiek prawidłowości, jeśli zwiększa się regularnie dzielnik. Wynik ten wydaje się być wprawdzie przypadkowy, można go jednak dowolnie odtwarzać poprzez identyczny program lub wielokrotne wywołanie tego samego programu. Jeśli jednak weźmie się liczbę składającą się z niektórych z tych cyfr, a następnie podzieli się ją przez liczbę, która wynika z aktualnej sekundy godziny zegarowej lub z zawartości dowolnego miejsca w pamięci komputera, otrzyma się wynik, którego nie można odtworzyć i dlatego określony zostaje jako liczba losowa.

KOMPONENTY1 płytka prototypowa 2 czerwone diody LED z rezystorem ograniczającym 2 żółte diody LED z rezystorem ograniczającym 2 zielone diody LED z rezystorem ograniczającym 1 niebieska dioda LED z rezystorem ograniczającym 8 kabli łączących GPIO

7 diod LED miga.

PROGRAMProgram 04leds zawiera kilka nowych elementów w porównaniu z poprzednimi programami.

Program 04leds w Scratch sprawia, że 7 diod LED miga losowo.

Dla tego programu utwórz w palecie bloków Zmienne zmienną o nazwie i oraz listę o nazwie Diody LED. Zmienna i jest używana dla licznika pętli. Programiści używają zwyczajowo zawsze i, j, k... dla liczników.

Zmienne i listy w ScratchZmienne to małe miejsca na dysku, w których program zapisuje sobie liczbę lub inną informację. Po zakończeniu programu te miejsca zapisywania zmiennych są opróżniane automatycznie. Zanim będą mogły być używane, zmienne muszą najpierw zostać utworzone w Scratch w palecie bloków Zmienne poprzez kliknięcie na Nowa zmienna. Następnie możesz przeciągnąć symbol nowo utworzonej zmiennej z palety bloków w wyznaczone pole bloku w programie. W palecie bloków dostępne są dodatkowo różne bloki do odczytu i zmiany zmiennych.Lista jest specjalną formą zmiennej. Na takich listach można zapisać kilka wartości i adresować je poprzez pozycję na liście. Elementy listy są zwiększane począwszy od 1. Numer ostatniego elementu odpowiada długości listy.

Na początku opróżniona zostaje całkowicie lista Diody LED, aby nie zawierała żadnych danych z poprzedniego przebiegu programu. Zawar-tość zmiennych i list pozostaje w pamięci, nawet jeśli program zostanie zatrzymany za pomocą czerwonego symbolu stop, a następnie ponow-nie uruchomiony.Następnie wprowadzanych zostaje do listy po kolei siedem numerów pinów GPIO, które używane są dla diod LED.Zmienna i ustawiona zostaje na 1 jako licznik pętli i uruchomiona zostaje pętla, która realizowana jest siedem razy, odpowiednio do długości listy Diody LED. Scratch oferuje blok Długość wynosi..., który zawsze zawiera długość listy do wyboru.

Aby zdefiniować każdy pin jako wyjście i je również wyłączyć, teksty w blokach wyślij ... do wszystkich konstruowane są dla każdej diody LED na nowo. Blok połącz ... ... z zielonej palety bloków Operatorzy łączy dwa dowolne ciągi znaków w jeden. Dwa zagnieżdżone bloki połącz ... ... łączą trzy ciągi znaków, słowo config, numer pinu GPIO odpowiadającego aktualnemu licznikowi pętli oraz słowo out, aby zdefiniować piny jako wyjścia. W ten sam sposób wyłączane są piny za pomocą gpio, numeru pina i off.Następnie licznik pętli zwiększany jest o 1, a następny pin definiowany jako wyjście i wyłączany.

Następnie rozpoczyna się pętla powtarzaj nieprzerwanie, która włącza jedną losowo wybraną diodę LED i po 0,1 sekundy wyłącza jedną losowo wybraną diodę LED. Również tutaj teksty w blokach wyślij ... do wszyst-kich zostają za każdym razem skonstruowane na nowo. Blok liczba losowa od ... do ... z zielonej palety bloków Operatorzy wybiera losową diodę LED. Losowa liczba musi mieścić się w przedziale od 1 do wartości odpowiadającej długości listy Diody LED, w naszym przypadku jest to 7.Ponieważ diody LED, które zostają włączone i wyłączone wybierane są losowo i niezależnie od siebie, może być jednocześnie włączona różna ilość diod LED. Możliwy jest nawet przypadek, w którym w przebiegu pętli nic się nie zmieni.

ŚWIATŁO BIEGNĄCE Z REGULOWANĄ PRĘDKOŚCIĄMontaż obwodu dla tego eksperymentu jest taki sam jak poprzedni, z wyjątkiem tego, że diody LED nie migają losowo, lecz na przemian po kolei. Efekt światła biegnącego powstaje, gdy dioda LED świeci się przez krótki czas, a po jej wyłączeniu natychmiast włącza się kolejna bezpośrednio obok niej położona dioda LED. Po wyłączeniu ostatniej diody LED w rzędzie, ponownie włączona zostaje pierwsza dioda.

KOMPONENTY (MONTAŻ ODPOWIADA TEMU W POPRZEDNIM EKSPERYMENCIE)1 płytka prototypowa 2 czerwone diody LED z rezystorem ograniczającym 2 żółte diody LED z rezystorem ograniczającym 2 zielone diody LED z rezystorem ograniczającym 1 niebieska dioda LED z rezystorem ograniczającym 8 kabli łączących GPIO

7 diod LED jako światło biegnące.

PROGRAMProgram 05lauflicht powoduje, że diody LED świecą jako światło bieg-nące. Prędkość można ustawić interaktywnie podczas działania pro-gramu. W tym celu program używa dodatkowej zmiennej przerwa, która wskazuje przerwę pomiędzy dwoma funkcjami przełączania.

Program 05lauflicht w Scratch powoduje świecenie 7 diod LED jako światło biegnące.

Możesz zbudować ten program na bazie poprzedniego, ponieważ począ-tek jest w dużej mierze taki sam.Blok ustaw przerwę na 5 z palety bloków Zmienne ustawia przerwę na 5, co w programie odpowiada połowie sekundy.Niekończąca się pętla włącza i wyłącza diody LED jedna po drugiej. Ponieważ w Scratch jedynie liczby całkowite mogą być interaktywnie ustawiane jako wartości zmiennych, program dzieli wartość zmiennej przerwa przez 10. W tym celu użyj bloku .../... z palety bloków Operato-rzy. Przeciągnij symbol zmiennej przerwa z palety bloków Zmienne w lewe pole operatora i wprowadź liczbę 10 po prawej stronie.Aby móc interaktywnie zmieniać wartość zmiennej w programie, zaznacz pole po lewej stronie symbolu zmiennej w palecie bloków Zmienne. Dzięki temu zmienna pojawia się na scenie i wskazuje zawsze aktualną wartość.Kliknij prawym przyciskiem myszy zmienną na scenie i wybierz Suwak z menu kontekstowego. Dzięki temu pojawi się suwak, za pomocą którego można ustawić wartość zmiennej.

Następnie kliknij Ustaw zakres suwaka i ustaw maksymalną wartość na 10, co przy późniejszym podziale przez 10 oznacza jednosekundową prze-rwę.

Uruchom program. Diody LED migają automatycznie jedna po drugiej. Teraz możesz dostosować prędkość za pomocą suwaka przy zmiennej przerwa na scenie.

PANEL STEROWANIA OŚWIETLENIEM W SCRATCHProsty panel sterowania oświetleniem przełącza diody LED poprzez kliknięcia w Scratch. Panel sterowania w Scratch wyświetla również stan diod LED.

KOMPONENTY (MONTAŻ ODPOWIADA TEMU W POPRZEDNIM EKSPERYMENCIE)1 płytka prototypowa 2 czerwone diody LED z rezystorem ograniczającym 2 żółte diody LED z rezystorem ograniczającym 2 zielone diody LED z rezystorem ograniczającym 1 niebieska dioda LED z rezystorem ograniczającym 8 kabli łączących GPIO

Sterowanie 7 diodami LED za pomocą panelu sterowania.

PROGRAMScena w Scratch, na której do tej pory widać jedynie kota, jest w sta-nie dokonać znacznie więcej, niż tylko ukazywać zmienne. Tutaj możesz tworzyć obiekty graficzne, które poruszają się lub reagują na działania użytkownika. Każdy program może zawierać kilka obiektów. W programie 06leds7 każdy obiekt posiada własne bloki programowe.Najpierw usuń kota, który nie jest potrzebny w tym programie. Aby to zrobić, kliknij prawym przyciskiem myszy na kota w prawym dolnym rogu okna obiektu i wybierz Usuń z menu kontekstowego.

Następnie utwórz nowy obiekt dla pierwszej diody LED. Gdy jest ono cał-kowicie skonstruowane i zaprogramowane, możesz powielić je dla innych diod LED i jedynie lekko dopasować. Możesz namalować ten obiekt bez-pośrednio w Scratch. W tym celu kliknij ikonę Namaluj nowy obiekt w oknie obiektu. Scratch zawiera prosty program do malowania, który pozwala namalować szare kółko jako nowy obiekt. U góry głównego okna w Scratch nadaj temu obiektowi nazwę LED1.

Każdy obiekt w Scratch może zmienić swój wygląd dzięki tak zwanym kostiumom. Wybierz obiekt LED1 i przejdź do karty Kostiumy w oknie skryptu. Skopiuj istniejący kostium klikając Kopiuj. Edytuj drugi kostium za pomocą programu do malowania. Wypełnij szary obszar kolorem zielonym, aby reprezentował włączoną diodę LED.Obiekt LED1 otrzyma własne bloki programowe. Po kliknięciu zielonej flagi pin 12 jest najpierw ustawiany jako wyjście i wyłączany. Ponadto obiekt na ekranie powinien być ukazany jako szary, gdy jest wyłą-czony. W tym celu dołącz do bloku Gdy zielona flaga kliknięta blok Użyj kostiumu... na palecie bloków Wygląd. W polu wyboru tego bloku wybierz kostium1.

Jeśli sam obiekt zostanie kliknięty, powinien ukazać się on na ekranie w kolorze. Równocześnie powinna również włączyć się odpowiednia dioda LED. Kolejne kliknięcie powinno spowodować wyłączenie diody LED i obiektu na ekranie.W tym celu użyj bloku Kiedy LED1 kliknięta z zakładki Sterowanie. Po kliknięciu najpierw zmieni się kostium, a następnie program sprawdzi, czy aktualnie widoczny jest kolorowy kostium2 dla włączonej diody LED. W takim przypadku dioda LED na pin 12 zostanie włączona. Jeśli jednak widoczny jest kostium1 dla wyłączonej diody LED, dioda LED na pinie 12 zostanie wyłączona.Po ustawieniu wszystkich bloków programu powiel obiekt LED1 prawym przyciskiem myszy w oknie obiektu. Zmień nazwę nowego obiektu na LED2.

Edytuj kostium2 w programie do malowania. Wypełnij kółko kolorem żółtym. Następnie zmień w bloku skryptu używany pin GPIO na 7. Powiel kolejne bloki, zmień kolory zmiennej kostium2 na kolory odpowiadające diodom LED i numery pinów na odpowiednie.Uruchom program klikając zieloną flagę. Wszystkie diody LED są wyłą-czone, obiekty są szare. Kliknięcie jednego z obiektów spowoduje jego ukazanie się w kolorze oraz zaświecenie się odpowiedniej diody LED, aż do kolejnego kliknięcia. Umożliwia to indywidualne włączanie i wyłącza-nie diod LED.

KOSTKA DO GRY Z DIODAMI LEDKażdy zna i ma w domu typowe kości do gry ukazujące 1-6 oczek. Zde-cydowanie fajniejsza jest kostka do gry sterowana elektronicznie, która dzięki sterowaniu za pomocą styków z plasteliny posiada świe-cące oczka – nie po prostu 1-6 diod LED w rzędzie, lecz w układzie, w jakim znajdują się one na kościach do gry. Kości do gier posiadają oczka w typowym kwadratowym układzie, który wymaga 7 diod LED sterowanych w czterech grupach, jak uka-zano na rysunku. Aby kontrolować diody LED potrzebujemy jedynie 4 pinów GPIO zamiast 7, ponieważ kostka do gry używa oczka parami do ukazywania liczb parzystych.

Symbole oczek kostki ukazywane poprzez grupy LED

KOMPONENTY1 płytka prototypowa 2 czerwone diody LED z rezystorem ograniczającym 2 żółte diody LED z rezystorem ograniczającym 2 zielone diody LED z rezystorem ograniczającym 1 niebieska dioda LED z rezystorem ograniczającym 1 rezystor o wartości 20 MΩ (czerwony-czarny-niebieski) 7 kabli łączących GPIO 5 kabli mostkowych (różne długości) 2 styki z plasteliny

Sterowanie kości z 7 diodami LED za pomocą czujnika.

Dla równocześnie włączonych diod LED używamy tych samych kolorów. Do tego obwodu potrzebne są kable mostkowe z przewodu mostku-jącego. Przytnij przewód na odpowiednią długość za pomocą małych szczypiec tnących bocznych. Aby móc lepiej wetknąć przewody w płytkę prototypową, zaleca się przecięcie przewodów lekko pod skosem, aby powstał swojego rodzaju klin. Następnie usuń izolację z obu końców ostrym nożem na długości około 5 mm.

PROGRAMProgram 07wuerfel symuluje kostkę do gry. Wszystkie diody LED są na początku wyłączone. Dotknij krótko dwóch styków z plasteliny, aby rzu-cić kostką. Po zwolnieniu styków wyrzucona na kostce liczba zostaje wyświetlona do momentu ponownego dotknięcia styków z plasteliny.

Program 07wuerfel symuluje kostkę do gry.

Gdy gracz kliknie zieloną flagę, zainicjowanych zostanie najpierw pięć używanych pinów GPIO. W tym przypadku używamy pinów 18, 23, 24, 25 jako wyjścia dla diod LED i pinu 21 jako wejście dla styku z plasteliny. Następnie rozpoczyna się niekończąca się pętla, która czeka na dotknię-cie styków z plasteliny. W tym celu wysyłane jest w każdym przebiegu zapytanie do pinu 21 GPIO.Jeśli ten pin GPIO ma wartość 0 wykonane zostają instrukcje w bloku jeśli. W pierwszym kroku program wyłącza cztery diody LED. Na

początku wszystkie diody LED są wyłączone, jednak później wyświetlany jest wynik rzutu kostką, aż do momentu ponownego dotknięcia styków z plasteliny.Następnie generowana jest losowa liczba między 1 i 6, która zapisywana jest w zmiennej w. Jeśli włączysz przełącznik po lewej stronie obok zmiennej w w palecie bloków Zmienne, ta zmienna pojawi się automa-tycznie na scenie przy kocie w małym pomarańczowym polu. W ten spo-sób zawsze widoczna jest tutaj wyrzucona kostką liczba i łatwo spraw-dzić, czy diody LED działają. To pole liczbowe jest bardzo małe. Kliknij na nie prawym przyciskiem myszy i wybierz z menu Wyświetl dużą czcionką. Teraz można łatwiej rozpoznać liczbę.Po wyrzuceniu liczby kostką następuje sześć bloków jeśli dla każdej możliwej wartości rzutu. Każdy z tych bloków włącza odpowiednią kom-binację diod LED dla określonej liczby w rzucie. Niezależnie od wyniku rzutu kostką program powinien zawsze czekać jeszcze pół sekundy po każdym rzucie za pomocą dotknięcia styku z pla-steliny, aby uniknąć sytuacji, w której dwa różne rzuty kostki wywołane są w krótkim odstępie czasu po sobie poprzez tzw. odbicie klawiszy. Tą funkcję przejmie blok czekaj 0,5 sek. po ostatnim bloku jeśli. Ten krok zostanie przeprowadzony w każdym przypadku.

Wszystkie prezentowane obwody i programy zostały opracowane, sprawdzone i przetestowane z najwyższą starannością. Niemniej jednak nie można całkowicie wykluczyć błędów. Wydawca i autor ponoszą odpowiedzialność w przypadku umyślnego lub rażącego niedbalstwa zgodnie z przepisami ustawowymi. Ponadto, wydawca i autor są odpowiedzialni zgodnie z ustawą o odpowiedzialności za produkt w przypadku narażenia życia, ciała lub zdrowia oraz zawinione naruszenie istotnych zobo-wiązań umownych. Roszczenie o odszkodowanie za naruszenie istotnych zobowiązań umownych jest ograniczone do typowych dla umowy szkód przewidywalnych, o ile nie zachodzi przypadek obowiąz-kowej odpowiedzialności wynikającej z ustawy o odpowiedzialności za produkt.

Uwaga! Ochrona oczu i diody LED:Nie należy patrzeć bezpośrednio na diodę LED z niewielkiej odległości, ponieważ bezpośrednie spoj-rzenie może spowodować uszkodzenie siatkówki! Dotyczy to w szczególności jasnych diod LED w przezroczystej obudowie, a zwłaszcza diod Power LED. Przy białych, niebieskich, fioletowych i ultra-fioletowych diodach LED pozorna jasność sprawia mylne wrażenie o rzeczywistym zagrożeniu dla oczu. Szczególną ostrożność należy zachować przy stosowaniu soczewek skupiających. Należy uży-wać diod LED zgodnie z przeznaczeniem wskazanym w instrukcji, jednak nie przy większych natęże-niach prądu.

Drodzy klienci!Ten produkt został wyprodukowany zgodnie z obowiązującymi dyrektywami europejskimi i dlatego posiada znak CE. Użytkowanie zgodne z przeznaczeniem jest opisane w załączo-nej instrukcji.

W przypadku jakiegokolwiek innego użytkowania lub modyfikacji produktu sam użytkownik jest odpowiedzialny za przestrzeganie obowiązujących zasad. Dlatego zainstaluj obwody dokładnie tak, jak opisano w instrukcji. Produkt może być dystrybuowany wyłącznie z tą instruk-cją.

Symbol przekreślonego pojemnika na śmieci oznacza, że ten produkt musi zostać wysłany do recyklingu jako odpad elektroniczny oddzielnie od odpadów domowych. Twoja gmina poinformuje Cię, gdzie znajduje się najbliższy bezpłatny punkt zbiórki.

Wszelkie prawa zastrzeżone, łącznie z reprodukcją fotomechaniczną i przecho-wywaniem w mediach elektronicznych. Produkcja i dystrybucja kopii na papierze, nośnikach danych lub w Internecie, w szczególności w formacie PDF, jest dozwolona wyłącznie za wyraźną zgodą wydawcy i będzie w przeciwnym razie ścigana karnie.

Większość oznaczeń produktów należących do sprzętu i oprogramowania, jak również nazwy firm i logo firm wymienione w tej instrukcji są zasadniczo zastrzeżonymi znakami towarowymi i należy je traktować jako takie. Wydawca zasadniczo śledzi pisownię producentów odnośnie oznaczeń produk-tów.

MAKERFACTORYdystrybuowane przez Conrad Electronic SEKlaus-Conrad-Str. 1 | 92240 Hirschauwww.makerfactory.com

© 2019 Franzis Verlag GmbH Richard-Reitzner-Allee 2 D-85540 Haar, Germania 2019/01

WEEE-REG.-NO.: DE 21445697

Author: Christian Immler GTIN: 4019631150431 N° 1891587

Nie nadaje się dla dzieci poniżej 14 lat!