In diesem aiMOOC beschäftigen wir uns mit der Programmierung einer Ampelschaltung mit Arduino. Arduino ist eine Open-Source-Plattform, die sowohl Hard- als auch Software umfasst und sich besonders für Hobbyisten und Einsteiger eignet, um Projekte im Bereich der Elektronik zu verwirklichen.

Arduino-Grundlagen

Arduino basiert auf einer Mikrocontroller-Platine, die mit verschiedenen Sensoren und Aktoren verbunden werden kann, um eine Vielzahl von Projekten zu realisieren. Die Arduino-Software, die sogenannte Arduino IDE, ermöglicht das Schreiben und Hochladen von Programmen (Sketches) auf die Mikrocontroller-Platine. Die Programmierung erfolgt in der Programmiersprache C++.

Ampelschaltung: Einführung

Eine Ampelschaltung ist ein einfaches, aber anschauliches Beispiel, um die Grundlagen der Programmierung und den Umgang mit elektronischen Komponenten zu erlernen. In diesem Projekt werden wir eine Ampel mit drei LEDs (rot, gelb, grün) erstellen, die in einer bestimmten Reihenfolge aufleuchten.

Benötigte Materialien

Für dieses Projekt benötigen wir folgende Komponenten:

Arduino-Board (z. B. Arduino Uno)
Breadboard
3 LEDs (rot, gelb, grün)
3 Widerstände (z. B. 220 Ohm)
Verbindungskabel

Aufbau und Verkabelung

Zunächst müssen die LEDs und Widerstände auf dem Breadboard platziert und mit dem Arduino-Board verbunden werden. Hierbei ist es wichtig, auf die richtige Polung der LEDs zu achten. Die Widerstände sollten in Reihe mit den LEDs geschaltet werden, um die Stromstärke zu begrenzen und die LEDs vor Beschädigung zu schützen.

Programmierung der Ampelschaltung

Für die Programmierung der Ampelschaltung verwenden wir die Arduino IDE. Hierbei müssen zunächst die benötigten Pins für die LEDs definiert und als Ausgänge konfiguriert werden. Im Hauptteil des Programms (der loop()-Funktion) wird dann die Reihenfolge der Ampelphasen festgelegt, indem die LEDs nacheinander ein- und ausgeschaltet werden. Um die Ampelphasen realistischer zu gestalten, können Verzögerungen (delay()) zwischen den einzelnen Schaltvorgängen eingefügt werden.

Offene Aufgaben

Skizziere den Schaltplan für die Ampelschaltung. (LEICHT)
Erstelle eine Liste möglicher Erweiterungen für das Ampelprojekt (z. B. Fußgängerampel, Sensorsteuerung). (STANDARD)
Implementiere eine Erweiterung deiner Wahl für das Ampelprojekt. (SCHWER)

Interaktive Aufgaben

Kreuzworträtsel

Mikrocontroller	Was ist das Herzstück eines Arduino-Boards?
IDE	Welche Software wird zum Programmieren von Arduino verwendet?
C++	In welcher Programmiersprache werden Arduino-Sketches geschrieben?
LED	Welche Art von Leuchtelementen wird in der Ampelschaltung verwendet?
Breadboard	Auf welchem Element werden die Komponenten für die Ampelschaltung platziert?
Widerstand	Welches Bauteil wird verwendet, um die Stromstärke in der Schaltung zu begrenzen?
Uno	Ein gängiges Arduino-Board-Modell
Loop	Welcher Teil des Arduino-Programms wiederholt sich kontinuierlich?

Quiz: Teste Dein Wissen

Was ist Arduino? (Eine Open-Source-Plattform für Elektronikprojekte) (!Ein Textverarbeitungsprogramm) (!Ein Grafikdesign-Tool) (!Eine Computerspielkonsole)

Welche Programmiersprache wird in der Arduino IDE verwendet? (C++) (!Python) (!Java) (!HTML)

Wofür steht IDE im Zusammenhang mit Arduino? (Integrated Development Environment) (!Interdependent Device Extension) (!Interactive Design Engine) (!Intuitive Data Exchange)

Welche Farben haben die LEDs in einer klassischen Ampelschaltung? (Rot, Gelb, Grün) (!Blau, Gelb, Weiß) (!Rot, Weiß, Grün) (!Rot, Orange, Blau)

Wofür werden Widerstände in der Ampelschaltung verwendet? (Um die Stromstärke zu begrenzen und die LEDs zu schützen) (!Um die Spannung zu erhöhen) (!Um die Helligkeit der LEDs zu steuern) (!Um die Farben der LEDs zu ändern)

Memory

Erstelle ein Memory-Spiel mit passenden Paaren für dieses Thema. Füge passende Texte (mindestens 5 Paare) ein. Verwende dazu genau die folgende Formatierung, schreibe nur den Text und lasse dabei keine Zeichen aus, wandle nichts in eine Tabelle um usw. Verwende keinen Begriff doppelt. Begriff A passt zu Begriff 1, Begriff B passt zu Begriff 2 usw.

Arduino Uno	Arduino-Board-Modell
Breadboard	Bauteil zum Platzieren von Komponenten
C++	Programmiersprache für Arduino
LED	Leuchtelement in der Ampelschaltung
Widerstand	Bauteil zur Begrenzung der Stromstärke