In Zeiten von verschärften Maßnahmen in der Corona-Pandemie machen sich gerade Schulen und Kindergärten Gedanken über sinnvolle Maßnahmen, die helfen können, Ansteckungen mit COVID-19 zu verhindern. Mittlerweile ist bekannt, dass ein Großteil der Ansteckungen über die Atemluft stattfinden. Infektiöse Personen geben winzige Tröpfchen, sogenannte Aerosole, ab, die dann von anderen eingeatmet werden können. Luftreinigungsgeräte in die Klassenräume zu stellen, ist allerdings für viele Schulen finanziell nicht zu stemmen. Deshalb sind kreative Ideen gefragt. Wir stellen zwei wirksame und kostengünstige Lösungen vor.

Lüftungshelfer Arduino Nano

In der Waldschule Kinderhaus in Münster hilft man sich mit einem Arduino Nano, der mit einem CO2-Sensor und einem LCD-Display verbunden ist. Der Sensor misst den Anteil von CO2 in der Raumluft und gibt den Wert in ppm (kurz für „parts per million“, also Einheiten pro eine Million Einheiten) an. 400 ppm CO2 bedeutet z.B., dass von einer Million Luftteilchen 400 Teilchen CO2-Moleküle sind. Doch was hat CO2 jetzt mit Corona zu tun?

Corona-Viren werden unter anderem über Aerosole in der Luft übertragen. Diese Aerosole sind so klein, dass sie auch durch die Alltagsmasken dringen können. Wer das Virus in sich trägt, atmet mit CO2 auch immer einige Virus-Aerosole aus. Die infektiösen Aerosole lassen sich aber nicht gut in der Luft erkennen. Einfacher ist das beim CO2. Deshalb ist der Anteil an CO2 in der Luft ein guter Richtwert für den Anteil an Aerosolen.

Alles im grünen Bereich

Thomas Becher, Lehrer für Physik und Technik an der Waldschule Kinderhaus, erklärt das System: „Wir haben mit dem Sensor, dem Arduino Nano und dem LCD-Display eine CO2-Ampel gebaut. Bei einem CO2-Gehalt zwischen 400 und 750 ppm zeigt das Display grün an. Da ist die Luft noch nicht so mit Aerosolen belastet. Bis 1000 ppm ist es gelb, bei größeren Werten rot. Da würde man aber auch ohne Sensor beim Reinkommen schon die schlechte Luft bemerken“.

In der Waldschule wird penibel darauf geachtet, dass es gar nicht erst zu so hohen Werten kommt. Hier wird bei 750 ppm gelüftet, kurz bevor das Display gelb wird. „Insgesamt läuft das auf ein 4-minütiges Lüften alle 25 Minuten hinaus. Dabei sinkt die Temperatur im Klassenraum nur um etwa 5 °C und ist auch schnell wieder aufgeheizt“.

Die Idee hat Becher auf einem Blog gefunden. Robert Helling beschreibt dort, wie sich ein Arduino-Ampel-System bauen lässt. Bei dem von ihm verlinkten CO2-Sensor kommt es aber bereits zu langen Lieferzeiten – das Interesse ist groß (Stand 01.12.2020: Lieferbar ab Ende März 2021)!

„Nachdem uns brickobotik die neuen 3D-Drucker geschickt hat, habe ich mich gleich daran gesetzt, einen Gehäuseprototyp für unsere Arduino-Ampel zu entwerfen. Nach etwas Tüfteln haben wir jetzt ein ganz hübsches Gehäuse, finde ich“. Der Druckvorgang hat etwa viereinhalb Stunden gedauert. Gelötet und zusammengesteckt war das System in nur knapp 20 Minuten. „Das haben wir zusammen mit einer kleinen Schülergruppe gemacht, die nun stolz darauf ist, dass in fast allen Klassen ihre mitgebaute CO2-Ampel steht“.
Ende Oktober hat alles zusammen etwa 40 € gekostet. Je nach Liefersituation kann der Preis aber schwanken.

Luftreinigung für Bastler*innen

Etwas teurer und komplizierter ist ein Luftreinigungssystem, das am Max-Planck-Institut für Chemie erdacht worden ist. Die Anlage lässt sich mit Materialien aus dem Baumarkt im Wert von etwa 200 € nachbauen und wird derzeit an der Integrierten Gesamtschule Mainz-Bretzenheim getestet. Auch an der Brunnenschule Mainz-Marienborn ist das System in elf Klassenzimmern im Einsatz.

Die Konstruktion besteht aus mehreren Rohren und DIY-Abzugshauben, die etwa zwei Meter über den Sitzplätzen hängen. Da Menschen Wärme abstrahlen, warme Luft ausatmen und wärmere Luft nach oben steigt, kann die selbstgebaute Lüftungsanlage auf diese Weise bis zu 90 Prozent der Aerosole aus der Raumluft entfernen.
Die mit der warmen Luft aufsteigenden Aerosole werden mit den Abzugshäubchen aufgefangen und in ein Rohrsystem geleitet. Alle kleineren Rohre führen in ein Zentralrohr und das wiederum durch ein gekipptes Fenster ins Freie. Ein Ventilator am Ende des Rohrs sorgt dafür, dass die Luft aktiv nach außen transportiert wird.

Grafik: Andrea Koppenborg

Derzeit braucht es noch etwas handwerkliches Geschick, da die Einzelteile individuell zusammengebaut und montiert werden müssen. Doch die Forscher*innen stehen mit Unternehmen in Kontakt, die einzelne Formteile für die Konstruktion fertigen könnten – das würde den Nachbau deutlich einfacher machen. Erfinder Frank Helleis sieht außerdem einen Nutzen über die Corona-Zeit hinaus: „Unser System löst auch das lange bekannte CO2-Problem in Klassenräumen. Denn sie befördert nicht nur Aerosole nach draußen, sondern reduziert auch die CO2-Anreicherung, so dass sich die Schüler besser auf den Unterricht konzentrieren können.“
Doch bei allem Enthusiasmus: Die Anlage ersetzt nicht das Einhalten der Sicherheitsmaßnahmen wie das Maskentragen. Sie ergänzt die bestehenden Maßnahmen lediglich und hilft Schulen nicht nur das Infektionsrisiko zu minimieren, sondern auch, zusätzliche Energiekosten zu verhindern.

Einen Baubericht finden Bastelfreund*innen hier. Mit vier bis sechs Personen kann ein System in etwa vier Stunden im Klassenzimmer eingebaut werden.

Titelbild: Thomas Becher

Noch bis zum 31.12.2020 habt ihr die Chance, eure Experiment-Idee auf die Internationale Raumstation zu bringen. Was ihr dafür tun müsst? Ganz einfach, reicht eure Projektidee für den Calliope Mikrocontroller beim Code4Space Wettbewerb ein.

Der Wettbewerb

Bei dem Wettbewerb für Grundschulkinder ab der 3. Klasse sollen diese in einer Gruppe kreative Ideen zur Programmierung des Calliope mini entwickeln, immer vor dem Hintergrund, diese als Experiment im Weltraum umzusetzen. Programmiert wird in Open Roberta Lab, der kostenfreien Open-Source-Programmierumgebung der Roberta-Initiative. Nach dem Bewerbungsschluss am 31.12.2020 werden mehrere Teams in das Finale einziehen und gemeinsam mit zwei Astronautinnen im Code4Space Camp ihre Experimente finalisieren. Das beste Experiment wird dann Mitte 2021 in den Weltraum reisen und dort von den Astronauten und Astronautinnen in der ISS ausgeführt.

Roberta4Home

Wer noch keinen Calliope mini besitzt, kann außerdem am Wettbewerb Roberta4Home teilnehmen und darüber mit einer guten Idee und etwas Glück einen von 1000 Mikrocontrollern gewinnen. Hierfür müsst ihr nur eure Ideen, wie ihr den Calliope mini für den Weltraum programmieren würdet, einreichen. Teilnahmeberechtigt sind Haushalte in Deutschland, in denen mindestens ein Grundschulkind oder eine Grundschullehrkraft lebt.

Calliope mini programmieren

Grundschullehrer*innen, die mit ihrer Klasse am Wettbewerb teilnehmen möchten und noch keine Erfahrungen mit dem Calliope mini haben, können am Code4Space-Onlinekurs teilnehmen, der einen Einstieg ins Programmieren bietet und Tipps für den Unterricht gibt.

Auch wir von brickobotik bieten Kurse mit dem Calliope mini an. Im Rahmen der Digitalen Woche Dortmund (#diwodo20) führen wir z.B. einen Online-Kurs zum Programmieren des Calliope mini für Kinder im Alter von 8-12 durch. Wer Interesse an einen Workshop zu Mikrocontrollern und deren Integration in den Schulunterricht an der eigenen Schule hat, dem empfehlen wir einen Blick in unsere Bereiche Digitale Bildung und Services. Oder kontaktiert uns direkt über das Kontaktformular. Gemeinsam finden wir die richtige Schulung oder Fortbildung für eure Schule!

Titelbild: Fraunhofer IAIS, Lukas Barth-Tuttas

In diesem Test nehmen wir für euch den BOB3 unter die Lupe. Der BOB3 ist ein sogenannter Einplatinencomputer. Das bedeutet, dass hier alles, was ein Computer zum Arbeiten braucht, auf einer Platine vorhanden ist. Der Hauptbestandteil dieser Einplatinencomputer ist der Mikrocontroller. Was ein Mikrocontroller ist, haben wir euch in diesem Artikel ausführlich erklärt.

Wer hat‘s erfunden?

Nils Springob und Katja Bach haben den BOB3 entwickelt und mit ihrer Firma nicai systems als Lernplattform zur digitalen Bildung auf den Markt gebracht. Die ursprüngliche Schreibweise war eigentlich B-O-B-3 bzw. B·O·B·3. Die Schülerinnen und Schüler, die mit der blauen Platine arbeiteten, hörten aber bald auf, jeden Buchstaben einzeln auszusprechen, und verliehen ihr stattdessen den Namen „BOB“, was uns zur Schreibweise „BOB3“ führt.

Verpackungsinhalt und Zusammenbau

Werfen wir einen Blick in die Verpackung: Aller Anfang ist schwer und beim BOB3 vielleicht noch ein wenig mehr, denn er kommt in Einzelteilen. Allerdings sind diese Einzelteile nicht zum Zusammenstecken, nein! BOB3 muss zusammengelötet werden. Eine kleine Anleitung zum richtigen Löten liegt zwar bei, ist jedoch für komplette Neulinge, die beim Löten auf sich allein gestellt sind, nicht ausreichend. Es sind allerdings nur dreizehn Teile, welche ihr anlöten müsst. Wir fanden das Batteriefach, welches zum Schluss angelötet werden soll, am schwierigsten anzubringen. Da es sehr groß ist, benötigt es lange, um heiß zu werden und da es auf der Rückseite des BOB3 vorsteht, ist es etwas wackelig, die Lötpunkte auf der Vorderseite zu setzen. Prinzipiell ist der BOB3 aber einfach zu löten.

Das entsprechende Lötwerkzeug müsst ihr selbst besitzen bzw. Zugriff darauf haben. Für Lötneulinge ist es am besten, eine erfahrene Person im Umgang mit dem Lötwerkzeug an der Seite zu haben. Der BOB3 im Zusammenbauset kostet ca. 23€ inkl. MwSt.

Abhilfe für diejenigen unter euch, die nicht löten können oder wollen, gibt es aber auch: Der BOB3 wird in einer SMD-Edition fertig verlötet angeboten, die dafür aber auch 7€ mehr kostet als der Bausatz.

Was ist dabei und was muss dazu?

Der BOB3 kommt mit recht wenig Zubehör daher. In der Variante zum Selbstlöten sind außer der oben erwähnten Lötanleitung die dreizehn Bauteile, um den BOB3 zu fertigen und ein Schlüsselband, an dem ihr den BOB3 befestigen könnt, enthalten. In der SMD-Edition ist lediglich die BOB3-Platine und das Schlüsselband enthalten.

Daneben braucht ihr bei beiden Versionen eine Knopfbatterie CR2032, welche aber recht geläufig ist. Dazu müsst ihr den BOB3-Programmier-Helm separat für ca. 23€ inkl. MwSt. dazu kaufen. Ohne ihn könnt ihr den BOB3 nicht an PC, Mac oder Android Tablet nutzen. Dem Helm liegt ein micro-USB Kabel bei, mit dem er an das jeweilige Gerät angeschlossen werden kann.

Was ist verbaut?

Die BOB3-Platine ist nicht mit Features überladen; im Grunde handelt es sich um ein blaues PCB mit aufgezeichneten Augen. Auf den ersten Blick schaut der BOB3 ein wenig grimmig drein, da seine Augen innen nach unten zeigen, oder was meint ihr? Schreibt es uns in die Kommentare!

Bildquelle: https://lab.open-roberta.org/

BOB3 hat zwei RGB-LEDs welche die Farben seiner „Pupillen“ bestimmen, zwei weiße LEDs auf Höhe seines Rumpfes, eine Infrarot-LED, einen Temperatursensor, einen Lichtstärkemesser (Phototransistor) und zwei Arme mit je drei berührungsempfindlichen Feldern. .

Vorbereitung

Neben dem Zusammenlöten des BOB3s müsst ihr auch noch entscheiden, auf welchem System ihr ihn programmieren wollt. Wie oben schon erwähnt, stehen euch alle gängigen Systeme zur Verfügung: Windows, macOS, Linux und Android Tablets.

Um loszulegen, benötigt ihr die Software „BobDude“ bzw. die App „BobDude – BOB3“ für Android. Ihr findet alle Versionen und Links zum Playstore auf dieser BOB3-Website.

Für iPads und iPhones gibt wurde das „BobDock – BLE“ entwickelt. Es kommt demnächst auf den Markt und wird rund 30€ inkl. MwSt. kosten. Damit kann der BOB3 über Bluetooth Low Energie kabellos mit Apple-iOS-Geräten verbunden werden. Dazu benötigt ihr dann die BobDock-App aus dem Apple App Store. Die BobDocks – BLE wurden kürzlich an einer Schule in NRW getestet. Dabei verlief der Test auch in der Klassenraum-Umgebung positiv. Laut Katja Bach bestand „eine stabile Bluetooth Verbindung trotz mehrerer Geräte und WLAN-Signale“ Auch wir werden das BobDock für euch testen und einen Artikel dazu veröffentlichen, wenn wir ein Testexemplar erhalten haben.

Bildquelle: https://www.bob3.org/de/details

Auf los geht’s los

Alles ist zusammengebaut, alle Teile sind an ihrem Platz und BobDude ist für euer System installiert? Dann kann es los gehen!

Programmieren

Programmiert wird mit dem Computer über den Online-Editor auf www.ProgBob.org. Dies geschieht mit der textuellen Programmiersprache „C“. Ihr müsst aber kein bisschen C für BOB3 können, denn die ausgereifte Onlineplattform bietet ein Tutorial an, welches euch Schritt für Schritt erklärt, wie ihr BOB3 programmiert.

BOB3 hat uns in diesem Punkt wirklich überrascht: Er ist in unseren Augen derzeit die am besten geeignete Mikrocontroller-Plattform für didaktische Zwecke, denn hier wird die textuelle Programmiersprache C für Einsteiger*innen sehr gut verständlich gemacht. In neun Tutorials mit über 70 Beispielen wird in kleinen Schritten erklärt, was ein Befehl in C ist und wie und an welcher Position im Programmcode er geschrieben wird. Grundkonzepte der Programmierung wie Schleifen oder Fallentscheidungen werden anhand von Beispielen spielerisch erklärt. Sogar uns hat es richtig Spaß gemacht, zuzusehen, wie der eigene Code BOB3 zum Leben erweckt.

Auch zu erwähnen ist, dass der BOB3 kompatibel mit der grafischen Programmierumgebung Open Roberta ist. Dadurch gibt es eine Alternative für die Programmierung in C. Open Roberta würden wir als halbgrafischen Blockeditor bezeichnen. Warum halbgrafisch? Anders als grafische Editoren wie z.B. EV3-G arbeitet ihr bei Open Roberta mit Blöcken, die nicht nur aus Symbolen bestehen, sondern aus Textanweisungen, welche denen beim textuellen Programmieren ähneln. Dies macht einen späteren Umstieg auf textuelles Programmieren einfacher.

Für die Programmierung des BOB3 mit Open Roberta ist eine zusätzliche Software nötig, der „Open Roberta Create Agent“. Es gibt Versionen für Windows, Linux und macOS. Eine Anleitung, die von BOB3 bereitgestellt wird, findet ihr hier. Ein so schönes geführtes Tutorial wie auf www.ProgBob.org gibt es hier jedoch nicht.

Bei all dem Lob müssen wir jedoch auch sagen, dass der BOB3 nicht die gleiche Vielfalt an Möglichkeiten bietet wie ein Micro:bit, Calliope Mini oder Arduino, denn die meisten Programme nutzen die LEDs als Aktoren. Die Kommunikation via Infrarot hat in unserem Test auch nicht reibungslos funktioniert. Die Beschränkung auf die LEDs ist aus unserer Sicht zwar für das Erlernen von C genau das Richtige, ermöglicht jedoch auf lange Sicht keine hardwareseitige Abwechslung.

BOB3 im Unterricht

Für Schulen stellt das BOB3-Team Unterrichtsmaterial zur Verfügung, welches unter OER Creative Commons Lizenz steht. OER steht für „Open Educational Resources“ und bezeichnet Material, welches von Schulen ohne Urheberrechtsstreitigkeiten benutzt und verändert werden darf. Das macht die Verwendung natürlich um einiges einfacher und praktikabler.

Wir finden es außerdem sehr positiv, dass in den Unterrichtsmaterialien auch Wert auf ein allgemeines Verständnis der Informatik gelegt wird. So gibt es Aufgaben, welche nur indirekt etwas mit dem BOB3 zu tun haben.

Fazit

BOB3 ist in unseren Augen derzeit das beste Mikrocontroller C-Tutorial für Kinder und Jugendliche auf dem Markt und es macht Spaß! Zwar finden wir es schade, dass es für BOB3 keine Erweiterungen gibt, aber der große didaktische Mehrwert lässt uns über diesen Punkt hinwegsehen. Daumen hoch für BOB3 und sein Entwicklerteam!

In diesem Artikel gehen wir dem Gehirn unserer Roboter auf die Spur. Häufig erwähnen wir in unseren Artikeln den Begriff „Mikrocontroller“ oder auch „Mikroprozessor“, ohne diesen weiter zu erläutern. Dabei gibt es einen Unterschied zwischen den beiden Begriffen, den wir in diesem Artikel erklären.
Außerdem wollen wir euch in diesem und folgenden Artikeln zeigen, wie ihr Mikrocontroller programmieren könnt. Dafür listen wir geeignete Mikrocontroller-Plattformen auf, welche einen guten Einstieg in die Materie vermitteln.

Worum handelt es sich?

Wer sich generell für Technik interessiert, hat wahrscheinlich schon von einigen Mikrocontroller-Plattformen gehört. Solche Plattformen erfreuen sich bei Bastler*innen und Technikfaszinierten immer größerer Beliebtheit. Mit ihnen sind technische Spielereien und private Lösungen schnell realisiert. Aber auch wenn die berühmten Vertreter eher den Hobbybereich abdecken, sind Mikrocontroller als solche nicht als Spielzeug abzustempeln!

In der Industrie spricht man in diesem Zusammenhang gerne von „eingebetteten Systemen“ oder wie es auf Englisch heißt „embedded systems“. Diese Systeme verstecken sich auch in allerlei Gerätschaften des Alltags: in Digitaluhren, in Haushaltsgeräten mit Knöpfen und Display, aber auch zuhauf in Autos und sogar in SIM- und EC-Karten.
Und im Zuge des „Internet of Things“ (IoT) werden zukünftig wohl auch Geräte, welche bisher ohne Computerchips funktionierten, mit solchen aufgerüstet werden. Die Auseinandersetzung mit Mikrocontrollern und deren Programmierung ist also relevanter denn je.

Von Mikrocontrollern und Mikroprozessoren

Ein Mikrocontroller ist nach außen hin nur einer dieser schwarzen Plastikchips mit vielen Metall-Beinchen rund herum. Vielleicht habt ihr solche Chips schon einmal beim Aufschrauben defekter Geräte o.ä. gesehen. Aber Achtung –  nicht jeder schwarze Chip mit Metall-Beinen ist gleich ein Mikrocontroller. Optisch unterscheiden sich viele kleinere Mikrocontroller aber auch nur durch ihren Aufdruck von anderen integrierten Schaltungen.

Jeder Mikrocontroller beinhaltet nun einen oder mehrere Mikroprozessoren. Diese sorgen für die Rechenleistung. Viel mehr können sie allerdings nicht. Damit man die Leistung der Prozessoren auch nutzen kann, müssen sie mit der sogenannten Peripherie verbunden werden, also allen Teilen, die mit dieser Rechenleistung arbeiten. Das ist ähnlich wie bei einem Desktop-PC. Der Prozessor, bzw. die CPU darin kann allein relativ wenig. Erst die Peripherie aus Mainboard, Arbeitsspeicher, Massenspeicher, Grafikarten,  Ethernet-Controller und ähnlichem macht die Rechenleistung nutzbar. Der Mikrocontroller beinhaltet die Peripherie, zusammen mit den Mikroprozessoren. Er ist also die übergeordnete Einheit, genauso wie ein Desktop-PC.

Unterschiede zwischen Mikrocontrollern und Desktop-PCs

Da auf Mikrocontrollern alles auf ein sehr kleines Gehäusemaß von beispielsweise 1cm² miniaturisiert ist, schrumpft mit den Abmessungen natürlich auch die Rechenleistung. Während ein PC mit einer starken allgemeinen Rechenleistung Basis für jederlei Anwendungen sein kann, sind eingebettete Systeme meist speziell für einen Einsatzzweck ausgelegt, welchen sie dann aber auch zuverlässig ausführen.
Falls es beim Design des Systems aber nicht schon vorgesehen wurde, sind spätere Erweiterungen oder Änderung des Anwendungszwecks kaum möglich. Dafür sind diese Systeme klein, in der Masse günstig, verbrauchen viel weniger Energie als ein PC und benötigen i.d.R. nur passive oder gar keine Kühlung.
Außerdem sind Mikrocontroller darauf ausgelegt, Hardware wie Motoren oder Sensoren direkt anzusprechen. Ein PC benötigt dafür weitere spezielle Erweiterungskarten, auf denen sich wiederum Mikrocontroller befinden, die zwischen PC und Hardware vermittelt.

Auch bezüglich des Benutzererlebnisses darf keine Bedienung mit Bildschirm, Maus und Tastatur erwartet werden. Eingebettete Systeme haben in der Regel keine oder wenige Ein- und Ausgabemöglichkeiten. Viele digitale Regelsysteme, wie beispielsweise ein modernes, aber einfaches Thermostat, haben einfach nur einen Drehregler zum Festlegen der Temperatur – sonst nichts. Der Trend geht allerdings hin zum Touchscreen, weshalb die aktuell leistungsstärksten Mikrocontroller schon kleine Touchscreens selbständig bedienen können.

Mikrocontroller-Plattformen

Die Mikroprozessoren kommen zum Großteil von ARM limited und sind auf Mikrocontrollern der Hersteller NXP, STM, Texas Instruments und Microchip, uvm. verbaut. Generell bieten die Mikrocontrollerhersteller auch Entwicklungsplatinen, welche aber für den professionellen und industriellen Einsatz in eingebetteten Systemen gedacht sind.
Speziell für die Lehre angepasste Mikrocontroller-Plattformen, haben häufig auch einen ARM-Mikroprozessor verbaut, bieten aber durch die verschlankte Programmierumgebung einen anfängerfreundlichen Start in die Materie.

Die BBC hat sich in Kooperation mit einigen IT-Firmen und der britischen Regierung das Unmögliche vorgenommen: Die Entwicklung einer kindgerechten Mikrocontroller-Plattform zum praxisnahen Programmieren im Schuleinsatz. Das fertige Produkt ist der micro:bit, welchen wir euch in einem folgenden Artikel genauer vorstellen werden.

Nach dem Vorbild des micro:bits hat der Deutsche Bundestag den Calliope Mini gefördert. Diesen haben wir euch bereits in diesem Artikel vorgestellt.

Einen interessanten Fokus auf das Löten bzw. den Zusammenbau legt der B∙O∙B∙3. Dazu bietet er eine Programmierung in C/C++. Ein Testbericht zum B∙O∙B∙3 ist in Arbeit.

Ein wenig professioneller und für fortgeschrittene Bastler*innen zu empfehlen, ist die Arduino Plattform, welche durch die vorhandene Software-Bibliothek viele Funktionen einfach programmieren lässt.

Allgemeines Programmieren von Mikrocontrollern

Mikrocontroller führen genauso wie „große“ Computer Programme aus. Daher muss für jeden Controller und Einsatzzweck ein spezifisches Programm geschrieben werden. Aber statt der textuellen Ausgabe eines ersten „Hello World“ wird beim Mikrocontroller als erstes eine LED zum Blinken gebracht.
Es folgen Tasteneingaben, das Auslesen von Sensoren und Kommunikation mit angeschlossenen Geräten. In kommerziellen Systemen wird häufig in der Programmiersprache C programmiert. Für Anwendungen, bei denen die Controller nicht an ihrer Leistungsgrenze betrieben werden, also zumeist im Hobbybereich und in der Lehre, stellen die Anbieter von Mikrocontroller-Plattformen oftmals auch Lösungen zur Verwendung anderer Programmiersprachen bereit. Wer also aus Gründen des Komforts oder der Didaktik vermeiden möchte, in C zu programmieren, ist hier ebenfalls bedient.

Auch ich durfte im klassischen Informatikunterricht Programmierkonzepte in Programmen kennenlernen, welche hauptsächlich Tastatureingaben verarbeitet haben. Die praktische Relevanz war zu dem Zeitpunkt für mich kaum erkennbar und als vollwertige „Programme“ wurden diese nie von mir wahrgenommen. Was daran lag, dass sie nicht mit einem Doppelklick auf ein Desktop-Symbol ausführbar waren. Stattdessen konnten sie nur innerhalb der kompliziert eingerichteten Programmier-Umgebungen im Computerraum der Schule gestartet werden.

Speziell für die Lehre angepasste Mikrocontroller-Plattformen, wie eben der micro:bit, sollen den Informatikunterricht nun interessanter gestalten. Zum einen gewinnen die Projekte mehr an Praxisbezug, zum anderen ist die Software auf den Boards bereits vollwertig lauffähig, und teilweise sogar zu Hause sinnvoll einsetzbar. Auch ich habe erst durch den Umgang mit Mikrocontrollern im Studium meine Affinität zur Softwareentwicklung entdeckt.

Calliope Mini, micro:bit und Co. können also als Motivationshilfe und Demonstrationsobjekt fungieren. Darüber hinaus vermitteln sie aber auch einen Einblick, wie die Elektronik in alltäglichen Geräten prinzipiell aufbaut ist und zeigt auf, dass sich das Programmieren nicht nur auf PC-Anwendungen und Websites begrenzt. Grundsätzlich ist es also eine gute Idee, solche Mikrocontroller-Plattformen kinder- und schulfreundlich zu machen.

Autoren: Dustin Piontek, Felix Krawczyk

Das Projekt

Unboxing

Die Hardware

• Lämpchen (LEDs)
• Knöpfe
• Sensoren
• Ecken
• USB
• Bluetooth
• Lautsprecher & Mikrofon
• Prozessor
• Grove-Konnektoren
• Motor-Anschluss

Die Software/Editoren

• Calliope mini Editor
• PXT
• Open Roberta Lab

Eine kleine Demo

Ein erstes Fazit