Franzis Lernpaket - Raspberry Pi

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Aus ELVjournal 05/2017     0 Kommentare
 Franzis Lernpaket - Raspberry Pi

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Kreativ experimentieren

An Mikrocontrollern kommt man heute in der Elektronik nicht mehr vorbei. Und spätestens seit dem Erscheinen der Arduino-Plattform fällt es auch dem, der keine Programmiersprache quasi mit der Muttermilch in die geistige Wiege gelegt bekommen hat, nicht mehr allzu schwer, diese Mikrocontroller auch zu programmieren. Und die Anbieter von Open-Source- Plattformen und den zugehörigen Programmierumgebungen geben sich alle Mühe, die Einstiegshürden dazu möglichst niedrig zu gestalten. Denn wer heute den potenziellen Techniker-Nachwuchs aufgibt, weil der zu schnell die Lust verliert, hat für die Zukunft, die mit dem Schlagwort Industrie 4.0 vor uns steht, schon verloren. Genau hier holt Franzis traditionell Interessierte, ob Kinder, Jugendliche, Auszubildende oder quer einsteigende Erwachsene, ab. Das Lernpaket Raspberry Pi kommt zunächst einmal unspektakulär daher, es enthält neben einer ganzen Reihe von Elektronikbauteilen zwei Steckboards und ein GPIO-Verbindungskabel. Den Minirechner, einen Raspberry Pi (hier sind alle Modelle nutzbar), muss man sich nach eigener Wahl selbst beschaffen. Er kann in der späteren eigenen Anwendung weiter verwendet werden.
Bild 1: Klar gegliedertes Handbuch ohne Theorie-Ballast
Bild 1: Klar gegliedertes Handbuch ohne Theorie-Ballast
Kern des Lernpakets ist ein eher unscheinbares 190-seitiges Handbuch (Bild 1), das von der ersten Seite den Neueinsteiger nicht etwa mit Fachtermini „überfällt”, sondern Schritt für Schritt an die Technik und sehr schnell auch an die erste Bekanntschaft mit dem Betriebssystem und die ersten Programmierschritte heranführt. Klar gegliedert wird erklärt, was man zur Inbetriebnahme des Raspberry Pi benötigt, wie man an das Betriebssystem – hier wird auf die besonders leicht installierbare LINUX-Fertigsystemvariante NOOBS aufgesetzt – installiert und startet. Vom ersten Augenblick an wird das für viele zunächst unbekannte Betriebssystem LINUX im Wortsinn handhabbar gemacht, weil hier nämlich über dessen Desktop-Oberfläche eingestiegen wird.

Keine Angst vor Code

Schon nach wenigen Seiten geht es, ohne lange zu theoretisieren, an die ersten Zeilen der beim Raspberry Pi meistbenutzten Programmiersprache Python. Wörtlich heißt es da: „Anstatt uns mit Programmiertheorie, Algorithmen und Datentypen aufzuhalten, schreiben wir gleich das erste kleine Spiel in Python …” Und schon hat man mit zehn Zeilen Code ein Zahlenratespiel geschrieben. Dass man diese Zeilen händisch abschreiben muss, statt sie von irgendeiner Downloadquelle herunterzuladen, ist wohl Absicht, denn nur so bekommt man das Gefühl für die richtige Syntax, notwendige Zwischenräume usw. Nachdem das kleine Spiel läuft, wird das Programm Stück für Stück „zerlegt” und erklärt – eine gute Methode für das wortwörtliche Begreifen der Programmschritte, fernab von umständlichen theoretischen Erklärungen, wie Schleifen und Variablen funktionieren. Bis dato brauchten wir nur den Raspberry Pi und seine Peripherie sowie das Betriebssystem, in Kapitel 2 geht es ohne Umschweife an die praktischen Experimente mit den mitgelieferten Elektronikbauteilen.
Bild 2: Alle Verbindungen zum Raspberry Pi erfolgen sehr einfach über das mitgelieferte GPIO-Kabel.
Bild 2: Alle Verbindungen zum Raspberry Pi erfolgen sehr einfach über das mitgelieferte GPIO-Kabel.
Das mitgelieferte GPIO-Kabel (Bild 2) stellt die einfache Verbindung zwischen Raspberry Pi und Steckboard sicher, und nach wenigen Worten zur Bauteilkunde geht es an DAS Experiment der Computerwelt, das berühmte „Hello World” in Form einer auf Programmbefehl leuchtenden LED. Hier wird in der bewährt einfachen Weise in den Umgang mit den Rechnerports eingeführt, und man vergisst im weiteren Programmierer- Dasein nie wieder, wie man einen Port ein- und ausschaltet. Danach wird es bunter und vielseitiger: Verkehrsampel, Blinklicht, Porteingabe, Lauflicht bis hin zur PWM-Dimmsteuerung – man saugt die praktischen Beispiel auf wie ein Schwamm. Immer in der gleichen Reihenfolge: erst machen, dann theoretisch durcharbeiten und neue Programmierschritte beherrschen lernen.
Dem folgt ein wirklich interessantes Kapitel, nämlich die Einführung in die Bibliothek PiGame. So entstehen auf dem angeschlossenen Bildschirm ein Würfelspiel und eine Analoguhr (Bild 3).
Bild 3: Mit der Bibliothek PiGame werden sehr schnell eigene grafische Anwendungen programmiert.
Bild 3: Mit der Bibliothek PiGame werden sehr schnell eigene grafische Anwendungen programmiert.
Gerade letztere wird unter Python verblüffend einfach programmiert, wer so etwas schon einmal mit einem AVR, egal in welcher Programmiersprache, gemacht hat, weiß, dass das durchaus nicht trivial ist. Im Umfang des Bauteilesatzes befindet sich auch eine vierstellige LED-Siebensegmentanzeige, mit der sich am Raspberry Pi eine Menge anfangen lässt (Bild 3). Immerhin füllen die gezeigten Anwendungen gut 60 Seiten des Handbuchs – ein spannender Exkurs von der sich natürlich anbietenden Uhr bis zur anspruchsvollen IP-Adressenanzeige des Raspberry Pi. In den Anwendungen moderner Programme geht es vielfach um grafische Bedienoberflächen. Auch hier führt der Buchautor auf eine unerreicht einfache Weise ein. Er erläutert den Umgang mit dem Programmmodul Tkinter, dessen grafische Oberfläche Tk die Grundlage vieler GUIs in Raspberry-Pi-Anwendungen bildet. Wieder beginnt es einfach, indem man über einen Bildschirmbutton eine LED schaltet, dann steuert man hierüber ein Lauflicht und später ein Würfelspiel mit der Siebensegmentanzeige – immer wieder erst die Schaltung und das Programm, und dann Stück für Stück die genaue Erklärung. Ehe man sich versieht, hat man diverse grafische Bedienoberflächen „gebaut”. Schließlich folgen noch einige weitere Experimente wie z. B. die Tonausgabe über den mitgelieferten Piezo-Signalgeber oder die Beschäftigung mit dem Systemspiel PiDance sowie am Schluss ein Bauvorschlag für ein originelles Eigenbaugehäuse mit dem, was fast jeder im Haus hat: Legosteine.

Fazit der Kurzvorstellung des Lernpakets

Beispielhaft einfache, komplette und unterhaltsame Einführung in das Thema Mikrocontroller-Programmierung – so etwas gehört in jedes Klassenzimmer!

Weitere Infos:

Das Lernpaket im ELV Shop: www.elv.de: Webcode #10137

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