DIY-Alarmanlage

Wenn du dich bewegst, wird es laut.

Methodenkarte: DIY-Alarmanlage

Wenn du dich bewegst, wird es laut.

Zielgruppe Dauer Level Gruppengröße
ab 10 Jahren 5 bis 10 Stunden 3 3 TN's

Kurzbeschreibung

Das Projekt „DIY-Alarmanlage“ vermittelt in Gruppenarbeit Grundlagen der Elektronik und Programmierung mit MicroPython. Ein Bewegungsmelder steuert einen MP3-DFPlayer, der Audiodateien abspielt. Die Teilnehmenden lernen Stromkreise, modulares Design und algorithmisches Denken kennen und diskutieren ethische Aspekte der Technologie.

Ziele
- Grundlagen von Stromkreisläufen vermitteln
- MicroPython vermitteln
- Teamarbeit fördern
- algorithmisches Denken stärken
- ethische Aspekte digitaler Technologien reflektieren

Material Werkzeug
  • Raspberry Pi Pico Set
  • Breadboard
  • Jumper, Dupont Kabel Set
  • MP3-DFPlayer
  • Lausprecher 3W 8Ohm
  • Bewegungssensor (PRI-Sensor)
  • Lötstation/-set
  • Zangenset
  • Sortier-/Projektbox

Ablauf

  1. Vorbereitung:
    Die Projektleitung bereitet alle Materialien vor (siehe QR-Code). Dabei ist eine genaue Verkabelung essenziell, besonders bei den Pins und Lautsprechern. Ein Demomodell sowie die Installation von Micropython und des Codes erleichtern die Einführung. Notwendige Software wie Thonny sollte auf einem Computer, Laptop oder Raspberry Pi 400 installiert werden, um die Programmierung zu ermöglichen. Je nach Alter, Vorwissen und Beziehungsarbeit kann die Workshopzeit reduziert werden (z.B. bei den Phasen Projektvorbereitung und Projektstart).
  2. Projektstart:
    Gemeinsam werden Regeln für die Zusammenarbeit festgelegt. Jede Gruppe entscheidet sich für einen Namen und definiert Team-Rollen. Danach folgt eine thematische Einführung. Anschließend werden Anwendungen von Alarmanlagen und ihre Funktionen in einer Diskussion beleuchtet, unterstützt durch Recherche und Beispiele. 
  3. Praktische Arbeit: Aufbau und Test:
    Die Teilnehmenden bauen die Module eigenständig zusammen. Die Workshopleitung unterstützt bei Bedarf. Nach dem Zusammenbau werden die Funktionen getestet, zum Beispiel die Bewegungserkennung und Audioausgabe.
  4. Programmierung:
    Die Gruppen schließen den Raspberry Pi Pico an, analysieren den vorhandenen Code und nehmen einfache Änderungen, etwa bei der Lautstärkeregelung, vor. Erweiterungen wie die zufällige Audiowiedergabe können implementiert werden, um die Programmierkenntnisse zu vertiefen.
  5. Reflexion:
    Abschließend reflektieren die Gruppen über ihre Zusammenarbeit und den Projekterfolg. Verbesserungsvorschläge werden gesammelt und im Plenum besprochen. Die Projektleitung gibt abschließen ein Feedback und Anregungen für Folgeprojekte.
     

Autor*in: Shelly Pröhl (Büro Berlin des JFF)

Installation Thonny

Wir programmieren das Raspberry Pi Pico mit der Skriptsprache MicroPython in der kostenlosen Entwicklungsumgebung (IDE) Thonny. Dafür verwenden wir einen Computer oder Laptop.

Thonny https://thonny.org/
Micropython https://micropython.org/

Was ist eine IDE?

Eine IDE (Integrated Development Environment) ist eine Software, die euch beim Schreiben, Testen und Ausführen von Code (Programmen) unterstützt. Sie vereint viele hilfreiche Werkzeuge an einem Ort, darunter:

Was ist Thonny?

Thonny ist eine einfache und benutzerfreundliche IDE, die speziell für Python entwickelt wurde. Sie eignet sich besonders gut für Einsteiger*innen, die das Programmieren gerade erst lernen. Thonny bietet eine übersichtliche Benutzeroberfläche und viele hilfreiche Funktionen, die den Einstieg ins Programmieren erleichtern. Es ist ein großartiges Tool, um erste Schritte mit Python und MicroPython zu machen. 

drawing drawing

Installation von Thonny auf verschiedenen Betriebssystemen

Installation auf Windows

Installation auf Linux (Ubuntu)

sudo apt update

sudo apt install thonny

Installation auf macOS

Übung

Versuche nach der Installation, siehe unten, über die IDE Thonny eine Bibliothek zu installieren, zum Beispiel die Bibliothek 'NeoPixel'.

Das Raspberry Pi Pico mit Thonny programmieren

Um ein neues Raspberry Pi Pico zu programmieren, müssen wir es zunächst vorbereiten. Es mag anfangs nach vielen Schritten klingen, aber sobald ihr es einmal gemacht habt, geht der Rest richtig schnell! (｡•́‿ •̀｡) Wir teilen den Prozess in drei Schritte auf:

  1. Installation von MicroPython auf dem Raspberry Pi Pico
  2. Raspberry Pi Pico mit Thonny öffnen
  3. Ein Programm auf dem Raspberry Pi Pico speichern/laden

Installation von Micropython auf dem Raspberry Pi Pico

Während der Installation oder dem Laden von MicroPython auf das Raspberry Pi Pico trennt sich das Laufwerk automatisch vom Computer. Dies zeigt an, dass die Installation abgeschlossen ist. Zieht auf keinen Fall das Kabel während dieses Prozesses vom Pico ab, da dies die Installation unterbrechen und zu Fehlern führen könnte.

Sicherheit geht vor – lasst das Pico in Ruhe arbeiten! (˶ᵔ ᵕ ᵔ˶)

pico-click_v2.gif

Mit Thonny ein Programm auf dem Raspberry Pi Pico speichern/laden

Nachdem ihr Thonny geöffnet habt, könnt ihr über das Menü die Option Dateien/Files auswählen, um Dateien zu verwalten.

So könnt ihr eure Programme einfach verwalten und sicherstellen, dass sie immer an der richtigen Stelle gespeichert sind!

Achtet beim Speichern auf dem Raspberry Pi Pico darauf, dass die Datei den Namen main.py hat. Nur mit diesem Dateinamen erkennt das Pico euer Programm automatisch und führt es nach dem Starten aus. ᓚ₍ ^. .^₎

thonny-open-save_pico_002.pngRaspberry Pi Pico mit Thonny öffnen

Normalerweise kommuniziert Thonny automatisch mit dem Raspberry Pi Pico, sobald es angeschlossen ist. Wenn ihr Thonny geöffnet habt, geht wie folgt vor:

  1. Wählt im Menü die Option Dateien/Files aus.
  2. Im neuen Dialog könnt ihr das Raspberry Pi Pico als Speicherort auswählen.
  3. Anschließend könnt ihr eure main.py-Datei auf dem Pico finden, auswählen und öffnen.

So könnt ihr sicherstellen, dass euer Programm korrekt geladen und ausgeführt wird!

Nachdem ihr eure main.py zum Öffnen ausgewählt habt, könnt ihr das Programm in Thonny bearbeiten. Wenn ihr Änderungen vornehmt und auf Speichern klickt, wird das Programm automatisch auf dem Raspberry Pi Pico aktualisiert und gespeichert. So bleiben eure Änderungen direkt auf dem Pico erhalten! ¯\_(ツ)_/¯

thonny-open-save_pico_003.pngProgramm starten/stoppen

Nachdem ihr ein Programm erfolgreich auf das Raspberry Pi Pico gespeichert oder übertragen habt, könnt ihr es ausführen und bei Bedarf stoppen:

thonny_pico_004.png

Zusammenbau

Das Projekt hat vier Phasen, welche euch hier genauer beschrieben werden.

zusammenbau_alarmanlage_002.png

Beispiel-Verkabelung (siehe Abbildung oben):
In der Abbildung werden rote, schwarze und grüne Kabel (Jumper) verwendet, die jeweils eine spezifische Funktion haben:

- Rot (Power/PWR): Liefert Energie an das Bauteil, damit es funktioniert.
- Schwarz (Ground/GRD): Schließt den Stromkreis und leitet überschüssige Energie ab.
- Grün (Data): Überträgt die Daten zwischen dem Raspberry Pi Pico und dem Bauteil.

1) Stromversorgung einrichten:

2) Bewegungssensor anschließen:

3) MP3 DFPlayer anschließen:

UART steht für "Universal Asynchronous Receiver Transmitter" (dt. Universeller asynchroner Empfängersender). Es ist eine Methode, mit der elektronische Geräte miteinander kommunizieren können, indem sie Daten seriell (also nacheinander, Bit für Bit) über zwei Drähte senden: einen zum Senden (TX) und einen zum Empfangen (RX).

Stell dir vor, zwei Freunde wollen miteinander sprechen, aber sie haben nur eine Leitung, über die sie abwechselnd sprechen können. Sie müssen sich einigen, wie schnell sie sprechen und wann sie anfangen und aufhören, damit sie sich verstehen.

4) Lautsprecher anschießen: 

Der Code

Hier ist ein Beispielcode für eure Programmierung in Micropython in der IDE Thonny auf dem Raspberry Pi Pico.

import time
import random
from machine import Pin, UART
from dfplayer import DFPlayer

# HC-SR501 Bewegungsmelder
pir_sensor = Pin(28, Pin.IN)  # Verbinde den Bewegungsmelder mit Pin 28

# Onboard-LED des Raspberry Pi Pico
led_pico = Pin(25, Pin.OUT)  # Onboard-LED an Pin 25

# Busy-Pin des DFPlayer Mini
busy_pin = Pin(22, Pin.IN)  # Verbinde den Busy-Pin des DFPlayer mit Pin 22

# UART-Konfiguration für DFPlayer
uart = UART(0, baudrate=9600, tx=Pin(16), rx=Pin(17))

# DFPlayer MP3 Player
dfplayer = DFPlayer(uart_id=0, tx_pin_id=16, rx_pin_id=17)  # Initialisiere DFPlayer mit UART Pins

time.sleep(2)  # Warte, bis der DFPlayer vollständig bereit ist

# Setze die Lautstärke einmalig
print("Setze Lautstärke...")
dfplayer.volume(10)  # Lautstärke auf 15 setzen (Bereich 0-30)
time.sleep(0.5)

# Funktion zum Abspielen einer zufälligen MP3-Datei
def play_random_mp3():
    track_number = random.randint(1, 4)  # Wähle eine zufällige Datei im Bereich 001-004
    time.sleep(0.2)  # Kurze Pause nach der Zufallsauswahl
    print(f"Spiele MP3-Datei {track_number} ab...")
    dfplayer.play(1, track_number)  # Spiele die Datei im Ordner ./01/
    time.sleep(0.2)  # Zusätzliche kurze Pause für Stabilität
    print("MP3-Wiedergabe gestartet.")

# Hauptprogramm
playing = False
waiting_for_reset = False
reset_timeout = 5  # Timeout für die Bewegungserkennung in Sekunden
reset_start_time = 0  # Startzeit für das Timeout

while True:
    # Prüfen, ob der Sensor keine Bewegung mehr meldet, bevor eine neue erkannt werden kann
    if not playing and not waiting_for_reset and pir_sensor.value() == 1:
        print("Bewegung erkannt!")
        led_pico.value(1)  # LED einschalten
        play_random_mp3()
        playing = True  # Setzt den Status auf "abspielend"

    if playing:
        # Überprüfe den Status des Busy-Pins und steuere die LED entsprechend
        if busy_pin.value() == 0:  # Busy-Pin ist LOW, wenn eine Datei abgespielt wird
            print("DFPlayer spielt MP3-Datei ab.")
        else:
            print("DFPlayer ist im Leerlauf.")
            led_pico.value(0)  # LED ausschalten
            playing = False  # Wiedergabe ist abgeschlossen
            waiting_for_reset = True  # Warte auf die Beendigung der Bewegungserkennung
            reset_start_time = time.time()  # Startzeit für das Timeout setzen

    # Überprüfen, ob das Timeout abgelaufen ist oder der Sensor keine Bewegung mehr meldet
    if waiting_for_reset:
        if pir_sensor.value() == 0:
            print("Bereit für neue Bewegungserkennung.")
            waiting_for_reset = False
        elif time.time() - reset_start_time > reset_timeout:
            print("Timeout erreicht. Bereit für neue Bewegungserkennung.")
            waiting_for_reset = False

    time.sleep(0.1)  # Kurze Pause, um Sensor nicht zu überlasten

Online-Ressourcen

/