(Progress) LED-Streifen mit Bodenfeuchtigkeit
Einleitung
LED-Streifen
Lass es leuchten, wenn du dich bewegst
| Zielgruppe | Dauer | Level | Gruppengröße |
| 8-14 | 150-355 Min. | 1 | 3 |
Kurzbeschreibung
In diesem Projekt wird ein Bewegungsmelder (HC-SR501) mit einem LED-Streifen (WS2812B) an einen Mikrocontroller, den Raspberry Pi Pico (RP2040), angeschlossen. So können wir mit dem Pico über den Bewegungsmelder den LED-Streifen zum Leuchten bringen. Das bedeutet, dass bei einer Bewegung, die der Bewegungsmelder erfasst, der LED-Streifen zu leuchten beginnt. Dieses Projekt verortet sich in der Kategorie des Physical Programming und setzt auf eine modulare, wiederverwendbare und damit erweiterbare Toolbox rund um den Raspberry Pi Pico, mit der sich Projekte additiv erweitern lassen. Kommt mit euren Teilnehmer*innen darüber ins Gespräch und sammelt vielleicht Beispiele, wo Bewegungsmelder und LED-Streifen eingesetzt werden und wozu sie dienen können. Pro Projekt-Set können bis zu maximal 2–3 Teilnehmer*innen zusammenarbeiten. Versucht, diese Gruppen beizubehalten.
Ziele
Das erste Ziel ist, dass alle Teilnehmer*innen in ihrer Gruppe erfolgreich ein Projekt-Set zusammenbauen, kritisch-reflexiv über Technologien ins Gespräch kommen und ein Gefühl für das selbstwirksame Handeln (das Machen) mit digitalen Technologien entwickeln. Zudem werden Grundlagen zu Stromkreisläufen, Farblehre und der Programmierung mit MicroPython vermittelt. Das Projekt soll die Zusammenarbeit und Teamfähigkeit fördern sowie ein erstes Verständnis für die Natur unserer digital-technologischen Welt wecken.
Tipps
Überlegt gemeinsam vor Beginn der Projektarbeit, welche Rollen bei der Entwicklung von Technologien wichtig sein könnten, und diskutiert, welche für dieses Projekt sinnvoll sind. Teilt diese Rollen ggf. innerhalb der Gruppe auf, zum Beispiel in Tester*in, Ingenieur*in und Programmierer*in. Verbindet die Projektarbeit nach Möglichkeit mit Snacks und Musik, um eine entspannte und genussvolle Atmosphäre zu schaffen.
Projekt-Ressourcen / Weiterführende Informationen
Materialvorbereitung
Raspberry Pi löten
Zunächst möchten wir euch ermutigen: Ihr seid großartig, dass ihr euch das Löten beibringen möchtet! Damit öffnet ihr euch eine Welt voller Möglichkeiten. Ihr werdet in der Lage sein, digital-technische Geräte zusammenzubauen, zu reparieren oder sogar kreativ und künstlerisch Figuren und Schmuck herzustellen. Euer Einsatz und eure Neugier sind der Schlüssel zu diesen spannenden neuen Fähigkeiten! Also lasst uns gemeinsam Starten ദ്ദി(ᵔᗜᵔ)
Verwendet, wenn verfügbar, eine Lötmatte, um eure Arbeitsfläche zu schützen und bleifreies Lötzinn mit einem Durchmesser von 0,56–0,8 mm (siehe Abbildung 1). Hier ist eine Vorschlagsliste mit passenden Werkzeugen und Materialien, die ihr für das Löten verwenden könnt:
Optionale Material-/Werkzeugliste:
| Material-/Werkzeugliste | Link | Einzelpreis | URL-Datum |
| Lötkolben | Shop Blinkyparts | 58,99 EUR | 26.11.2024 |
| USB-C-zu-USB-C | Shop Blinkyparts | 9,99 EUR | 27.11.2024 |
| Lötrauchabsauger | Shop Blinkyparts | 28,99 EUR | 26.11.2024 |
| Ladegerät | Shop Berrybase | 32,90 EUR | 27.11.2024 |
| Lötzinn, bleifrei, ø0,56mm | Shop Berrybase | 33,77 EUR | 26.11.2024 |
| Lötkolben-Ständer | Shop Berrybase | 5,70 EUR | 27.11.2024 |
| Lötspitzenreiniger, bleifrei | Shop Berrybase | 6,50 EUR | 27.112024 |
| Schutzbrille Kinder | Shop Obi | 4,99 EUR | 27.11.2024 |
| 181,83 EUR |
In der zweiten Abbildung seht ihr, wie ihr den Raspberry Pi Pico mit Hilfe eines Breadboards an die Pins anlöten könnt. Das Breadboard dient dabei als Halterung, um die Pins während des Lötens in der richtigen Position zu fixieren und sicherzustellen, dass alles gerade und stabil angebracht wird.
- Steckt die Pin-Leiste im passenden Abstand in das Breadboard, damit sie stabil fixiert ist.
- Setzt das Raspberry Pi Pico vorsichtig auf die Pin-Leiste, sodass alle Kontakte richtig ausgerichtet sind.
-
Heizt den Lötkolben auf eine Temperatur von 300–320 Grad Celsius auf, um mit dem Löten zu beginnen.
Als Nächstes könnt ihr mit dem Löten beginnen. In der dritten Abbildung seht ihr, wie ihr den Lötkolben optimal an den "Pin-Stellen" ansetzt. Haltet den Lötkolben möglichst horizontal, sodass er sowohl den Pin der Pinleiste als auch das Pinloch des Pico gleichzeitig berührt. Dadurch werden beide Bauteile gleichmäßig erwärmt, sodass das Lötzinn gut schmilzt und eine stabile Verbindung zwischen der Pinleiste und dem Pico entsteht.
Achtung:
Achtet darauf, weder zu viel noch zu wenig Lötzinn zu verwenden. Denkt daran, dass sowohl das Lötzinn als auch der Lötkolben sehr heiß werden und schwere Verbrennungen verursachen können. Seid daher besonders vorsichtig, wenn ihr lötet.
- Sorgt für ausreichend Platz an eurem Lötplatz, damit ihr sicher und bequem arbeiten könnt.
- Stellt sicher, dass der Lötkolben sicher abgestellt werden kann, am besten in einer dafür vorgesehenen Halterung.
- Vermeidet das direkte Einatmen der Lötdämpfe. Organisiert gegebenenfalls kleine Tischventilatoren oder Rauchabsauger, um die Luft abzuführen. (Zum Beispiel: Humo – Dein ganz persönlicher Lötrauchsauger)
Tipp:
Wenn das Lötzinn flüssig wird, wartet etwa 1 bis 3 Sekunden, bevor ihr den Lötdraht entfernt. Stellt euch vor, dass das Lötzinn sich ein wenig wie flüssige Farbe verhält, ähnlich wie beim Malen mit einem Pinsel. Keine Sorge, wenn es am Anfang nicht sofort klappt oder ihr zu wenig oder zu viel Lötzinn verwendet – das ist ganz normal und passiert jedem. Löten erfordert Übung und Geduld.
Aber sobald ihr den Dreh raus habt, werdet ihr sehen, wie viel Spaß das Löten macht! (੭˃ᴗ˂)੭
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:
- Texteditor: Zum Schreiben und Bearbeiten von Code.
- Debugger: Zum Finden und Beheben von Fehlern im Code.
- Terminal: Zum Ausführen des Codes und Anzeigen von Ergebnissen.
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.
Installation von Thonny auf verschiedenen Betriebssystemen
Installation auf Windows
- Gehe zur offiziellen Thonny-Website.
- Klicke auf den Download für Windows.
- Lade die Installationsdatei herunter und öffne sie, wenn der Download abgeschlossen ist.
- Folge den Anweisungen des Installationsassistenten, um Thonny zu installieren.
- Sobald die Installation abgeschlossen ist, kannst du Thonny über das Startmenü öffnen.
Installation auf Linux (Ubuntu)
- Öffne das Terminal auf deinem Ubuntu-System.
- Gib den folgenden Befehl ein, um das Paket zu aktualisieren:
sudo apt update
- Installiere Thonny, indem du den folgenden Befehl eingibst:
sudo apt install thonny
- Warte, bis die Installation abgeschlossen ist. Danach kannst du Thonny im Anwendungsmenü finden und starten.
Installation auf macOS
- Gehe zur offiziellen Thonny-Website.
- Klicke auf den Download für macOS.
- Lade die .dmg-Datei herunter und öffne sie, wenn der Download abgeschlossen ist.
- Ziehe das Thonny-Symbol in den Programme-Ordner, um die Installation abzuschließen.
- Öffne Thonny, indem du es im Programme-Ordner findest oder über Spotlight suchst.
Übung
Versuche nach der Installation, siehe unten, über die IDE Thonny eine Bibliothek zu installieren, zum Beispiel die Bibliothek 'NeoPixel'.
- Thonny öffnen ->
- Menü -> Tools -> Manage Plug-ins
- Suche nach 'neopixel' -> installieren
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:
- Installation von MicroPython auf dem Raspberry Pi Pico
- Raspberry Pi Pico mit Thonny öffnen
- Ein Programm auf dem Raspberry Pi Pico speichern/laden
Installation von Micropython auf dem Raspberry Pi Pico
- Ladet euch Micropython herunter:
Besucht die MicroPython-Website und ladet die passende UF2-Datei für das Raspberry Pi Pico herunter.
(Zum Beispiel v1.24.0 (2024-10-25) .uf2) - Schließt das Raspberry Pi Pico an den Computer an:
Verwendet ein Micro-USB-zu-USB-A-Kabel. Haltet dabei den BOOTSEL-Knopf beim Raspberry Pi Pico gedrückt, während ihr das USB-Kabel anschließt.
(siehe Animation) - Kopiert die UF2-Datei auf das neue Laufwerk:
Sobald das Pico als neues Laufwerk auf eurem Computer erscheint, zieht die heruntergeladene UF2-Datei per Drag-and-Drop in dieses Laufwerk. Dadurch wird MicroPython auf dem Raspberry Pi Pico installiert.
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˶)
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.
- Mit der Option Öffnen/Open öffnet sich ein Dialog, in dem ihr auswählen könnt, ob ihr eine Datei von eurem Computer oder direkt vom Raspberry Pi Pico laden möchtet.
- Mit der Option Speichern/Save öffnet sich ein Dialog, in dem ihr auswählen könnt, wo ihr euer Programm speichern möchtet – entweder auf dem Computer oder auf dem Raspberry Pi Pico.
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₍ ^. .^₎
Raspberry 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:
- Wählt im Menü die Option Dateien/Files aus.
- Im neuen Dialog könnt ihr das Raspberry Pi Pico als Speicherort auswählen.
- 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)_/¯
Programm starten/stoppen
Nachdem ihr ein Programm erfolgreich auf das Raspberry Pi Pico gespeichert oder übertragen habt, könnt ihr es ausführen und bei Bedarf stoppen:
- Starten: Klickt in der Symbolleiste auf den runden grünen Button, um das Programm auf dem Raspberry Pi Pico zu starten. Alternativ könnt ihr die Taste F5 drücken.
- Stoppen: Klickt in der Symbolleiste auf den roten Stop-Button, um das Programm zu stoppen. Alternativ könnt ihr die Tastenkombination Strg + F2 verwenden.
Ablauf
Der Ablauf kann aufgeteilt werden. Die Empfehlung ist, die Vorbereitung (1. Phase) von den restlichen Phasen zu trennen. Dabie können alle Phasen auch individuell an die Bedingungen der jeweiligen Räume, Teilnehmenden angepasst werden und stellen einen Vorschlag-Katalog dar. So kann jede Phase (2. bis 5. Phase) auch an je einen Tag stattfinden oder, wenn die Teilnehmenden sehr schnell und motiviert sind, auch an 1-2 Tagen.
| Projektphasen | Beschreibungen | Dauer |
| 1. Phase | Vorbereitung | 125-270 Minuten |
| Material |
Bereitet das Material und die Werkzeuge vor. Testet am besten selbst, ob alle Bauteile zusammen funktionieren. Zum Beispiel müssen die Pins an den Raspberry Pi Pico angelötet werden, und die LED-Streifen müssen in Stücke geschnitten werden (15 LEDs pro Streifen). An jeden LED-Streifen müssen 3 Jumper-Kabel (Out/Out [alt: männlich/männlich]) angelötet werden: GRD (schwarz), Power (rot) und Data (gelb/grün). Mit einer Heißluftpistole könnt ihr die Lötstellen der LED-Streifen mit den Jumper-Kabeln mithilfe eines Schrumpfschlauchs versiegeln. Druckt ggf. unsere Zusatzmaterialien unter Downloads aus. Baut außerdem ein Demomodell zusammen, damit die Teilnehmenden ein taktiles Anschauungsobjekt haben. Habt ihr Computer, Laptops oder sogar Raspberry Pi 400 in euren Einrichtungen? Sehr gut! Diese könnt ihr verwenden, um Thonny, die Programmierumgebung für MicroPython, zu installieren. Mehr dazu findet ihr im Abschnitt „Installation“ (https://wiki.gestaltwasdigital.org/books/bewegungsmelder-mit-led-streifen-mit-dem-raspberry-pi-pico/page/installation). |
60-120 Minuten |
| Setting/Inhalt |
Überlegt euch, gerne im Team, wie das Projekt an die Lebenswelten der Teilnehmenden anknüpfen kann (z. B. Eingangstür der Einrichtung, Feiertagsbeleuchtung, Plakate/Botschaften etc.). Recherchiert ggf. gezielt nach Personen, die intersektionale Perspektiven repräsentieren und als Vorbilder für verschiedene Rollen dienen können (z. B. Programmierer*innen, Erfinder*innen, Wissenschaftler*innen). Überlegt euch Beispiele, wie das Projekt in verschiedenen Kontexten Barrieren abbauen kann. Seid kreativ und denkt gerne über die Möglichkeiten des Projekts hinaus. Spielt den Workshop ggf. exemplarisch durch, gerne auch mit der Programmierumgebung Thonny, um den Code besser nachvollziehen zu können. |
60-120 Minuten |
| Projektarbeit | Bereitet Projektboxen für die Gruppen der Teilnehmer*innen vor. In diesen können bereits alle Materialien für das Projekt enthalten sein. Stellt außerdem Stifte und Papier bereit, damit sich die Gruppen Notizen machen können. Gebt den Gruppen die Möglichkeit, sich einen Gruppennamen auszudenken, den sie an ihrer Projektbox anbringen können. Wenn möglich, bereitet Snacks und Getränke vor – vielleicht kann das gemeinsame Vorbereiten von Snacks, Getränken und der Arbeitsplätze auch ein Teil des Projekts sein. Falls ihr die Möglichkeit habt, versucht, das Projekt mit zwei Fachpersonen durchzuführen. | 15-30 Minuten |
| 2. Phase | Ankommen - Inhaltliche Vorbereitung | 65-110 Minuten |
| Start |
Startet ggf. mit einem kleinen Check-in oder einer Willkommensrunde, in der ihr nachfragt, was das „Zuckerstück“ des heutigen Tages war/ist oder was sich die Teilnehmenden für den Tag wünschen. Legt gemeinsam Regeln für die Projektarbeit fest und notiert diese auf ein Blatt Papier oder ein Plakat. Lasst die Teilnehmenden das Plakat unterschreiben, um die Vereinbarungen zu bestätigen. | 15-20 Minuten |
| Kontextualisierung |
Startet mit einer Ideensammlung, z. B. was ein Bewegungsmelder und ein LED-Streifen sind, und thematisiert, wo die Teilnehmenden solche Bauteile schon im Alltag oder in den Medien gesehen haben oder wo sie allgemein eingesetzt werden können. Verbindet dies vielleicht mit einer gemeinsamen Internetrecherche, unterstützt durch Bilder oder 1–2 kurze Videos. Nutzt auch gerne KI-Systeme für die Recherche. Vielleicht gibt es sogar die Möglichkeit, ein kleines Porträt von verschiedenen Erfinderinnen, Programmiererinnen oder anderen Persönlichkeiten, die sich mit „Making“ beschäftigen, zu erstellen und eine kleine Galerie anzufertigen. Überlegt gemeinsam – gerne auch durch weitere Recherchen –, welche Rollen es in einem Team braucht, um beispielsweise einen Bewegungssensor zu entwickeln. Mögliche Rollen könnten Physiker*in, Materialwissenschaftler*in, Elektronik-Ingenieur*in, Softwareentwickleri*n, Testerin oder Designer*in/Marketing umfassen. |
30-60 Minuten |
| Gruppenfindung |
Gebt den Teilnehmer*innen die Möglichkeit, sich in 2er- bis 3er-Gruppen zusammenzufinden, und gebt ihnen Zeit, sich einen Namen für ihre Gruppe auszudenken. Knüpft an die Kontextualisierungsphase an und lasst die Gruppen Rollen innerhalb ihrer Gruppe verteilen (diese Rollen können bei einem anderen Projekttag ggf. auch getauscht werden). Lasst die Gruppen kurz begründen, warum sie sich für die jeweiligen Rollen entschieden haben. Anschließend stellen die Gruppen ihren Gruppennamen vor und erklären, wie sie auf diesen Namen gekommen sind. Verteilt nun die Projektboxen und lasst die Gruppen diese mit den Namen der Teilnehmer*innen und ihrem Gruppennamen beschriften. |
20-30 Minuten |
| 3. Phase | Praktische Arbeit | 25-50 Minuten |
| Material Zusammenbau |
Gebt nun die Projektboxen aus und gebt ggf. noch einmal Hinweise dazu, wie alle Bauteile zusammengebaut werden. Lasst die Gruppen anschließend selbstständig arbeiten. Unterstützt die Gruppen bei Bedarf mit individuellen Hilfestellungen. | 15-30 Minuten |
| Projekt testen | Probiert die zusammengebauten Projekt-Sets aus! Leuchten die LED-Streifen, wenn der Bewegungssensor eine Bewegung erfasst? Wie lange braucht der Bewegungssensor, bis er eine neue Bewegung wahrnimmt? Schaut euch dazu noch einmal die Beschreibung der Bauteile an, in der beispielsweise erklärt wird, wie ein Bewegungssensor angepasst oder konfiguriert werden kann. Diskutiert gemeinsam, wo solche Sensoren und LED-Streifen eingesetzt werden könnten. | 10-20 Minuten |
| 4. Phase | (Um)Programmierung | 25-55 Minuten |
| Raspberry Pi Pico anschließen |
Schließt den Raspberry Pi Pico mit einem Micro-USB-zu-USB-A-Kabel an einen Computer, Laptop oder Raspberry Pi 400 an. | 5-10 Minuten |
| Code öffnen und verändern |
Öffnet die Programmierumgebung Thonny und ladet den Code vom Raspberry Pi Pico. Sucht die Zeile mit den Farbwerten für den LED-Streifen heraus. Besucht die Website https://html-color.codes/, um RGB-Farbwerte zu erstellen, und passt diese nach euren Lieblingsfarben an (vielleicht pro Gruppenmitglied 2–3 Farben). | 15-30 Minuten |
| Code erweitern | Fügt weitere Farbwerte hinzu, idealerweise 15 – je eine Farbe pro LED des Streifens. Ihr könnt hierfür die Website https://html-color.codes/ nutzen, um passende RGB-Farbwerte auszuwählen. Gestaltet den LED-Streifen kreativ, indem ihr eure Lieblingsfarben einbindet oder ein bestimmtes Farbthema wählt. | 5-15 Minuten |
| 5. Phase | Reflexion | 35-140 Minuten |
| Recap 1 Gruppenarbeit |
Gebt den Gruppen die Möglichkeit, zu reflektieren, was ihnen an der Zusammenarbeit mit ihren Gruppenteilnehmer*innen gefallen hat. Jede Person schreibt dabei für sich individuell einen Satz auf oder überlegt sich einen Satz. Anschließend tragen alle Gruppenteilnehmer*innen, angeleitet von den Workshopleitungen, ihre Sätze vor. Etabliert ggf. ein Ritual nach jedem vorgetragenen Satz, wie z. B. gemeinsames Klopfen auf den Tisch, Füße trampeln oder Fingerschnipsen, um den Moment wertzuschätzen und eine positive Atmosphäre zu schaffen. |
15-35 Minuten |
| Recap 2 Gruppenarbeit |
Nun sollen die Gruppen gemeinsam überlegen, was sie beim nächsten Mal ggf. anders machen würden und was sie für das Projekt benötigen würden, um es besser durchführen zu können. Wenn möglich, sollen die Gruppen ihre Gedanken im Plenum vorstellen, um Ideen und Verbesserungsvorschläge zu teilen. | 10-20 Minuten |
| Abschluss | Gebt den Teilnehmenden ein Feedback, indem ihr hervorhebt, was euch besonders gut gefallen hat, was ihr beobachtet habt und welche Wünsche oder Anregungen ihr für sie habt. Gebt einen Ausblick darauf, welche weiteren Möglichkeiten und Themen im Rahmen dieses Workshops noch erkundet werden können. Diskutiert gemeinsam mit den Teilnehmenden über mögliche Anschlussprojekte und entwickelt Ideen, wie die gewonnenen Erkenntnisse und Fähigkeiten in zukünftigen Projekten genutzt oder erweitert werden können. | 10-45 Minuten |