Unser Schnellstartprogramm macht Algorithmen z.B. in Form eines Blinklichts sichtbar. Mittels Sensoren können wir direkt auf die Umwelt reagieren. IoT macht Informatik in Form eines "Dings im Internet der Dinge" damit  direkt anfassbar.

Analog-Digital-Wandler: Unsere Verbindung zur analogen Welt

Sensoren sind Bauteile, die eine physikalische Größe in eine Messgröße wandeln. Als einfachster Vertreter für einen Sensor sei hier exemplarisch der Messeingang für analoge Spannungen (analogRead) genannt. Die an den mit A0 beschrifteten Kontakten anliegende Kleinspannung wird durch einen Analog-Digital-Wandler (ADC) in einen proportionalen Zahlenwert umgewandelt. In unserem Fall hat der ADC eine Auflösung von 10 bit, was bedeutet, dass unser Messbereich von 0 bis 3 V in die Zahlenwerte 0 bis 210-1 (=1023) umgewandelt wird. Das entsprechende Puzzleteil (analogRead) zum Einlesen des Zahlenwertes finden wir auf der linken Seite im Baukasten für "Sensoren".

Sensoren: Die Sinnesorgane des Octopus

AnalogRead wandelt die physikalische Größe Spannung in einen Zahlenwert um. Schließen wir an der Grove-Buche A0 (linke weiße Buchse) z.B. einen Loudness-Sensor an, so können wir so die Lautsärke im Klassenzímmer messen.

Video: Lärmampel realisieren

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Kontrollstrukturen: Ein Befehl für den Fall alle Fälle

Je nach Lautstärke und damit Zahlenwert des ADC schalten wir unser Neopixel nun auf grün, gelb oder rot. Dabei muss unser Programm in Abhängigkeit des Zahlenwertes unterschiedliche Befehle aufrufen. Dieses gelingt mittels der Konrollstruktur "Falls ... dann ... sonst ...". Konrollstrukturen lassen sich auch schachteln und bilden so ein mächtiges Werkzeug bei der Ablaufsteuerung von Programmen. Neben der Fallunterscheidung gibt es auch die Wiederholungsschleife, die unser Kit  z.B. mehrfach blinken läßt.

Print-Befehl: Testaugaben erleichtern die Entwicklung

Je nach Verstärkung des Mikrofons kann der Messwert individuell verschieden ausfallen. Idealerweise verfolgen wir den aktuellen Messwert deshalb über eine Ausgabe auf dem Seriellmonitor. Dazu dient der println–Befehl im Baukasten "M2M-Kommunikation".Zum Fenster des Seriellmonitors gelangen wir über die Menü-Taste oben rechts in der Arduino-GUI oder im Ardublock-Fenster.

Struktur des Algorithmus für die Lärmampel
e nach Messwert (Spannung am Sensorausgang) soll die LED eine andere Farbe anzeigen. Typisches Anwendungsszenario für eine Fallunterscheidung.
Fallunterscheidung Ardublock
Der Algorithmus in Ardublock formuliert. Testausgaben über Serial.print.

Lügendetektor: Auch ohne Sensor, Hautfeuchte entscheidet

Die Kontaktbelegung des IoT-Kits bietet schon von Hause aus die einfache Möglichkeit, auch ohne Sensor eine Spannungsänderung am analogen Eingang zu provozieren. Dazu brauchen wir nur den Finger auf die Bananenstecker-Kontakte auf der linken Seite des IoT-Kits zu legen. Unser Finger sorgt dann für eine leitfähige Verbindung zwischen A0 und den darunter anliegenden 3 V-Kontakt. Je nach Hautfeuchte und Kontaktdruck kann der Messwert so in weiten Grenzen schwanken. Berücksichtigen wir die Tatsache, dass der Mensch beim Lügen unbewußt unter Streß gerät und schwitzt, haben wir so einen ersten primitiven Lügendetektor gebaut. Generell stehen wir bei diesen analogen Sensoren aber vor dem Problem, dass wir den gemessenen Rohwert (0...1023) wieder in einen physikalischen Wert umrechnen müssen (Kalibrierung). Komfortabler sind intelligente Sensoren, die diese Umrechnung selbst vornehmen.

Lügendetektor über Hautfeuchte
Lügendetektor: Andere Anwendung, gleicher Algorithmus. Nur ggf. andere Schwellwerte.
Algorithmus mit Gelbphase
Aufgabe: Erweitere das Ardublockprogramm um eine Gelbphase.

Umweltsensoren messen das Klassenklima

Natürlich können wir das Puzzleteil für den analogRead auch durch einen anderen Sensor austauschen. Mit dem BME280 bzw. dessen Nachfolger BME680 steht uns auf dem Board bereits ein moderner intelligenter Sensor zur Verfügung, der Lufttemperatur, relative Luffeuchte und Luftdruck messen und in Form der physikalischen Größe (Grad Celsius, %, hPa) liefern kann. So erstellen wir z.B. auch ganz einfach ein digitales Thermometer oder eine Temperatur-Ampel fürs Klassenzimmer.

Zwei Fallunterscheidungen.
Auch intelligente Sensoren wie der BM E280 sind möglich. Hier verwenden wir unseren Algorithmus zur Überwachung des Raumklimas.
Digitales Thermometer
Ausgabe unserer Umweltdaten auf dem seriellen Monitor. Zusätzlich auf der optionalen LED-Matrix. Damit haben wir unser lokales Kleinklima am Arbeitsplatz messtechnisch erfasst und angezeigt.
Thermometer
Hitzefrei Sensor: Mobiles digitales Thermometer. Foto: Guido Burger
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