Einstieg in Physical Computing

Wir verwenden folgenden Microcontroller mit einem ESP32-Chip.

Installieren Sie Thonny (für Windows und für Mac. Öffnen Sie Thonny und verbinden Sie den Microcontroller per USB-Kabel mit ihrem Notebook. Drücken Sie den «Stop/Start»-Button.

• Verbinden Sie den ESP32 mit USB-C-Kabel mit ihrem Notebook. Die weisse LED auf dem Mikrocontroller sollte nun dauerhaft leuchten.
• Öffnen Sie Thonny und wählen Sie unter Tools → Optionen… → Interpreter den Interpreter MicroPython (ESP32) aus.
• Klicken Sie auf Stop, nun sollte ihm Shell-Fenster von Thonny MicroPython v1.22.0… stehen und >>> erscheinen. Diese Zeichen bedeuten, dass MicroPython-Befehle eingegeben werden können, welche anschliessend an den ESP32 gesendet und auf diesem ausgeführt werden.
• Geben Sie zum Testen die Rechnung 34**4 ein, der ESP32 berechnet nun $34^4$. (Befehle müssen mit Enter bestätigt/ausgeführt werden.)
• Probieren Sie noch andere Rechnungen aus.
• Was passiert, wenn Sie $12345^{98765}$ ausrechnen möchten?
• Sie können auch Text vom ESP32 ausgeben lassen: z.B. mit print('Hello World!').
• Schreiben Sie eine for-Schleife, die alle Dreieckszahlen bis n = 15 zusammenzählt.

• Bauen Sie folgenden Schaltkreis nach.

• Um die LED zu verwenden müssen Sie zuerst die nötigen Module mit dem Befehl from machine import Pin laden.
• Die LED ist am Pin 3 angeschlossen. Ordnen Sie die LED diesem Pin in MicroPython zu: led = Pin(3, Pin.OUT)
• Die LED können Sie nun mit dem Befehl led(1) ein- bzw. mit led(0) ausschalten.
• Mit einer for-Schleife kann die LED zum Blinken gebracht werden. Dazu wird noch das time Modul benötigt:

import time
led = Pin(2, Pin.OUT)
for i in range(10):
    led(1)
    time.sleep(0.5)
    led(0)
    time.sleep(0.5)

*-Aufgaben:

1. Weshalb kann die LED nicht direkt also ohne Widerstand mit dem Microcontroller verbunden werden?

Es kann auch ein Druckknopf verwendet werden, um die LED zu steuern. Ergänzen Sie dazu den Schaltkreis der LED um den Druckknopf. Stecken Sie dazu die LED an Pin 3 (und nicht mehr Pin 2). Stecken Sie den Druckknopf wie folgt auf das Breadboard und verbinden Sie das untere/rote Kabel mit GND und das obere/grüne Kabel mit Pin 2.

from machine import Pin
led = Pin(3, Pin.OUT)
button = Pin(2, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
while True:
    if not button():
        led(not led())
        while not button():
            pass

Hinweis: Um eine while-Schleife (oder auch andere Befehle) zu unterbrechen, drücken Sie die Tastenkombination CTRL+C.

*-Aufgaben:

1. Programmieren Sie den Druckknopf so, dass bei zweimaligen Drücken, die LED zu blinken beginnt.

Bauen Sie folgende Ampelschaltung nach. (schwarzes Kabel → GND, grünes Kabel → Pin 6, gelbes Kabel → Pin 4, rotes Kabel → Pin 3, violettes Kabel → Pin 2)

Programmieren Sie die Schaltung so, dass die Ampel von rot über orange auf grün schaltet, sobald der Knopf gedrückt wird. Die Ampel soll dann für 2 Sekunden grün sein und danach automatisch wieder auf Rot schalten.

Code-Hilfe:

from machine import Pin
import time
led1 = Pin(3, Pin.OUT)
led2 = Pin(4, Pin.OUT)
led3 = Pin(6, Pin.OUT)
button = Pin(2, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
led3(1)
while True:
    if not button.value():
        led3(1)
        time.sleep(0.1)
        ...

Auf dem Mikrocontroller ist auch eine dreifarbige LED (NeoPixel) verbaut. Diese kann über den Pin 7 angesteuert werden (keine Verkabelung nötig).

Laden Sie die NeoPixel-LED mit

import machine, neopixel
np = neopixel.NeoPixel(machine.Pin(7),1)

Die Farbe kann mit RGB-Farbcode gesetzt werden. Bevor die NeoPixel leuchtet muss der Farbcode gesetzt werden: z.B. rot mit np[0]=(255,0,0). Danach kann mit np.write() die LED eingeschaltet werden.

Schreiben Sie einen Code für einen Farbverlauf der NeoPixel-LED. Die RGB-Farbcodes finden Sie z.B. hier.

Wie beim normalen Python können Sie auch mit MicroPython for- oder while-Schleifen programmieren. Und auch die Bedingungen if … else: können verwendet werden.

1. Schreiben Sie einen Code, der einen Input verlangt (mit dem Befehl wird die Eingabe in der Variable $x$ gespeichert: x = input(„Eingabe: “)) und falls dieser $Licht an!$ ist, soll die LED leuchten bzw. eingeschaltet werden.
2. Erweitern Sie ihren Code mit einer Schleife, der einen Countdown von 10s bis zum Einschalten der LED ausgibt.