Unser Roboter: Maqueen - informatikgarten.ch

Lernziele

Schnittstelle: Sie können grob charakterisieren, über welchen Weg der Microbit wiedem Maqueen Roboter Befehle sendet.

Grundbefehle aus dem maqueen-Modul anwenden: Sie haben einen Beispiel-Code selbstständig getestet und können die Befehle erklären.

Fahren bis Sie Schwarz sehen: Sie haben ein Programm geschrieben und verstanden, bei dem der Maqueen geradeaus fährt, bis er auf schwarzen Untergrund stösst, und dann alle Motoren stoppt.

Übersicht zum Maqueen Roboter

Der Roboter und unser Microbit werden von verschiedenen Firmen produziert. Es ist also nur logisch, dass Ihr Microbit keine fertigen Befehle für den Roboter hat.

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Der Microbit und der Roboter kommunizieren über die Hardware-Schnittstelle des Microbit mit digitalen Signalen aus 1 (high) und 0 (low). Wie kann das nur funktionieren? Stellen Sie sich das so vor: Die Macher des Microbit haben eine genaue Auflistung veröffentlicht, für was welche Pins der Schnittstelle benutzt werden können. Diese Auflistung nennt man ein “pinout”.

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Die Macher bei DFrobot haben sich dann entschlossen, einen Roboter für diese Schnittstelle zu bauen. Sie wussten, welche Art von Signalen der Microbit über welche Pins abgeben oder lesen kann. Also bauten Sie den Roboter so, dass er auf die Schnittstelle passt.

Sie könnten mit dem Microbit-Paket allein z.B. ein Befehl an den Roboter schicken, um das linke Blinker-LED anzustellen, indem Sie das digitale Signal auf Pin 8 auf “high” (also 1) setzen. Diese Angaben müssten Sie im Handbuch des Roboters nachschauen.

from microbit import *
pin8.write_digital(1)

Natürlich wäre es sehr mühsam, den Maqueen so zu programmieren. Sie erhalten deswegen parallel zur Hardware-Schnittstelle auch eine Software-Schnittstelle: die Datei maqueen.py. Die können Sie mit import maqueen importieren und nutzen. Darin befinden sich Python-Funktionen für alle Funktionen des Maqueen, die wir nutzen.

Funktion	Erklärung
`set_led(lednumber, value)`	Schaltet die vorderen LEDs ein oder aus. 0 = links, 1 = rechts.
`read_distance()`	Liest die Entfernung vom Distanzsensor in Zentimetern.
`read_patrol(which)`	Liest den Zustand der Helligkeitssensoren. 0 = links, 1 = rechts.
`set_motor(motor, value)`	Steuert die zwei Motoren. 0 = links, 1 = rechts, Wert von -255 bis +255.
`motor_stop_all()`	Stoppt alle Motoren.

Beispiel-Code

Erste Testfahrt
Mit dieser Erklärung laden Sie bitte diesen Code auf dem Microbit. Versuchen Sie das Programm, die Funktionen sowie die Argumente nachzuvollziehen.
from microbit import *
import maqueen
 
# Testing LEDs
maqueen.set_led(0, 1)
sleep(1000)
maqueen.set_led(1, 1)
sleep(1000)
maqueen.set_led(0, 0)
sleep(1000)
maqueen.set_led(1, 0)
 
# Reading distance
distance = maqueen.read_distance()
display.scroll(distance)
 
# Reading patrol sensors
for i in range(0, 10):
    l = maqueen.read_patrol(0)
    maqueen.set_led(0, l)
    r = maqueen.read_patrol(1)
    maqueen.set_led(1, r)
    sleep(1000)
 
# Testing motors
maqueen.set_motor(0,-255)
maqueen.set_motor(1, 100)
sleep(2000)
 
maqueen.motor_stop_all()
(In der Schule integriere ich Ihnen das Paket maqueen bereits im Classroom auf microbit.org. Wenn Sie das alleine machen, müssen Sie sich die Datei hier herunterladen und im Projekt hinzufügen.)

Aufgaben

Zwei Tests mit einer kleinen Spritztour

Schliessen Sie den Microbit an Ihrem Computer an und erstellen Sie ein Testprogramm, um zu wissen, ob der Microbit funktioniert - z.B. zeigen Sie ein Herz an.

Wenn das funktioniert, können Sie nun versuchen den Maqueen-Roboter zu steuern. Fahren Sie zum Test mit dem Roboter mal ein Stück vorwärts und wieder rückwärts.

Fahren, bis Sie Schwarz sehen

Der Maqueen-Roboter hat zwei Infrarotsensoren, die die Helligkeit des Untergrunds erkennen kann. Leider geben sie kein genaues Resultat, sondern nur hell (high) oder dunkel (low).

Fahren Sie vorwärts, solange der linke Helligkeitssensor “high” misst. Wenn er “low” misst, fahren Sie ganz vorsichtig (langsam) zurück und beenden das Programm.

Mögliche Lösung

import maqueen
 
running = True
 
# Vorwärts fahren
maqueen.set_motor(0, 100)
maqueen.set_motor(1, 100)
 
while running:
 
    # Linker Sensor schwarz? Stopp
    l = maqueen.read_patrol(0)
    if l == 0:
        maqueen.motor_stop_all()
        running = False

Zusatz: Programmieren Sie einen Staubsauger

Der Maqueen hat einen Ultraschall-Distanz-Sensor. Versuchen Sie nun einen Staubsaugers zu programmieren:

Fahren Sie geradeaus, bis Sie kurz vor einem Hindernis sind,
dann stoppen Sie, drehen sich um eine zufällige Zahl und machen wieder Schritt 1.

Mögliche Lösung

from microbit import *
import maqueen
import random
 
while True:
    distanz = maqueen.read_distance()
    # Wenn Distanz kleiner als 10cm
    if distanz < 10:
        # Zufällig drehen
        maqueen.set_motor(0,-255)
        maqueen.set_motor(1,255)
        zufallszahl = random.randint(300,1500)
        sleep(zufallszahl)
        # Vorwärts fahren
        maqueen.set_motor(0,255)
        maqueen.set_motor(1,255)

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