Arduino Projekt: LED Würfel

Abb. 1: LED Würfel

Aufgabenstellung

Häufig stellt man bei Brettspielen fest das ein Würfel fehlt und um das Problem zu lösen, ist die Aufgabe von diesem Projekt einen eignen Würfel zu bauen.

Video  

Abb. 2: LED

Vorab wichtig zu wissen!

LED

• Beachte beim Arbeiten mit der LED, die Anode und Kathode nicht zu vertauschen.
• In die Anode fließt der Strom hinein (lange Seite), danach fließt der Strom wieder durch die Kathode hinaus (kurze Seite).(Abb.2)
• Wenn die LED am Ende des Projektes nicht leuchtet wurde dies vertauscht, einfach umdrehen und sie leuchtet!

Arduino

• Der Arduino besitzt unterschiedliche Schnittstellen, weil der Arduino ein digitaler Mikrocontroller ist, kann er nur 5 Volt ausgeben oder annehmen.
• Bei einer konstanten 5 Volt Spannung, ist die LED immer gleich hell, so ist das Ziel die Spannung zur LED zu reduzieren. Dafür benötigen wir eine PWM Schnittstelle, die Pulsweitenmodulation (PWM) wird in Mikrosekundenbereich ein und ausgeschaltet.
• Bei einem geringen PWM-Wert ist das 5 Volt Signal kaum noch vorhanden und bei einem hohen PWM-Wert liegt das 5 Volt Signal nahezu durchgehend am Pin an. Durch die PWM Schnittstelle kann nun die LED unterschiedlich hell leuchten, da die Spannung anpassbar ist.
• Die [PWM] Schnittstellen sind ganz einfach zu erkennen an diesem Zeichen (~)

Steckbrett

• Erklärung zum arbeiten mit einem Steckbrett klicken!

Benötigte Materiallien

Nr.	Anz.	Beschreibung	Link		Pos.	Anz.	Beschreibung	Link
①	1	Funduino Arduino UNO R3	bestellen		②	viele	Jumper Kabel, männlich/männlich	bestellen
③	1	Steckbrett	bestellen		④	7	LED beliebige Farbe	bestellen
⑤	8	Widerstand 120 Ω	bestellen		⑥	1	Taster	bestellen

Abb.3 Schaltung

Aufbau Schaltung

• Auf dem Bild (Abb.3 Schaltung) wird dargestellt, wie die Schaltung für das Projekt "Pulsierende LED" aufgebaut werden kann.

Programmierung

Schritt 1

• Erstellen der ersten Arduino Datei (Link zum Tutorial).

Schritt 2

• Grundkenntnisse vom Projekt "Pulsierende LED" verstanden haben. (Link).
• Grundkenntnisse für das Projekt "Arduino LED Würfel" verstehen(Link zu den Grundkenntnissen).

Schritt 3

• Nachdem die Schritte 1 und 2 abgeschlossen sind, kann mit der Programmierung des Projektes gestartet werden.

1) Initialisierung
Für das Projekt müssen einige Variablen und Pins Initalisiert werden, dies ist nun der erste Schritt im Code.
Benötigt werden die LEDs, der Taster, ein Delay und Variablen um Werte zu speichern.
Beachte das einige LEDs zu zweit Initialisert werden!

Lösung  

//Alle LED Pins
int pinLeds1 = 10;
int pinLeds2 = 9;
int pinLeds3 = 7;
int pinLed4 = 8;
//Der Button
int buttonPin = 6;
int buttonState;                    // Speichervariable
//Ran wird die Randome Zahl
long ran;
//Delay
int time = 2000;              // 2000ms, kann selber bestimmt werden.
void setup()         
{                    
//später
}
void loop() 
{ 
//später
}

2) pinMode()
Nachdem Initialisieren der Variable muss dem Programm erklärt werden, welche Schnittstelle am Arduino verwendet werden soll, um mit den LEDs und dem Taster zu kommunizieren.
Hierfür wird die Funktion pinMode(LED,OUTPUT); oder pinMode(LED,INPUT); benötigt.

Lösung  

void setup()         
{                    
  //Setzt alle Pins als OUTPUT
  pinMode (pinLeds1, OUTPUT);
  pinMode (pinLeds2, OUTPUT);
  pinMode (pinLeds3, OUTPUT);
  pinMode (pinLed4, OUTPUT);
  //Setzt den Pin vom Taster als INPUT
  pinMode (buttonPin, INPUT);
}
void loop() 
{ 
//später
}

3) analogWrite()
Im nächsten Schritt muss das Programm dem Arduino sagen, wie hoch die Helligkeit der LED sein soll.
Dafür werden die Grundkenntnisse, Initialisierung (Zuweisung), pinMode() und If-Verzweigung benötigt (Siehe Grundkenntnisse).
Es muss zuerst die Variable helligkeit erstellt werden, genau wie bei der LED.

Lösung  

int LED = 9;
int helligkeit=0;       // <-  0 ist der Startwert
void setup()         
{                    
pinMode(LED,OUTPUT); 
}
void loop() 
{ 
//später
}

Nach dem Initialisieren der Helligkeit, benötigt man eine PWM Ausgabe, analogWrite() um der LED einen bestimmten PWM Wert zu übertragen.

Lösung  

int LED = 9;
int helligkeit=0;
void setup()         
{                    
pinMode(LED,OUTPUT); 
}
void loop() 
{ 
analogWrite(LED, helligkeit);  // <-
}

4) Rechenfunktion und If-Verzweigung
Das Ziel für das Projekt ist, die LED faden zu lassen, dafür benötigt man eine kleine Rechenfunktion und eine If-Verzweigung.
Aktuell betägt der Wert der Helligkeit in dem Programm 0, dieser Wert muss verändert werden um unterschiedliche PWM Signale zu versenden.
Hiefür muss sich eine Funktion überlegt werden, die unsere Variable helligkeit=0 hochzählt und wieder runterzählt.
Vorab benötigten wir eine zusätzliche Variable mit dem Namen zahl

Lösung  

int LED = 9;
int helligkeit=0;
int zahl= 5;      // <-
void setup()         
{                    
pinMode(LED,OUTPUT); 
}
void loop() 
{ 
analogWrite(LED, helligkeit);

helligkeit=helligkeit + zahl;     // Addieren 
delay(25);                       // 25 sekunden Pause zwischen dem hochzählen
}

Abschließend wird eine If-Verweisung benötigt, um die LED wieder dunkler werden zu lassen, ab dem maximalen PWM Wert von 255.

Lösung  

int LED = 9;
int helligkeit=0;
int zahl= 5;
void setup()         
{                    
pinMode(LED,OUTPUT); 
}
void loop() 
{ 
analogWrite(LED, helligkeit);
helligkeit=helligkeit + zahl;
delay(25); // 25 sekunden Pause zwischen dem hochzählen

if(helligkeit==0 || helligkeit== 255) 
 { 
  zahl = -zahl;         // zahl negieren, so das minus gerechnet wird
 } 
}

Schritt 4

• Nach dem beenden von Schritt 3, kann nun das Ergebnis mit der Munsterlösung verglichen werden.

Musterlösung

Quelle: https://funduino.de/nr-4-pulsierende-led (ÜBERARBEITEN!)

Müsterlösung  

//Arduino code by Davuzz11
//Led dice With Arduino
//For question write in my Instructables

//Led pins
int pinLeds1 = 10;
int pinLeds2 = 9;
int pinLeds3 = 7;
int pinLed4 = 8;
//Button pin
int buttonPin = 6;
int buttonState;
//Ran will be randomized from 1 to 6
long ran;
//Time is the time of delay
int time = 2000;

void setup ()
{
  //Set the pins of the leds as Output
  pinMode (pinLeds1, OUTPUT);
  pinMode (pinLeds2, OUTPUT);
  pinMode (pinLeds3, OUTPUT);
  pinMode (pinLed4, OUTPUT);
  //Set the pin of the button as an Input
  pinMode (buttonPin, INPUT);
  //This code line is necessary for a correct random
  randomSeed(analogRead(0));
}

void loop()
{
  //Read the status of the button 
  buttonState = digitalRead(buttonPin);
  if (buttonState == HIGH){
    //Randomize from 1 to 6
    ran = random(7);
    //Number 1!
    if (ran == 1){
      digitalWrite (pinLed4, HIGH);
      delay (time);
    }
    //Number 2!!
    if (ran == 2){
      digitalWrite (pinLeds1, HIGH);
      delay (time);
    }
    //Number 3!!!
    if (ran == 3){
      digitalWrite (pinLeds3, HIGH);
      digitalWrite (pinLed4, HIGH);
      delay (time);
    }
    //Number 4!!!!
    if (ran == 4){
      digitalWrite (pinLeds1, HIGH);
      digitalWrite (pinLeds3, HIGH);
      delay (time);
    }
    //Number 5!!!!!
    if (ran == 5){
      digitalWrite (pinLeds1, HIGH);
      digitalWrite (pinLeds3, HIGH);
      digitalWrite (pinLed4, HIGH);
      delay (time);
   }
   //Number 6!!!!!!
   if (ran == 6){
      digitalWrite (pinLeds1, HIGH);
      digitalWrite (pinLeds2, HIGH);
      digitalWrite (pinLeds3, HIGH);
      delay (time);
   }
  }
  //If the button is not pressed, sets off the leds
  digitalWrite (pinLeds1, LOW);
  digitalWrite (pinLeds2, LOW);
  digitalWrite (pinLeds3, LOW);
  digitalWrite (pinLed4, LOW);
}

//....Finish!

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