Microcontroller programmeren: dingen die waarnemen en bewegen

Een wasmachine kan een programma volgen zonder toetsenbord. De computer zit verborgen in de machine. Ook jij kunt een klein bordje programmeren om dingen te besturen.

Een programma werkt in de echte wereld

Apparaten programmeren betekent dat je een apparaat programmeert dat waarneemt en handelt. Het kan bijvoorbeeld beweging opmerken, een led laten branden of een wiel laten draaien. Een ingebouwde computer zit in een grotere machine. Verkeerslichten, magnetrons en robotstofzuigers hebben ingebouwde computers.

Een microcontroller is een piepkleine computer op één chip. Hij bewaart een programma en voert de instructies ervan uit. Op een microcontrollerbordje zitten die chip en plekken om onderdelen aan te sluiten. Bordjes voor in de klas hebben vaak al knoppen, lampjes en sensoren. Een micro:bit is daar een voorbeeld van.

Twee soorten onderdelen werken samen

Door de software te veranderen, kun je veranderen wat dezelfde hardware doet. Eén bordje kan vandaag een hartje laten knipperen en morgen schudbewegingen tellen. Het bordje heeft nog steeds de juiste aangesloten onderdelen nodig. Instructies om een hek te bewegen kunnen het niet bewegen zonder motor.

Volg een automatische deur

Stel je voor dat je naar de automatische deur van een winkel loopt.

1. Een sensor merkt dat er iemand dichtbij is.
2. De computer volgt zijn programma en kiest ervoor om de deur te openen.
3. Een motor schuift de deur open.
4. Als er niemand dichtbij is, wacht het programma en sluit dan de deur.

De sensor schuift de deur niet zelf open. Elk onderdeel heeft zijn eigen taak. Een mens heeft de regels gekozen en het programma geschreven. De computer volgt die instructies, ook als er fouten in zitten.

Wanneer gedraagt een machine zich als een robot?

Een robot kan waarnemen, beslissen en handelen door een programma te volgen. Een auto die een muur waarneemt en ervan wegstuurt, doet dat. Een speelgoedauto die alleen met jouw afstandsbediening wordt bestuurd, volgt jouw keuzes. Alleen aan zijn beweging kun je niet zien of hij zijn omgeving waarneemt.

Kijk naar de taak die een machine uitvoert, zoek niet naar een scherm. De verborgen computer van een wasmachine voert nog steeds instructies uit, ook als het scherm alleen uit een paar lampjes bestaat.

Een apparaat werkt doordat de onderdelen samen een taak uitvoeren. Je kunt de informatie erdoorheen volgen in drie stappen: invoer, verwerking, uitvoer.

Wat gaat erin, wat gebeurt er en wat komt eruit?

Invoer geeft de computer informatie. Een druk op een knop of een lichtmeting kan invoer zijn. Een invoerapparaat verzamelt die informatie.

Verwerking gebeurt wanneer de computer het programma volgt. Hij kan bijvoorbeeld een meetwaarde met een getal vergelijken en een actie kiezen. Uitvoer is de actie die hij bestuurt, zoals een piep. Een luidspreker, scherm of motor is een uitvoerapparaat.

Bij een meetwaarde van 12 is de voorwaarde waar. Het programma zet de leds aan. Bij een meetwaarde van 95 is de voorwaarde onwaar. Het programma zet ze uit. De meetwaarde geeft informatie; het programma geeft betekenis aan die informatie.

Informatie onthouden

Met opslag kan de computer zijn programma en waarden bewaren. Een stappenteller bewaart een telling tussen bewegingen. Als hij de eerdere telling niet zou onthouden, kon hij de volgende stap er niet bij optellen.

Sommig geheugen bewaart waarden alleen terwijl een programma draait. Een bordje kan ook zijn gedownloade programma bewaren voor de volgende keer dat het opstart. Een programma opslaan en een lopende telling bijhouden zijn verschillende taken van opslag.

Mensen blijven betrokken

Bij een oversteekplaats is jouw druk op de knop invoer. Het programma wacht en verandert de signalen op volgorde. De signaallampen en piepjes zijn uitvoer. Mensen kiezen ook de tijden, schrijven het programma en zetten systemen aan of uit. Een handig apparaat geeft mensen duidelijke bediening, zoals een stopknop.

De rol van een onderdeel hangt af van wat het in dat systeem doet. Licht komt als uitvoer uit een led. Dat licht kan een sensor bereiken als invoer voor een ander systeem.

Volg informatie, geen stroom

Een batterij levert stroom; ze meet de wereld niet. Draden verbinden onderdelen en geven stroom of signalen door. Bij een knop met een draad verzamelt de knop de invoer. De draad geeft het signaal door aan het bordje. Vraag je af: “Welk onderdeel vertelt de computer iets?” Zo vind je het invoerapparaat.

Een lampje kan een boodschap tonen zonder geluid te maken. Je programma bepaalt wanneer het brandt en hoe lang de boodschap zichtbaar blijft.

Toon een afbeelding of een getal

Een led, oftewel een lichtgevende diode, is een klein lampje. Sommige bordjes hebben een rooster van leds als scherm. De micro:bit heeft 25 leds, verdeeld over vijf rijen van vijf. Het scherm kan pictogrammen, getallen of voorbijschuivende woorden tonen.

Een getoond hartje blijft staan totdat een andere instructie het verandert of wist. Als je een led aanzet, gaat die niet vanzelf later uit. Zet een uitinstructie in het programma als je wilt dat het donker wordt.

Geef je ogen tijd

Een computer kan een lampje te snel laten veranderen om het goed te zien. Een pauze laat het programma wachten. Veel pauzeblokken gebruiken milliseconden, geschreven als ms. Er gaan 1.000 ms in één seconde. Een pauze van 500 ms duurt een halve seconde.

Maak een knipperlicht in deze volgorde:

1. Zet de led aan.
2. Pauzeer 500 ms.
3. Zet de led uit.
4. Pauzeer 500 ms.

De eerste pauze houdt het lampje aan. De tweede houdt het uit. Zet alle vier de blokken in een lus om het te laten blijven knipperen. Als je alleen pauzeert nadat je het hebt uitgezet, kan de tijd dat het aan is te kort zijn om op te merken.

Maak een model van een verkeerslicht

Gebruik aparte groene, gele en rode leds. Begin met alle drie uit. Herhaal deze stappen:

• Groen aan; pauzeer 5.000 ms; groen uit.
• Geel aan; pauzeer 2.000 ms; geel uit.
• Rood aan; pauzeer 5.000 ms; rood uit.

Eén cyclus duurt 12 seconden: vijf, dan twee, dan vijf. Door elk lampje uit te zetten, is de volgende stap goed te zien. Een patroon dat alleen in “bij opstarten” staat, wordt één keer uitgevoerd. Zet het in “de hele tijd” als het zich moet blijven herhalen.

Kies kleuren

Sommige gekleurde leds mengen rood, groen en blauw licht. Rood en groen op volle sterkte maken geel. Alle drie op volle sterkte maken wit. Een gewone led met één kleur kan niet van kleur veranderen alleen omdat je een nieuw kleurblok kiest. Kies uitvoer die de boodschap kan tonen die je nodig hebt.

Een piep kan bevestigen dat er op een knop is gedrukt. Een melodie kan een overwinning vieren. Een luidspreker of zoemer zet de geluidsinstructies van je programma om in uitvoer.

Verander toonhoogte en lengte

Toonhoogte is hoe hoog of laag een geluid klinkt. Je kiest de frequentie van een toon in hertz, geschreven als Hz. Een hogere frequentie geeft een hogere toon. De centrale C is ongeveer 262 Hz. De A daarboven is 440 Hz.

Duur betekent hoe lang een geluid klinkt. Een programma kan de duur instellen in tellen of milliseconden. Een melodie is een volgorde van noten, elk met een toonhoogte en een duur. Een hogere toon betekent niet dat een noot langer duurt. Verander de duur om de lengte te veranderen.

Programmeer een deurbel

Zet deze instructies in “als knop A wordt ingedrukt”:

1. Speel 523 Hz gedurende één tel.
2. Speel 392 Hz gedurende één tel.

Het eerste geluid is hoger. Het tweede is lager, waardoor je een “dingdong”-patroon krijgt. Bij elke druk wordt de reeks één keer afgespeeld. Sommige bordjes hebben een ingebouwde luidspreker. Andere gebruiken een aangesloten luidspreker of zoemer.

Kies wanneer het volgende blok wordt uitgevoerd

Stel dat een geluid van twee seconden vóór “toon ster” komt. Bij “speel af tot het klaar is” verschijnt de ster na het geluid. Bij “speel af op de achtergrond” kan de ster tijdens het geluid verschijnen. Lees de naam van het blok als je licht en geluid op elkaar wilt laten aansluiten.

Zorg voor bruikbare signalen

Gebruik een kort, zacht geluid voor “oké”. Gebruik een herhaalde waarschuwing alleen zolang die nodig is. Een geluid in een oneindige lus zonder voorwaarde begint elke ronde opnieuw. Geef het alarm een voorwaarde of een bediening waarmee je het stilzet.

Begin met een laag volume en korte geluiden als je test. Klasgenoten in de buurt moeten hun eigen werk ook kunnen horen.

Een wiel moet blijven draaien. Een modelhek moet naar een gekozen stand bewegen. Voor deze taken moet je motoren op verschillende manieren besturen.

Ronddraaien of naar een stand draaien

Een motor maakt beweging. Een uitvoerapparaat dat iets laat bewegen, is een actuator. Bij een draaimotor kun je de richting en snelheid kiezen. Veel bouwpakketten gebruiken een percentage voor de snelheid: 100% is de volle snelheid, 50% is ongeveer de halve snelheid en 0% is stilstaan.

Een servomotor draait naar een stand en houdt die vast. Veel servomotoren voor in de klas kunnen hoeken van 0 tot 180 graden aannemen. De hoek vertelt de servomotor naar welke stand hij moet draaien, niet hoe lang hij moet draaien.

Open en sluit een modelhek

Stel dat het hek dicht is bij 0 graden en open bij 90 graden. Zet het op 0 in “bij opstarten”. Zet in “als knop A wordt ingedrukt”:

1. Zet de servomotor op 90 graden.
2. Pauzeer 5.000 ms.
3. Zet de servomotor op 0 graden.

Het hek blijft vijf seconden open en gaat dan dicht. Als je de laatste instructie weghaalt, houdt de servomotor het hek open. Een pauze alleen sluit het hek niet.

Stuur een wagentje

Een wagentje kan aan elke kant een motor hebben. Als beide kanten met dezelfde snelheid vooruit draaien, rijdt het rechtuit. Als beide achteruit draaien, rijdt het achteruit. Als het rechterwiel stopt terwijl het linkerwiel vooruit draait, gaat het naar rechts. Het draait naar de langzamere kant.

Test welke richting je model vooruit laat rijden. Hoe een motor is bevestigd, kan het resultaat veranderen. Als hij de verkeerde kant op draait, verander je de richting in het programma.

Plan de hele beweging

Neem een stopinstructie op voor een draaimotor. Als je hem start en daarna wacht, blijft hij de hele wachttijd draaien. Voor een tocht van drie seconden: start, pauzeer 3.000 ms en stop dan.

Volg de instructies van het bouwpakket voor de motoraansluitingen en stroomvoorziening. Motoren kunnen een extra motorbordje nodig hebben. Houd vingers, haar en losse kleding uit de buurt van draaiende onderdelen. Ondersteun een wagentje tijdens een test op tafel, zodat het niet over de rand kan rijden.

Een knop vertelt je programma of hij is ingedrukt. De manier waarop je hem uitleest, verandert wat je apparaat doet als iemand hem ingedrukt houdt.

Twee toestanden, verschillende schakelaars

Een knop heeft twee toestanden: ingedrukt en niet ingedrukt. Een maakdrukknop, zoals een deurbelknop, maakt alleen verbinding terwijl je hem indrukt. Een tuimelschakelaar blijft staan zoals je hem hebt gezet totdat je hem weer omzet.

Met knoppen kunnen mensen een apparaat besturen. Met de ene knop kun je een spelmodus kiezen. Met een andere kun je een scherm wissen of een geluid stilzetten.

Eén keer per druk of zolang je de knop vasthoudt?

Een gebeurtenisblok reageert als er iets gebeurt. Bij een quizknop kan “als knop A wordt ingedrukt” een blij gezicht tonen en één piep afspelen. Knop B kan het scherm wissen. Als je A ingedrukt houdt, verandert de gebeurtenis niet in een herhalende lus.

Een voorwaarde vraagt naar de toestand van de knop op dat moment. Gebruik een oneindige lus om een ventilator te laten draaien zolang A ingedrukt is:

forever:
  if button A is pressed:
    motor on
  else:
    motor off

De lus blijft controleren. Als je A loslaat, volgt de volgende controle de anders-tak. Zonder “motor uit” kan de ventilator blijven draaien nadat je de knop hebt losgelaten.

Tel een druk op de knop zorgvuldig

Als “verander score met 1” in een knopgebeurtenis staat, telt één druk er één bij op. Staat het in de controle van een ingedrukte knop in een snelle lus, dan kan één keer lang indrukken veel punten opleveren. Bij elke ronde is de knop nog ingedrukt en komt er weer een punt bij.

Een controle in “bij opstarten” heeft een ander probleem. Die controleert alleen als het bordje opstart. Een druk op de knop enkele seconden later komt nadat die controle is afgelopen.

Aanraking kan ook invoer zijn

Sommige bordjes kunnen waarnemen dat knoppen A en B samen worden ingedrukt. Andere hebben ook een aanraakgevoelig logo of aanraakgevoelige aansluitpinnen. Met een geschikt bouwpakket kunnen folie of fruit die met klemmen zijn aangesloten, aanraakvlakken worden. Een aanraakvlak geeft het programma invoer; het scherm of geluid is de uitvoer die reageert.

Een sensor zet iets in de wereld om in een meetwaarde. Voordat je kiest wat je apparaat moet doen, onderzoek je wat die getallen betekenen op de plek waar het apparaat echt komt te staan.

Kies de juiste sensor voor de taak

Een versnellingssensor meet versnelling, inclusief het effect van de zwaartekracht. Een bordje gebruikt deze informatie om beweging en kanteling waar te nemen. Blokken zoals “bij schudden” gebruiken de meetwaarden van die sensor.

Lees getallen af voordat je een regel kiest

Op een micro:bit lopen lichtmetingen van 0 voor donker tot 255 voor licht. De sensor geeft een getal, niet het woord “donker”. Een programma vergelijkt dat getal met een drempelwaarde om een actie te kiezen.

Probeer dit voor een nachtlampje:

1. Toon de lichtwaarde terwijl de kamer licht is: ongeveer 140.
2. Dek de sensor af en lees opnieuw af: ongeveer 15.
3. Kies een drempelwaarde daartussen, bijvoorbeeld 50.
4. Gebruik “lichtwaarde < 50” om te beslissen wanneer het lampje moet branden.

De meetwaarde 15 ligt onder 50. De meetwaarde 140 ligt erboven. Een drempelwaarde van 5 zou in beide situaties niet worden bereikt, zodat het lampje tijdens deze tests nooit aangaat.

Verwacht kleine veranderingen

Meetwaarden kunnen schommelen van 140 naar 142 naar 139. Kleine veranderingen zijn normaal. Een drempelwaarde vlak naast die waarden kan ervoor zorgen dat uitvoer steeds aan- en uitgaat. Kies een waarde met ruimte tussen de gebruikelijke meetwaarden voor je twee situaties.

Dezelfde drempelwaarde werkt misschien niet op een andere plek. Zonlicht bij een raam kan een gedeeltelijk afgedekte sensor bereiken. Controleer de sensor op de plek waar het voltooide apparaat komt te staan.

Let op bij temperatuur

Bordjes voor in de klas geven de temperatuur meestal in graden Celsius, oftewel °C. Water bevriest bij ongeveer 0 °C; een klaslokaal kan rond de 20 °C zijn. Sommige bordjes meten binnen in hun computerchip. Die chip kan tijdens het gebruik warmer worden, waardoor de meetwaarde hoger kan zijn dan de temperatuur van de omringende lucht. Een meetwaarde vertelt je wat die sensor op die plek heeft gemeten.

Een bordje kan informatie onthouden terwijl je programma draait. Een variabele is een plek met een naam in het geheugen die een waarde bewaart die je kunt veranderen.

Bouw een stappenteller

Geef een variabele de naam “stappen”. Zet “zet stappen op 0” in “bij opstarten”. Voeg deze gebeurtenissen toe:

• Bij schudden: verander stappen met 1.
• Als knop A wordt ingedrukt: toon de waarde van stappen.
• Als knop B wordt ingedrukt: zet stappen op 0.

Na drie keer schudden bevat stappen de waarde 3. Knop A toont 3. Knop B wist de telling. Het woord “stappen” is de naam; 3 is de waarde. “Toon tekst stappen” toont de naam, niet de telling.

Houd de instructie voor de beginwaarde buiten de oneindige lus. Als je stappen elke ronde terugzet, wis je de telling steeds opnieuw. Test door precies 20 stappen te lopen. Als het scherm 26 toont, zijn extra bewegingen meegeteld; 14 betekent dat sommige stappen zijn gemist. Probeer de teller ergens anders te dragen of verander hoe sterk een schudbeweging moet zijn.

Bewaar een moment

“Zet temp op temperatuur” bewaart de meetwaarde van nu. Als temp 21 wordt, blijft die waarde 21 totdat een andere instructie haar verandert. De waarde volgt de sensor niet vanzelf.

Begin met de eerste meetwaarde om de hoogste meetwaarde te bewaren. Gebruik voor elke nieuwe waarde:

if reading > highest:
  set highest to reading

Bij de meetwaarden 21, 23 en 22 begint hoogste op 21. De waarde verandert naar 23 omdat 23 groter is. Ze blijft 23 wanneer 22 binnenkomt.

Maak een instelling aanpasbaar

Een variabele kan ook een drempelwaarde bewaren. Begin met drempelwaarde op 50. Knop A telt er 10 bij op; knop B trekt er 10 af. Vergelijk de lichtwaarde met de variabele drempelwaarde. Zo kan iemand het nachtlampje afstellen zonder de blokken te veranderen.

Als de vergelijking nog steeds een vaste 50 bevat, verandert er niets als je de variabele aanpast.

Bewaar meetwaarden over een langere tijd

Een datalogger verzamelt en bewaart meetwaarden op vaste momenten. Elke vijf seconden een meting gedurende één minuut geeft 12 meetwaarden, als de eerste na vijf seconden plaatsvindt. Een tabel of grafiek kan laten zien hoe ze veranderden.

Kies de tijd tussen metingen op basis van de verandering. Een bordje bewegen gaat snel, dus moeten de metingen kort na elkaar komen. Een kamer die ’s nachts afkoelt, verandert langzaam, dus kan een tussenpoos van enkele minuten werken.

Een kamer kan donkerder worden nadat een bordje is opgestart. Je programma moet opnieuw controleren om de verandering op te merken. De plek waar je elke instructie zet, is belangrijk.

Stel één keer in en blijf daarna kijken

Gebruik “bij opstarten” voor de voorbereiding. Het kan een teller op nul zetten, een welkomstafbeelding tonen of een modelhek sluiten. Het wordt uitgevoerd als het bordje opstart of wordt teruggezet naar de beginstand.

Gebruik “de hele tijd” om invoer te blijven uitlezen en uitvoer in te stellen. Een gewone ronde leest een sensor uit, neemt een beslissing en verandert uitvoer. Gebeurtenisblokken kunnen ook reageren telkens als hun gebeurtenis plaatsvindt.

Een plantenalarm kan deze stappen herhalen:

1. Lees de vochtsensor uit.
2. Als de grond droog is, toon dan een verdrietig gezicht en piep.
3. Toon anders een blij gezicht.
4. Pauzeer 1.000 ms.

Het controleert ongeveer één keer per seconde. De meting hoort ook in de lus. Als je één keer bij het opstarten meet en dat oude getal steeds blijft vergelijken, mis je nieuwe omstandigheden.

Herhaal een vast aantal keren

Een “herhaal”-lus stopt na het gekozen aantal rondes. Om een waarschuwing drie keer te laten knipperen, herhaal je: led aan, pauzeer 200 ms, led uit, pauzeer 200 ms.

Elke ronde wacht 400 ms. Drie rondes wachten samen 1.200 ms, oftewel 1,2 seconden. Na de derde ronde gaat het programma verder met het blok onder de lus. Een oneindige lus zou blijven knipperen.

Wachten beïnvloedt het controleren

Een pauze houdt de instructies in die lus tegen. Tijdens een pauze van tien seconden controleert die lus zijn sensor of knop niet opnieuw. Iemand kan kort op een knop drukken en hem weer loslaten tussen controles door. Andere gebeurtenisblokken kunnen nog wel worden uitgevoerd in editors die gebeurtenissen apart afhandelen.

Een “herhaal tot”-lus controleert zijn voorwaarde tussen de rondes. De lus stopt als bij een controle de voorwaarde waar is. Als de lus controleert of A ingedrukt wordt gehouden, moet A op het moment van een controle ingedrukt zijn.

Geef uitvoer één duidelijke regel

Twee oneindige lussen kunnen hetzelfde lampje op verschillende manieren proberen te besturen. De ene zet het aan; de andere zet het uit. Het lampje kan flikkeren doordat hun instructies om de beurt worden uitgevoerd. Zet de keuzes op één plek, met een voorwaarde die de bedoelde toestand kiest.

Een sensor geeft een getal. Een voorwaarde maakt van een vergelijking waar of onwaar. Je programma gebruikt dat antwoord om een actie te kiezen.

Lees de vergelijking hardop

De drempelwaarde is het getal waarbij het gedrag verandert. Gebruik echte meetwaarden van de sensor om die te kiezen.

Laat een nachtlampje in beide gevallen reageren

Gebruik deze beslissing in een oneindige lus:

if light level < 50:
  turn LEDs on
else:
  turn LEDs off

Bij 15 is de voorwaarde waar, dus gaan de leds aan. Bij 140 is die onwaar, dus gaan ze uit. Deze keuze heet een keuzestructuur.

Volg nu een verandering: eerst is de kamer donker, daarna licht. De eerste controle zet de leds aan. De volgende controle, als het licht is, komt bij anders en zet ze uit. Als je anders weglaat, zet geen enkele instructie ze uit. De eerdere aanstand blijft bestaan.

Test de precieze drempelwaarde

Bij een meetwaarde van 50 is “kleiner dan 50” onwaar. De leds gaan uit. Om 50 mee te laten tellen bij aan, gebruik je “kleiner dan of gelijk aan 50”. Bepaal welk gedrag je nodig hebt voordat je het teken kiest.

Een nuttige reeks tests is 49, 50 en 51. Deze meetwaarden controleren vlak onder, precies op en vlak boven de grenswaarde. Als je alleen een heel donkere en een heel lichte situatie test, kun je een verkeerd gelijkteken over het hoofd zien.

Controleer de richting

Een waarschuwing voor te veel warmte kan “temperatuur > 30” gebruiken. Bij 31 °C toont het scherm “HEET” en klinkt een toon. Bij precies 30 °C toont het scherm “OKÉ”. Bij groter dan telt gelijkheid niet mee.

Voor een nachtlampje zou “licht > 50” de taak omkeren. Het zou branden als het licht is. Zeg de hele regel hardop: “Als de lichtwaarde kleiner is dan 50, zet het lampje dan aan.” Zo verbind je het teken met de actie.

Knoppen kunnen ook voorwaarden geven. “Als A is ingedrukt, motor aan; anders motor uit” kiest bij elke controle een toestand, met behulp van de twee toestanden van de knop.

Sommige apparaten hebben drie keuzes of twee aanwijzingen tegelijk nodig. Je kunt voorwaarden verbinden en beslissingen op volgorde zetten, zodat de uitvoer bij elke situatie past.

Volg een anders-als-keten

Een anders-als-keten controleert van boven naar beneden. De eerste tak waarvan de voorwaarde waar is, wordt uitgevoerd. De latere takken worden overgeslagen.

if temperature < 18:
  show "COLD"
else if temperature > 25:
  show "HOT"
else:
  show "OK"

Bij een meetwaarde van 17 verschijnt “COLD”. Bij 18 is de eerste voorwaarde onwaar. De tweede voorwaarde is ook onwaar, dus verschijnt “OK”. Bij een meetwaarde van 25 verschijnt ook “OK”; bij 26 verschijnt “HOT”. Het middelste bereik bevat zowel 18 als 25.

Zet een strengere controle eerst

Bekijk “als temperatuur > 10, toon WARM; anders als temperatuur > 25, toon HEET”. Bij 30 is de eerste voorwaarde al waar. Het programma toont “WARM” en slaat “HEET” over.

Controleer eerst “groter dan 25” en daarna “groter dan 10”. Bij een hoge meetwaarde kan nu “HEET” verschijnen. Losse als-blokken werken anders: ze kunnen allebei worden uitgevoerd en hetzelfde scherm veranderen. Gebruik één keten als er maar één keuze mag worden uitgevoerd.

Verbind aanwijzingen met en of of

Bij en moeten beide voorwaarden waar zijn. Een tuinlamp kan donkerte en iemand in de buurt vereisen. Gebruik “licht < 50 en afstand < 100 cm”.

Bij of moet minstens één voorwaarde waar zijn. Een modelalarm kan piepen als een deur opengaat of een raam opengaat. Het piept als één van beide opengaat en ook als ze allebei opengaan.

Controleer een bereik

Om te vragen of de temperatuur van 18 tot en met 25 is, gebruik je “temperatuur ≥ 18 en temperatuur ≤ 25”. Een meetwaarde van 20 voldoet aan beide controles. Bij 27 is de controle van de bovengrens onwaar.

Als je hier of zou gebruiken, zou elke meetwaarde worden geaccepteerd: zelfs 40 is minstens 18. Test beide uiteinden en een waarde buiten elk uiteinde. Test voor de thermometer met drie meldingen 17, 18, 25 en 26 om alle takken te bereiken en beide grenswaarden te controleren.

Een slim apparaat begint bij wat iemand nodig heeft. Bepaal voordat je blokken of onderdelen kiest wie het gaat gebruiken en welk probleem het moet oplossen.

Schrijf dingen op die je kunt controleren

Ontwerpeisen zeggen wat een geslaagd apparaat moet doen. “Maak een goed lampje” is moeilijk te testen. “Het lampje gaat binnen twee seconden aan nadat het donker wordt” geeft je een duidelijke controle. Vraag je af waar het apparaat komt te staan en hoe mensen het gaan bedienen.

Begin met een eenvoudige versie. Voeg extra functies toe nadat de belangrijkste taak werkt. Een apparaat met veel onafgemaakte functies lost het oorspronkelijke probleem misschien nooit op.

Bedenk een plantenherinnering

De klassenplant droogt steeds uit. Je wilt een herinnering die iemand vertelt de plant water te geven.

Onderzoek de sensor eerst in natte en droge grond. Gebruik die meetwaarden om de drempelwaarde te kiezen. Een getal dat voor de ene vochtsensor werkt, kan op een andere iets anders betekenen.

De knop om het geluid uit te zetten heeft een instelling nodig die wordt onthouden. Als de knop eenmaal is ingedrukt, houdt het programma de piep stil zolang de grond droog blijft. Als het apparaat merkt dat de plant water krijgt, wist het die instelling voor de volgende keer. Anders zou één druk elke toekomstige waarschuwing kunnen stilzetten.

Teken of schrijf het algoritme

Een algoritme bestaat uit de stappen die je programma volgt. Schrijf genummerde stappen op of teken een stroomschema. In een stroomschema geeft een ovaal de start aan. Een rechthoek toont een actie. Een ruit stelt een ja-of-neevraag. Pijlen met een aanduiding laten zien welk pad je volgt en een pijl terug toont een herhaling.

Voor een modelhek kan het plan zijn: controleer of er een dier dichtbij is; open het hek; wacht tien seconden; sluit het hek; ga terug naar de controle. Een servomotor zorgt voor de twee standen. Probeer het plan met een speelgoeddier voordat je het model bouwt.

Denk aan moeilijke momenten

Wat gebeurt er als beide knoppen worden ingedrukt? Wat als een meetwaarde gelijk is aan de drempelwaarde? Kan de gebruiker het apparaat stoppen? Voeg tests voor deze gevallen toe aan je plan. Een datalogger in een kas, een deuralarm en een wagentje dat bij muren stopt, hebben allemaal andere invoer en andere controles nodig.

De simulator kan je helpen om je blokken uit te proberen. Het echte apparaat heeft ook passende aansluitingen, stroom en de nieuwste kopie van je programma nodig.

Sluit zorgvuldig aan

Zet de stroom uit of haal de stekker los voordat je aansluitingen verandert. Houd elektronica droog en gebruik het batterijpakket dat bij je bouwpakket hoort. Vertel het aan een volwassene als iets heet wordt, vreemd ruikt of een beschadigde batterij heeft.

Volg de afbeeldingen met aansluitingen van je bouwpakket. Zorg dat de aanduidingen van aansluitpinnen of aansluitingen overeenkomen met het programma. Sommige bordjes gebruiken getallen zoals 0, 1 en 2; andere gebruiken letters. Voeding en massa hebben hun eigen aanduidingen. Massa wordt vaak aangeduid met “GND” of “−”.

Sommige onderdelen, waaronder veel leds, werken maar op één manier aangesloten. Laat de aanduidingen + en − van het bouwpakket overeenkomen. Maak klemmen stevig vast en houd hun metalen uiteinden uit elkaar. Klemmen die elkaar raken, kunnen plekken verbinden die gescheiden moeten blijven.

Controleer de aansluitpin in het programma

Een led is aangesloten op aansluitpin 1. Het programma zegt “zet aansluitpin 0 aan”. Het programma kan worden uitgevoerd zonder een fout te melden, maar de led blijft uit.

1. Zoek de aansluiting van de led in het plan van het bouwpakket.
2. Lees de aanduiding van de aansluitpin: 1.
3. Verander het uitvoerblok naar aansluitpin 1.
4. Stuur het aangepaste programma naar het bordje.

De aansluiting van de hardware en de instructie in de software wijzen nu naar dezelfde plek.

Download en probeer het uit

Een programma downloaden betekent dat je het naar het bordje stuurt. Veel bordjes gebruiken een USB-kabel; sommige ondersteunen ook Bluetooth. Een opgeslagen verandering in je editor werkt het bordje pas bij als je het programma opnieuw verstuurt.

Probeer eerst een heel klein programma, zoals het tonen van een hartje. Controleer of het echte bordje het uitvoert. Stuur daarna het programma voor je apparaat. De meeste bordjes voor in de klas bewaren hun programma nadat ze zijn losgekoppeld en voeren het opnieuw uit als ze stroom krijgen.

Bouw rond de onderdelen

Houd een lichtsensor vrij. Plaats de pennen van een vochtsensor in de grond. Maak een motor stevig vast en laat genoeg draad over voor bewegende onderdelen. Een sensor die verborgen zit onder het dak van je model kan het licht dat je bedoelde niet meten.

Een simulator is een model op het scherm. Hij helpt je de logica van je programma te controleren, maar de meetwaarden en beweging kunnen verschillen van die van het echte apparaat. Een zwaarder hek kan langzaam bewegen. Een licht raam kan de meetwaarden van de sensor veranderen. Test het model op de plek waar mensen het gaan gebruiken.

Als een apparaat één keer werkt, is dat een goed begin. Door te testen controleer je of het zijn taak in verschillende situaties uitvoert, ook in lastige situaties.

Vergelijk verwachte en werkelijke resultaten

Het verwachte resultaat is wat er moet gebeuren. Het werkelijke resultaat is wat er echt gebeurde. Schrijf beide op, zodat je kunt uitleggen waarom een test is geslaagd of mislukt.

Voor een nachtlampje met “licht < 50” kan een testtabel er zo uitzien:

Voeg een kolom voor het werkelijke resultaat toe als je de tests uitvoert. De laatste test controleert een verandering in de loop van de tijd. Daarmee kun je een ontbrekende anders-tak ontdekken die je bij twee aparte tests vanaf het opstarten mist.

Test elke invoer en elke tak. Test ook waarden op grenswaarden en acties zoals een knop ingedrukt houden of beide knoppen indrukken. Test zowel op de echte plek als in de simulator.

Zoek steeds één oorzaak

Een storing, of programmeerfout (bug), zorgt ervoor dat het werkelijke resultaat verschilt van het verwachte resultaat. Die kan in de hardware of in de software zitten.

• Hardware: losse klem, verkeerde aansluitpin, bijna lege batterij, verkeerd om aangesloten onderdeel, afgedekte sensor.
• Software: verkeerde vergelijking, ontbrekende anders-tak, oud programma, ongeschikte drempelwaarde, controle buiten een lus.

Gebruik een duidelijke zoekvolgorde:

1. Beschrijf precies wat er misgaat en wanneer.
2. Controleer de stroom en of het nieuwste programma is verstuurd.
3. Controleer elke aansluiting aan de hand van het plan.
4. Test één onderdeel met een heel klein programma.
5. Toon de meetwaarden van de sensor en controleer de beslisregel.
6. Verander één ding en herhaal daarna de mislukte test.

Gebruik meetwaarden om een fout te verklaren

Een nachtlampje gaat nooit aan. De meetwaarde is 70 als de sensor is afgedekt en 160 als hij niet is afgedekt. Het programma gebruikt “licht < 50”. Beide meetwaarden voldoen niet aan die voorwaarde.

Probeer een drempelwaarde van 110. Nu voldoet 70 wel en 160 niet. Test beide situaties opnieuw. De verandering van de drempelwaarde verklaart deze storing; als je meerdere onderdelen tegelijk zou vervangen, zou je niet weten welke verandering hielp.

Beoordeel het voltooide apparaat

Om het apparaat te beoordelen, vergelijk je het met elke ontwerpeis. Vraag de gebruikers om het uit te proberen. Een felle waarschuwing kan voor de ene persoon goed werken, maar vanaf de zitplaats van een ander niet zichtbaar zijn. Gebruik hun feedback en je resultaten om de volgende verbetering te kiezen.