Raspberry Pi für Kids (eBook)

Programmieren lernen und experimentieren mit Elektronik, Scratch und Python

Michael Weigend (Autor)

eBook Download: EPUB

2024 | 1. Auflage
336 Seiten
MITP Verlags GmbH & Co. KG
978-3-7475-0837-4 (ISBN)

Infos

• Spannende Spiele sowie Projekte wie Autosimulator, Temperaturmessung und Überwachungskamera
• Einfache Programmierbeispiele mit Scratch und Python
• Für Raspberry Pi 5, 4, 3 und Raspberry Pi Zero WH
• Ab 12 Jahre, aber auch für Erwachsene, die eine wirklich einfache Einführung suchen

Raspberry Pi von Grund auf kennenlernen

Du lernst, wie du deinen Raspberry Pi zum Laufen bringst, Software installierst und sogar deine eigenen Spiele programmierst! Außerdem gibt es jede Menge spannende Projekte mit Sensoren und anderen Gadgets. Dafür eignet sich selbst das günstige Modell Raspberry Pi Zero. Mit dabei ist auch eine Liste der benötigten Hardware inklusive Sensoren.

Programmieren ohne Vorkenntnisse

Du musst kein Technik-Nerd sein, um loszulegen! Mit der visuellen Programmiersprache Scratch erstellst du kinderleicht deine eigenen Spiele, Animationen und sogar einen Autosimulator. Für coole Experimente mit Sensoren, Kameras und Co. tauchen wir in die Welt von Python ein. Am Ende jedes Kapitels warten spannende Aufgaben mit Lösungen auf dich, damit du dein Wissen testen und vertiefen kannst.

Spannende Projekte und Elektronik-Experimente

Sei bereit für zahlreiche Elektronik-Projekte mit einfachen Schritt-für-Schritt-Anleitungen! Du lernst, wie du Programme schreibst, die Blinkmuster erzeugen, LED-Strips steuern und sogar Hindernisse im Dunkeln mit Ultraschall erkennen. Außerdem kannst du Morsezeichen senden, Temperaturen messen, mit einer Kamera den Garten beobachten und das Livebild automatisch auswerten.

Aus dem Inhalt:

• Einführung in Scratch und Programmierung kleiner Spiele
• Grundlagen von Python
• Leuchtdioden steuern
• Steuerung mit Schaltern
• Datensammlungen verarbeiten
• Projekte mit dem Ultraschallsensor
• Temperaturmessung
• Grafische Benutzungsoberflächen und Animation
• Projekte mit der Kamera

Zum Download:

• Zwei Bonuskapitel und der Code für alle Projekte

Systemvoraussetzungen: Windows, Linux oder macOS

Michael Weigend hat an der Universität Potsdam in Informatik promoviert. Er war für mehr als 30 Jahre als Lehrer tätig und hat 20 Jahre lang an der FernUniversität Hagen Seminare zur Didaktik der Informatik gegeben. An der Universität Münster hält er im Rahmen eines Lehrauftrags Vorlesungen zur Python-Programmierung. Michael Weigend engagiert sich in mehreren nationalen und internationalen Communities für den Computer-Einsatz in der Bildung, darunter Constructionism, International Federation for Information Processing (TC 3 Computers in Education) , Bebras - International Contest on Informatics and Computational Thinking. Er hat über 60 wissenschaftliche Artikel veröffentlicht und mehrere Bücher zu den Themen Programmierung, Web Development und visuelle Modellierung geschrieben.

Textauszug

Kapitel 1:
Der Raspberry Pi

Im ersten Kapitel geht es darum, wie du den Raspberry Pi zu einem funktionierenden Computer ausbaust und Software installierst.

Du lernst das Betriebssystem Linux‌ kennen. Schon mal davon gehört? Wir verwenden die Distribution Raspberry Pi OS, die auf den Raspberry Pi zugeschnitten ist. Du kopierst Dateien, richtest neue Benutzer ein, verbindest den Raspberry Pi mit dem Funknetz und installierst Spiele und nützliche Software.

Von der Hauptplatine‌ zum lauffähigen Computer

Der Raspberry Pi ist noch kein fertiger Computer. Er ist nur die Hauptplatine mit dem Prozessor und vielen Anschlüssen für Tastatur, Monitor und andere Geräte. In diesem Abschnitt geht es um die Hardware, also die Teile, die man anfassen kann. Du erfährst, wie du aus deinem Raspberry Pi einen vollständigen Computer zusammenbaust.

Es gibt verschiedene Versionen des Raspberry Pi. Das neueste Modell heißt Raspberry Pi 5. Er kam im Oktober 2023 auf den Markt. Mit 4 GB Arbeitsspeicher kostet er etwa 70 € und mit einem größeren Arbeitsspeicher von 8 GB etwa 90 € (Stand Juli 2024). Für alle Projekte in diesem Buch reicht die preiswertere Version. Wenn du einen älteren Raspberry Pi 3 oder Raspberry Pi 4 hast, ist das kein Problem. Alle Projekte in diesem Buch funktionieren auch mit den älteren Modellen.

Wenn du nicht so viel Geld ausgeben möchtest, kannst du dir auch einen Raspberry Pi Zero kaufen. Er kostet weniger als 20 €. Allerdings brauchst du dann noch einige Zusatzteile, auf die ich im nächsten Abschnitt zu sprechen komme. Auch von dem Raspberry Pi Zero gibt es verschiedene Varianten, die sich im Preis etwas unterscheiden. Ich empfehle dir den Raspberry Pi Zero WH. Bei ihm sind die 40 Pins des GPIO schon aufgelötet (siehe Abbildung 1.2).

Das Wichtigste zuerst

Tipp

Vielleicht liest du diesen Abschnitt zusammen mit deinen Eltern durch. Im Anhang gibt es noch eine weitere Liste mit speziellen Bauteilen, die du für bestimmte Projekte brauchst. Frage deine Eltern, ob sie dir bei der Beschaffung helfen können.

Du benötigst außer dem Raspberry Pi (RPi) noch einige weitere Geräte.

• Eine Mikro-SD-Karte. Darauf werden alle Programme und Daten gespeichert. Für den Raspberry Pi brauchst du eine kleine Micro-SD-Karte. Es werden mindestens 16 Gigabyte (GB) benötigt. Ein Gigabyte ist eine Datenmenge, die rund einer Milliarde Zeichen entspricht.

• USB-Tastatur. USB‌ steht für Universal Serial Bus. Das kann eine einfache Tastatur mit Kabel oder eine Funktastatur sein.

• Energieversorgung. Auf der Platine des Raspberry Pi gibt es (wie bei einem modernen Smartphone) einen USB-C-Eingang, den du für die Stromversorgung verwenden kannst. Für den Raspberry Pi 5 besorgst du dir am besten das offizielle Netzteil, das bei einer Spannung von 5 Volt eine Leistung von 27 Watt liefert. Für die älteren Raspberry Pi-Modelle 3 und 4 und das Modell Zero reicht ein Ladegerät für ein Handy (ab 8 €).

• Monitor‌ mit HDMI‌-Eingang. Die Buchstaben HD stehen für High Definition, also hohe Auflösung. MI bedeutet Multimedia Interface. Das heißt, dass über diesen Anschluss Bild und Ton übertragen werden können. Gut geeignet ist deshalb ein Multimedia-Monitor mit HD-Auflösung (1920 x 1080), der auch Lautsprecher hat. Der RPi5 schafft sogar zwei 4K-Monitore. Natürlich brauchst du auch ein HDMI-Kabel. Das Kabel muss an der einen Seite an deinen Monitor passen und an der anderen Seite an den HDMI-Anschluss des Raspberry Pi.

• USB-Maus.

• Lüfter. Wenn du die volle Leistungsfähigkeit des Raspberry Pi 5 ausschöpfen möchtest, solltest du dir einen Lüfter zulegen (Raspberry Pi Active Cooler). Er kostet etwa 6 €.

• USB-Hub (nur RPi Zero). Der Raspberry Pi Zero hat nur einen einzigen USB-Anschluss. Deshalb brauchst du einen USB-Hub (ab 8 €), um mehrere Geräte (Tastatur, Maus) anzuschließen.

Viele dieser Dinge hast du vielleicht schon zu Hause und kannst ausprobieren, ob sie mit deinem Raspberry Pi funktionieren. Normalerweise gibt es keine Probleme.

Weitere Dinge, die du für spezielle Projekte brauchst, werden im Anhang beschrieben. Manches muss man im Internet bestellen. Frage deine Eltern, ob sie dir helfen.

Aufbau des Raspberry Pi 5‌

Computer sind die kompliziertesten Maschinen, die je gebaut worden sind. Das Schöne am Raspberry Pi ist, dass man einige Bauteile eines Computers erkennen kann, die sonst durch das Gehäuse verborgen sind.

Abb. 1.1: Der Raspberry Pi 5

Abbildung 1.1 zeigt den Aufbau des Raspberry Pi 5.

Diesen großen Chip nennt man ‌SoC (mit). Er wurde von der englischen Firma Broadcom zusammen mit der Universität Cambridge speziell für den Raspberry Pi 5 entwickelt. Der SoC enthält den Prozessor‌, das wichtigste Bauteil eines Computers. Hier werden Daten verarbeitet. Er besteht hauptsächlich aus vielen elektronischen Schaltern, die ständig geöffnet und geschlossen werden und so elektrische Signale über bestimmte Bahnen leiten. In deinem Raspberry Pi ist ein ARM-Prozessor mit einer Taktfrequenz von maximal 2,4 Gigahertz. Das bedeutet im Prinzip, dass er in einer Sekunde 2,4 Milliarden Schaltvorgänge schafft. Du wirst merken, dass dieser Chip sehr warm werden kann. Verbrenn dir nicht die Finger! Wenn er zu heiß wird (weil er so viel arbeiten muss), wird die Taktfrequenz verringert. Dann wird der Prozessor zwar langsamer, aber es fließt auch weniger Strom und damit entsteht weniger Wärme. ARM‌ steht für Advanced RISC Machines, auf Deutsch »fortgeschrittene RISC-Maschinen«. RISC wiederum hat nichts mit »Risiko« zu tun, sondern ist eine Abkürzung für Reduced Instruction Set Computer, also Computer mit reduziertem Befehlssatz. Das besondere Merkmal von ARM-Prozessoren ist, dass sie verhältnismäßig wenig Strom verbrauchen. Deswegen findet man sie auch in Mobiltelefonen. Noch etwas: Der Prozessor im RPi 5 hat vier Kerne. Das heißt, es sind eigentlich vier Prozessoren, die zusammenarbeiten.

Hier ist der Arbeitsspeicher, in dem Daten gespeichert werden. Den RPi 5 gibt es mit 4 GB und 8 GB. Der Speicherplatz von 1 GB (Gigabyte) reicht aus, um rund eine Milliarde Zeichen zu speichern. Das entspricht etwa einer Million Buchseiten.

Dieser Chip steuert die Ein- und Ausgabe.

Das GPIO. General Purpose Input Output Device – oder kurz GPIO – heißt auf Deutsch ungefähr »Ein-/Ausgabegerät für viele Verwendungszwecke«. Es sind 40 Pins, die aus der Platine herausragen. Hier kannst du mit Jumperkabeln elektronische Schaltungen anschließen. Wichtig zu wissen ist, wo Pin Nummer 1 ist. Er ist im Bild markiert (P1). Mehr dazu in Kapitel 3.

Anschluss für einen Lüfter.

Der RPi 5 hat vier USB-Buchsen (Universal Serial Bus). Hier schließt du die Tastatur und die Maus an.

LAN-Buchse. Hier kannst du ein LAN-Kabel anschließen, um deinen RPi mit dem lokalen Netzwerk zu verbinden. Ein ‌LAN (Local Area Network) ist ein Netzwerk aus Computern, die über Kabel miteinander verbunden sind. Praktischer ist allerdings ein Funknetz (WLAN)‌.

Zwei Eingänge zum Anschluss von Kameramodulen (siehe Kapitel 12).

Zwei Micro-HDMI-Buchsen. Hier kannst du über HDMI-Kabel einen oder zwei Monitore anschließen. HDMI steht für High Definition Multimedia Interface. Auf Deutsch bedeutet das in etwa Schnittstelle für hochauflösende Multimedia-Geräte. »Hochauflösend« heißt, dass dein Monitor ein sehr gutes Bild mit z.B. 1920 x 1080 Bildpunkten (HD) zeigt. Der RPi 4 unterstützt sogar ein noch besseres Bildformat mit 4096 x 2160 Bildpunkten (4K). »Multimedia« bedeutet, dass Bild und Ton übertragen werden.

Am USB-C-Eingang schließt du das Netzteil an.

Netzschalter. Damit schaltest du den RPi ein und aus.

Kartenhalter mit Micro-SD-Karte. Vorsicht! Fasse den RPi niemals an dieser Stelle an! Wenn die Mikro-SD-Karte herausspringt, verliert der RPi augenblicklich sein Gedächtnis.

An der PCI-Buchse (Peripheral Component Interconnect) kannst du z.B. einen SSD-Speicher anschließen. Ein ‌SSD (Solid State Disk) ist ein Gerät zum Speichern großer Datenmengen, das ohne bewegliche Teile auskommt.

Das flache Kästchen ist ein Bluetooth- und WLAN-Modul für Funkverbindungen z.B. zum Handy, zu Kopfhörern und zum Heimnetz.

Aufbau des Raspberry Pi Zero WH ‌

Der Raspberry Pi Zero WH‌ ist nicht viel größer als zwei Briefmarken. Er kostet viel weniger als der »große Bruder« RPi 5, hat dafür aber weniger Anschlüsse und ist langsamer. Praktisch alle Projekte in diesem Buch funktionieren auch mit dem kleinen Modell Zero WH. Achte beim Kauf auf das »WH«! Es gibt auch einen Raspberry Pi Zero (ohne WH). Dem fehlt aber Bluetooth und WLAN und er ist viel langsamer.

Abbildung 1.2 zeigt den Aufbau:

Abb. 1.2: Raspberry Pi Zero WH

Das SoC ist das Herzstück des kleinen Computers. Es enthält einen etwas langsameren ARM-Prozessor mit einer Taktfrequenz von 1 Gigahertz. Der Arbeitsspeicher hat nur 512 MB ( = 0,512 GB) und ist damit...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 30.9.2024
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Mathematik / Informatik ► Informatik
• ISBN-10: 3-7475-0837-5 / 3747508375
• ISBN-13: 978-3-7475-0837-4 / 9783747508374