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Programmieren für den Raspberry Pi - so geht´s

16.07.2014 | 14:01 Uhr |

Der Raspberry Pi eignet sich für viele Aufgaben. Entwickelt wurde er jedoch als Lehr- und Lern-Computer. Alles, was man für den Einstieg in die Programmierung braucht, ist bei Raspbian bereits dabei.

Programmieren lernen: Das hört sich erst einmal kompliziert an. Für viele Computer-Nutzer gehört das in den Bereich der Informatik und damit zur Mathematik. Die hält zwar jeder für wichtig, zugleich gibt es aber auch starke Berührungsängste. Letztlich ist die Methode, mit der jemand an das Thema herangeführt wird, für den Erfolg entscheidend. Dieser Artikel stellt zwei Wege vor. Die Entwicklungsumgebung Scratch führt spielerisch im die Welt des Programmierens ein. Sie ist für Kinder und Jugendliche im Alter von acht bis 16 Jahren konzipiert, wird aber in allen Altersgruppen genutzt. Die Programmiersprache Python ist eher für ältere Jahrgänge geeignet. Über ein Python-Script lassen sich beispielsweise externe Geräte steuern, die mit dem Raspberry Pi verbunden sind. Wenn Sie Raspbian verwenden, sind Scratch und Python bereits mit dabei .

Programmieren mit Scratch

Scratch ist eine visuelle Entwicklungsumgebung, die seit 2007 von einer Forschergruppe am MIT entwickelt wird . „Visuell“ bedeutet, dass sich die einzelnen Elemente eines Programms mit der Maus per Drag & Drop zusammensetzen lassen. Daraus ergibt sich eine grafische Darstellung des Programmablaufs. Programmcode müssen Sie nicht eintippen, daher können dadurch aber auch keine Fehler entstehen. Mit Scratch können Sie vor allem kleine Spiele und Multimedia-Animationen erstellen. Das Ergebnis spielen Sie auf dem Raspberry Pi oder einem anderen Gerät ab, für das Scratch verfügbar ist. Die Windows-Version des Programms finden Sie hier . Sie können Ihre Projekte auf http://scratch.mit.edu veröffentlichen und so für die Community verfügbar machen. Dafür ist eine kostenlose Anmeldung erforderlich.

Display auf dem Raspberry Pi installieren

Scratch-Beispielprogramm analysieren

Die Funktionen von Scratch verstehen Sie am schnellsten, wenn Sie sich ein fertiges Beispiel ansehen. Stellen Sie zuerst über das Globus-Symbol in der oberen Leiste die Sprache „Deutsch“ ein. Klicken Sie auf „Datei > Öffnen“ und dann auf „Beispiele“. Wählen Sie im Ordner „Animation“ das Beispiel „Aquarium“. Das Scratch-Fenster ist in drei Spalten aufgeteilt. Links sehen Sie die Programmbausteine, die bei Scratch „Blöcke“ genannt werden. Über Schaltflächen wie „Bewegung“ und „Steuerung“ wählen Sie die unterschiedlichen Blockkategorien aus.

In der mittleren Spalte ist das Script zu sehen. Dieses entsteht, wenn Sie Blöcke mit der Maus in diesen Bereich ziehen. Hier gibt es auch noch die Registerkarte „Kostüme“, auf der Sie das Aussehen der Figuren in einer Animation festlegen. Über die Registerkarte „Klänge“ können Sie eine Hintergrundmusik aufnehmen oder aus einer Datei laden.

Roboterbau: Er erfordert einen gewissen handwerklichen Aufwand und etwas Bastelgeschick. Die Programmierung über Scratch ist jedoch nicht weiter kompliziert.
Vergrößern Roboterbau: Er erfordert einen gewissen handwerklichen Aufwand und etwas Bastelgeschick. Die Programmierung über Scratch ist jedoch nicht weiter kompliziert.
© http://blog.dawnrobotics.co.uk

Die rechte Spalte zeigt die „Bühne“. Das ist der Hintergrund, auf dem sich unterschiedliche Objekte unterbringen lassen. Beim Aquarium sind hier einige Meeresbewohner enthalten. Zu jedem Objekt gehört ein eigenes Script–Kostüme oder Klänge, die Sie sehen, wenn Sie das jeweilige Objekt anklicken. Der Inhalt der mittleren Spalte ändert sich entsprechend. Über die grüne Flagge rechts oben starten Sie das Programm, und mit dem roten Knopf beenden Sie es wieder. Die Scripts sind fast selbsterklärend. Klicken Sie beispielsweise auf die Qualle „Creature 1“. Das Script beginnt mit „Wenn ... angeklickt“. In der Mitte des gelben Feldes sehen Sie das Symbol der grünen Flagge. Darunter steht der Block „setze Durchsichtigkeit- Effekt auf 35“. Wenn Sie die Animation über die grüne Flagge starten, wird die Eigenschaft „Durchsichtigkeit“ des Objekts auf den Wert „35“ gesetzt. Die zwei weiteren Blöcke bei „Creature 1“ bilden mit „wiederhole fortlaufend“ die eigentliche Animation.

Eine Besonderheit gibt es noch bei „Bühne“. Hier sind drei Hintergrundbilder mit unterschiedlichen Wasserblasen definiert. Das Script wechselt jede Sekunde zu „nächster Hintergrund“ und sorgt damit für die Animation der Blasen.

Mit Scratch spielerisch lernen

Für erste eigene Versuche ändern Sie das Aquarium-Beispiel. Öffnen Sie auch andere Beispieldateien und sehen Sie sich an, wie diese funktionieren. Wenn Sie einen Block auf einen freien Bereich ziehen, können Sie ihn über das Kontextmenü löschen. Ziehen Sie dann einen anderen Block an seine Stelle, und probieren Sie unterschiedliche Einstellungen aus. Oder Sie gehen auf die Registerkarte „Klänge“, klicken auf „Importieren“ und wählen einen der mitgelieferten Beispiel-Sounds aus. Damit dieser auch zu hören ist, setzen Sie den Block „spiele Klang ...“ in das Script ein.

Auch wenn Scratch relativ einfach aussieht, lassen sich damit doch die Grundlagen von Programmiersprachen spielerisch erlernen. Auf jeden Fall sind Erfolge schnell zu erzielen, und das Ergebnis ist sofort auf dem Bildschirm zu sehen. Wer mehr will, kann Scratch auch für viele andere Aufgaben nutzen, beispielsweise zur Steuerung externer Geräte wie Motoren oder Roboter über die der GPIO-Pins (General Purpose Input/Output). Weitere Informationen finden Sie über die Blogs Cymplecy und Dawn Robotics .

Mehr spannende Bastelprojekte für den Raspberry Pi

Einstieg in Python

Wer lieber tippt statt klickt, ist bei Python gut aufgehoben. Python ist eine Script-Sprache ähnlich wie PHP oder Javascript. Ein Interpreter ist für die Ausführung des Codes verantwortlich, der als einfache Textdatei vorliegt. Für Einsteiger ist die Sprache besonders geeignet, weil sie nur wenige Schlüsselwörter umfasst und der Code sich relativ übersichtlich gestalten lässt.

Eine Besonderheit: Die Programmstruktur wird durch Einrückungen mit Leerzeichen oder Tabulatorzeichen gebildet. Andere Sprachen verwenden dazu Klammern oder eigene Schlüsselwörter. Einen guten Einstieg in Python bietet „Python – Das umfassende Handbuch“. Sie können den Inhalt kostenlos über http://openbook.galileocomputing.de/python abrufen oder herunterladen.

Pfiffig: Über die GPIO-Pins des Raspberry Pi und ein Python-Script lassen sich externe Geräte steuern. Für den Anschluss genügt zur Not ein nicht mehr benötigtes IDE-Kabel.
Vergrößern Pfiffig: Über die GPIO-Pins des Raspberry Pi und ein Python-Script lassen sich externe Geräte steuern. Für den Anschluss genügt zur Not ein nicht mehr benötigtes IDE-Kabel.

Ein Beispielprojekt in Python

Bei Raspbian ist Python bereits vorinstalliert. Sie finden auf dem Desktop das Icon „IDLE“, das zum Python Integrated Development Environment mit Python 2.7.3 führt. „IDLE 3“ führt zur Python-Version 3.2.3. Bei unseren Versuchen haben wir letztere verwendet.

Das Python-Beispiel zeigt, wie Sie die GPIOs des Raspberry Pi ganz einfach mit Python und auch ohne Scratch steuern. Kopieren Sie die Datei „LED_blink.py“ in Ihr Home-Verzeichnis auf den Raspberry Pi.

In diesem Forum ist der Belegungsplan für den P1-Stecker zu finden. Das Programm steuert zwei LEDs, deren Anoden (das längere Beinchen) Sie mit Pin 3 und Pin 5 des P1-Steckers (0/3,3 V) verbinden. Die Kathoden sind über einen Vorwiderstand mit Pin 6 (GND) verbunden. Zur Berechnung des Widerstands können Sie die Webseite www.spaceflakes.de/led-rechner verwenden, denn er hängt von den Leistungsdaten der LEDs ab. Wer über Lötkenntnisse verfügt , kann einen „fliegenden Aufbau“ etwa unter Verwendung eines alten IDE-Kabels durchführen. Besser ist allerdings ein Experimentierbrett (Breadboard), das die sichere Verbindung von Raspberry Pi und Bauteilen über Steckbrücken ermöglicht. Alle benötigten Bauteile erhalten Sie im Elektronikfachhandel. Starten Sie „IDLE 3“, gehen Sie im Menü auf „File > Open“, und öffnen Sie das Script „LED_blink.py“. Starten Sie es über „Run > Run Module“. Wenn alles richtig verdrahtet ist, leuchten die LEDs abwechselnd 20 Mal im Sekundentakt.

Weitere Infos zur Verwendung von GPIO-Pins finden Sie im Artikel „ Funksteckdose auf dem Raspberry Pi einrichten ".

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