Eine LED (Light Emitting Diode) ist ein Halbleiterbaustein, der bei Anlegen einer Spannung Licht aussendet. LEDs gibt es in den Standardgrößen 3, 5 und 10 mm, in unterschiedlichen Helligkeitsstufen (normal, bright, ultrabright), in verschiedenen Farben (Rot, Gelb, Grün, Blau und Weiß), LEDs in unterschiedlichen Formen von rund bis eckig und Hochleistungs-LEDs mit integrierten Kühlkörpern. Des weiteren gibt es Zwei-Farb-LEDs und RGB-LEDs. Eine RGB-LED besteht aus drei LEDs (rot,grün,blau), die in einem LED-Gehäuse zusammengefasst sind. Theoretisch lässt sich mit einer RGB-LED jede gewünschte Farbe erzeugen.

Im Gegensatz zu einer Glühbirne benötigt eine LED sehr wenig Strom (ca. 20mA). Wie bei einer normalen Diode kann Strom nur in eine Richtung durch die LED fließen. Eine LED besitzt zwei Beinchen, wobei das eine Beinchen länger ist. Man bezeichnet das lange Beinchen als Anode und das kurze als Kathode. An die Anode muss der positive Pol (Plus-Pol) und an die Kathode der negative Pol (Minus-Pol oder Ground) angeschlossen werden.

LEDs können gedimmt werden. Dazu kann man die PWM (Pulse Width Modulation) Kanäle des Arduino-Boards benutzen.

Programmbeispiel für LEDs ist das Digital Blink Programm aus dem Sketchbook der Arduino-Software.

Mehr Infos zu LEDs auf Wikipedia.

Bildquelle: Wikipedia

Ok, nachdem man also nun das nigelnagelneue Arduino Board in seinen Händen hält und sicher ganz wunderlich bestaunt, wollen wir ja auch was damit anfangen. Bevor jetzt aber die Projektskizzen für den nächsten Supercomputer/Roboter/WasAuchImmer auf den Tisch geknallt werden, müssen wir erstmal die Arbeitsumgebung einrichten.

Auf der Seite http://www.arduino.cc/en/Main/Software findet ihr die Arduino IDE, dass ist die Entwicklungsumgebung in der man den Programmcode für den Mikrocontroller schreiben und ihn anschließend auf das Board übertragen kann. Also schnell die Version für euer Betriebssystem ausgewählt, runtergeladen und installiert.

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Ein Keyboardhack ist das zerlegen eines Keyboards um eine neue Art von Interface herzustellen. Auch das Verlieren der Angst vor Elektronik spielt dabei eine wichtige Rolle. Technisch ist es sehr einfach. Als Präsentation steht immer die Keyboardhackparty an, bei der alle Kursteilnehmer ihre Keyboardhacks, für die sie nur eine Woche Zeit hatten, vorstellen.

Bei uns an der FHP ist es inzwischen Tradition, dass die “Neuen” im Physical Computing Kurs innerhalb einer Woche einen Keyboard-Hack basteln. Zur Präsentation dieser Hacks gibt es dann üblicherweise eine kleine Party.

Wer Interesse hat: Montag, 07. April ab 17.30 Uhr. Campus Pappelallee, Haus 5

Die CHI (Computer-Human Interaction) ist eine der größten und wichtigsten Konferenzen im Bereich Interface-Design und sicher einen Besuch wert. Für einen kleinen Vorgeschmack, was es dort zu sehen gibt:

CHI 2008 Teaser

Von der FHP sind auch ein paar Menschen vor Ort - vielleicht kriegen wir von denen ja anschließend einen kleinen Bericht.

Der elektrische Widerstand

Jedes Bauteil, dass man in einem Stromkreis unterbringt, hat einen eigenen Widerstand. Es handelt sich, wenn wir am Wasserbeispiel bleiben wollen, um einen Engpass, durch den sich das Wasser zwängen muss.

Das Bauteil verbraucht auch einen bestimmten Teil der Spannung, sodass hinter dem Bauteil nicht mehr die volle Spannung zur Verfügung steht, wie man sie anfangs angelegt hat.

Der elektrische Widerstand berechnet sich aus R=U/I. Eine LED mit einer Stromaufnahme von 0,02 A und einer Spannung von 3 V hat also einen Widerstand von 3V/0,02A = 150 Ohm (Ω).

Ein elektrischer Stromkreis besteht aus mindestens einer Stromquelle und einem Widerstand.

Es gibt Wechselstrom (z.B. Steckdose) und Gleichstrom (z.B. Batterie, USB-Port, Gleichstromnetzteil). Im Physical Computing arbeiten wir fast ausschließlich mit Gleichstrom.

Kennwerte elektrischer Energie sind Strom (I) und Spannung (U).

Die elektrische Spannung (U) beschreibt den Potentialunterschied zwischen der positiv-geladenen und der negativ-geladenen Seite der Stromquelle. Würden wir uns elektrische Energie als Wasserfall vorstellen, wäre die Spannung gleich der Höhe des Wasserfalles. Je höher er ist, desto Energiereicher ist das fallende Wasser.

Der elektrische Strom (I) erfasst die Menge der bewegten Ladungsträger (Elektronen), die pro Sekunde durch den Querschnitt eines Leiters (z.B. eines Kables) fließen. In unserem Wasserfallbeispiel wäre der Strom also gleich der Breite des Wasserfalls.

Um nun einen Rückschluss auf die Kraft (oder Leistung P) unserer elektrischer Energie zu ziehen, könnte man sagen, je höher der Wasserfall ist und je breiter er ist, desto mehr Kraft besitzt er. Je höher die Spannung und je höher der Strom, desto mehr Leistung können wir herausholen.

Die Leistung P ergibt sich aus dem Produkt aus Spannung mal der Stromstärke.
P=U*I

Zahlen:

Ein Staubsauger mit 2000 Watt (W) in unserem Stromnetz mit 230 Volt (V), hat eine Stromaufnahme von 8,7 Ampere (A).

Eine Leuchtdiode (LED) hat eine Leistung von 0,1 W bei einer Spannung von 5 V und eine Stromaufnahme von 0,02 A

Damit der Keyboard-Hack möglichst witzig wird,
kann man den normalen Drucktaster (wie er ja im Keyboard ist) durch ‘ne ganze Reihe von anderen obskuren “Sensoren” ersetzen.

Neigungsschalter

Geeignet sind dafür prinzipiell alle digitalen Schalter/Sensoren.

Wichtig ist, dass sie einen Kontakt öffnen und schließen können (digitale Sensoren).

Darunter fallen:
- Taster in allen Varianten (Drucktaster, Wippschalter, etc…) [Conrad 700460 - 62]
- Neigungsschalter [Conrad 700444 - 62]
- Magnetschalter (z.B. Tür-Kontakt, Reed-Schalter) [Conrad 503703 - 62]
- einfache Bewegungsmelder
- selbstgebastelte Schalter

Selbstgebastelt? Alle leitfähigen Materialien die man irgendwie
zusammenbringen kann, sind schon ein Schalter!

In manchen Fällen funktionieren auch einfache analoge Sensoren.
Ein einfacher Lichtsensor [Conrad 145475 - 62] oder Drucksensor [Conrad 182389 - 62] kann auch an das Keyboard gelötet werden. Man hat allerdings dann keinen Einfluss darauf, ab welcher Helligkeit bzw. welcher Kraft der Kontakt geschlossen ist. Da heißt es ausprobieren.

Die Conrad-Nummern lotsen euch auf www.conrad.de zum richtigen Artikel um sich mal einen Überblick zu verschaffen. Wie bereits gesagt, gibts die meisten Sachen bei Segor oder Reichelt günstiger.

Für alle Keyboard-Hacker die mal wieder ein neues Modell ausprobieren wollen, gibt es jetzt Pinfinder!

Eigentlich ist das nur ein kleines Tool, welches die gerade gedrückte Taste komfortabel auf dem Bildschirm ausspuckt. Das kann allerdings supernützlich sein, wenn man z.B. gerade mit einem Draht in der Hand alle Kontakte auf dem Keyboard-Controller durchprobiert auf der Suche nach ‘F4′.

Hier jedenfalls der Link zur Onlineversion von Pinfinder. Downloads werden nachgereicht.

(Bild von jeanbaptisteparis)

Was also wollen wir machen?

Wir wollen ein Keyboard zerlegen und aus dem Herzstück einen neuen Controller bauen. Das hat den Vorteil, dass unser neuer Controller ohne Treiber gleich überall funktioniert, wo es auch die Tastatur getan hätte.

Zunächst einmal brauchen wir eine Software auf dem Rechner, für die wir ein neues Eingabegerät bauen wollen. Am besten eignen sich einfache kleine Spiele und Mediaplayer; benutzt wurden aber auch schon Soundprogramme, selbstgebastelte Flashclips oder Processing Applets. Von Bedeutung ist nur, dass sich irgendeine Funktion über Tastendrücke auf der Tastatur steuern läßt.

Dann brauchen wir natürlich eine Tastatur die wir zerlegen können. Ein Gang in den Keller oder zum WoW-Nachbarn sollte hier schnell zu Ergebnissen führen. Auch Funktastaturen funktionieren für einen Keyboardhack.

Jetzt fehlt eigentlich nur noch das geeignete Werkzeug und ein paar Schalter oder Sensoren mit denen der Nutzer seine Eingaben machen kann.
Die meisten Tastaturen bestehen aus einer oberen und einer unteren Plastikschale, die mit Kreuzschlitz-Schrauben zusammenhalten. Hat man alle entfernt, sollte sie auch schon auseinander fallen. Drei zusammengeklebte Folien befanden sich unter den Tasten und sind mit einer kleinen Platine verbunden. Es handelt sich um den Microcontroller der Tastatur (siehe Bild oben) und um das Teil, das wir haben wollen. Controller mit USB-Kabel herausnehmen, der Rest kann zur Seite.

Der Controller war mit den Folien an einer Seite verbunden. Dort kann man noch ein Streifenmuster (die Kupfer-Pins) der Platine erkennen. Sind die Pins schwarz, muss man diese schwarze Schicht mit etwas Schleifpapier entfernen, bis das blanke Metall zu sehen ist.

USB-Kabel am Rechner anschließen und z.B. einen Texteditor öffnen. Verbindet man jetzt jeweils zwei Pins auf dem Controller, kann man im Texteditor sehen, welche »Buchstaben« oder »Funktionstasten« gedrückt werden. Hat man die Lieblinkstasten gefunden, kann man an den Stellen Kabel zwischenlöten und Sensoren einbauen.

Was eignet sich als Schalter oder Sensor?