box-startprogramm

Bauteil: Miuzei Micro Servo 9g · Kategorie: servo

Startprogramm fuer die eigene Mysterybox: Knopf A oeffnet die Box, Knopf B schliesst sie, A + B ist der Notfall (faehrt in die Mitte). Das Programm laeuft so, sobald zwei Werte eingetragen sind. Danach machst du es mit den Ideen weiter unten Schritt fuer Schritt zu deinem eigenen Schliessmechanismus - und lernst dabei die Sensoren des micro:bit kennen.

Stand: aus bolzen-schalten abgeleitet, Ablauf am Rechner geprueft, noch nicht auf echter Hardware getestet.

Material

Anzahl	Bauteil
1	micro:bit V2.2
1	Miuzei Micro Servo 9g (Metallgetriebe), in der Mechanik der Box
1	Batteriefach 3x 1.5 V (4.5 V)
3	Jumperkabel / Krokoklemmen

Verkabelung

Wie bei bolzen-schalten, mit externem Batteriefach:

  Batteriefach 3xAA          Servo                 micro:bit
  ----------------           -----                 ---------
  rot  (+)  ---------------> rot   (+)
  schwarz (-) --+----------> braun (-)
                |
                +--------------------------------> GND     (gemeinsame Masse!)
                       orange/gelb ---------------> P0      (Signal)

  3V am micro:bit bleibt frei.

Details: Bauteil-README.

Foto der Verkabelung

Nach dem Test ein Foto in wiring/ ablegen und hier einbinden:

Einstellen (Pflicht vor dem ersten Lauf)

Oben im Code stehen zwei Werte, beide sind am Anfang leer (None). Solange sie fehlen, faehrt der Servo nie - die Matrix zeigt nur ein ?.

1. Mit endlagen-kalibrieren beide Endlagen deiner Box messen (Box ganz offen, Box ganz zu).
2. Beide Werte um etwa 15 bis 30 us Richtung Mitte zuruecknehmen.
3. Eintragen:

PULS_AUF = 950     # Box offen   (dein Wert)
PULS_ZU = 1500     # Box zu      (dein Wert)

1. START_ZUSTAND auf "auf", "zu" oder "unbekannt" setzen - je nachdem, wie die Box beim Einschalten steht.

Wirken A und B verkehrt herum: die beiden Werte tauschen (und START_ZUSTAND anpassen).

Wie der Code funktioniert

• box_auf() und box_zu() fahren den Servo sanft in kleinen Schritten von einer Endlage in die andere und schalten ihn danach stromlos (die Reibung haelt die Lage). Sie geben True zurueck, wenn sie gefahren sind, sonst False.
• Ein zweiter Befehl in dieselbe Richtung tut nichts. Sonst wuerde der Servo gegen den Anschlag druecken.
• box_zustand() sagt dir, ob die Box gerade "auf", "zu" oder "unbekannt" ist.
• rueckmeldung(ok) zeigt einen Haken (gefahren) oder ein Kreuz (nichts passiert). Fehlen die Endlagen, zeigt sie ein ?.
• Der erste Befehl nach dem Einschalten fuehrt den Servo kurz in die Mitte des Fensters. Das ist Absicht (sichere Ausgangslage).
• In der Hauptschleife steht die Zeile >>> IDEEN HIER EINFUEGEN <<<. Dort kommen die Ideen unten hinein.

Programm

Ganzer Code, Quelle main.py (hier automatisch eingefuegt):

# Sample: box-startprogramm  (Miuzei Micro Servo 9g, Metallgetriebe)
# Board:   BBC micro:bit V2.2
# Sprache: MicroPython
#
# Ziel: Startprogramm fuer die eigene Mysterybox. Knopf A oeffnet die Box,
#       Knopf B schliesst sie, A + B zusammen ist der Notfall (faehrt in die
#       Mitte). Danach kann man mit kleinen Ideen (siehe README) die Sensoren
#       des micro:bit einbauen.
#
#       Das Programm faehrt den Servo erst, wenn unter "1) Endlagen" beide
#       Werte eingetragen sind. Vorher zeigt die Matrix nur ein "?".
#
# --------------------------------------------------------------------------
# Verkabelung (wie alle Servo-Samples)
#   Servo orange/gelb (Signal)  ->  P0
#   Servo rot         (+)        ->  Batteriefach 3xAA (+)
#   Servo braun/schwarz (-)      ->  Batteriefach (-)  UND  micro:bit GND
# --------------------------------------------------------------------------

from microbit import *
import music        # nur fuer Ideen mit Ton - immer mit pin=None benutzen!

# ===== 1) Endlagen (Mikrosekunden) - mit "endlagen-kalibrieren" messen ====
PULS_AUF = None      # Box offen   (Beispiel: 950)
PULS_ZU = None       # Box zu      (Beispiel: 1500)
# Brummt der Servo an einer Endlage: den Wert 15-30 us Richtung Mitte ruecken.

# ===== 2) Startzustand: wie steht die Box beim Einschalten? ===============
#   "auf", "zu" oder "unbekannt" (dann darf der erste Befehl in beide
#   Richtungen fahren)
START_ZUSTAND = "unbekannt"

# ===== 3) Fahr-Verhalten ==================================================
SCHRITT = 8          # us pro Rampenschritt (kleiner = sanfter)
PAUSE = 15           # ms zwischen den Rampenschritten
# ========================================================================

pin0.set_analog_period(20)          # 20 ms = 50 Hz

_zustand = START_ZUSTAND
_puls = None                        # unbekannt, bis der Servo das erste Mal faehrt


def bereit():
    """True, sobald beide Endlagen eingetragen sind."""
    return PULS_AUF is not None and PULS_ZU is not None


def _schreibe(u):
    pin0.write_analog(int(u / 20000 * 1023))


def _fahre(ziel):
    global _puls
    lo = min(PULS_AUF, PULS_ZU)
    hi = max(PULS_AUF, PULS_ZU)
    ziel = max(lo, min(hi, ziel))           # nie ausserhalb des Fensters
    if _puls is None:
        _puls = (PULS_AUF + PULS_ZU) // 2   # erste Fahrt: sichere Mitte annehmen
    d = SCHRITT if ziel > _puls else -SCHRITT
    while abs(_puls - ziel) > SCHRITT:
        _puls += d
        _schreibe(_puls)
        sleep(PAUSE)
    _puls = ziel
    _schreibe(_puls)
    sleep(250)                              # ankommen lassen
    pin0.write_analog(0)                    # Servo stromlos -> Reibung haelt die Lage


def box_auf():
    """Box oeffnen. Gibt True zurueck, wenn sie gefahren ist."""
    global _zustand
    if not bereit() or _zustand == "auf":
        return False                        # schuetzt den Servo vor dem Anschlag
    _fahre(PULS_AUF)
    _zustand = "auf"
    return True


def box_zu():
    """Box schliessen. Gibt True zurueck, wenn sie gefahren ist."""
    global _zustand
    if not bereit() or _zustand == "zu":
        return False
    _fahre(PULS_ZU)
    _zustand = "zu"
    return True


def box_zustand():
    """Gibt 'auf', 'zu' oder 'unbekannt' zurueck."""
    return _zustand


def rueckmeldung(ok):
    """Haken (gefahren) oder Kreuz (nichts passiert) auf der Matrix."""
    if not bereit():
        display.show("?")                   # Endlagen fehlen -> erst messen
    else:
        display.show(Image.YES if ok else Image.NO)
    sleep(400)
    display.clear()


# ===== Hauptschleife ======================================================
while True:
    if button_a.is_pressed() and button_b.is_pressed():
        # Notfall: langsam in die Mitte, Zustand zuruecksetzen
        if bereit():
            _fahre((PULS_AUF + PULS_ZU) // 2)
            _zustand = "unbekannt"
        display.show("?")
        sleep(500)
        display.clear()

    elif button_a.was_pressed():
        rueckmeldung(box_auf())

    elif button_b.was_pressed():
        rueckmeldung(box_zu())

    # >>> IDEEN HIER EINFUEGEN (siehe README) <<<

    sleep(20)

Auf den micro:bit uebertragen

https://python.microbit.org/v/3 -> Code einfuegen -> Connect -> Send to micro:bit. Details: ../../../../docs/setup.md.

Erwartetes Verhalten

• Ohne eingetragene Werte: A oder B zeigen ein ?, der Servo bleibt still
• Mit Werten: A oeffnet die Box (Haken), B schliesst sie (Haken)
• A zweimal hintereinander: beim zweiten Mal ein Kreuz, nichts bewegt sich
• A + B gleichzeitig: Servo faehrt langsam in die Mitte, Matrix zeigt ?

Ideen zum Ausbauen

Immer nur eine Idee auf einmal einbauen und testen. Die Codestuecke kommen an die Stelle >>> IDEEN HIER EINFUEGEN <<< in der Hauptschleife (mit 4 Leerzeichen eingerueckt, wie die Zeilen darueber), ausser es steht etwas anderes dabei.

Nr	Idee	Sensor	Schwierigkeit
1	Ton beim Oeffnen	Lautsprecher	sehr leicht
2	Schuetteln schliesst die Box	Beschleunigungssensor	leicht
3	Kippen oeffnet und schliesst	Beschleunigungssensor	leicht
4	Logo als zweite Sicherung	Touch-Logo	leicht
5	Klatschen oeffnet	Mikrofon	mittel
6	Dunkel schliesst die Box	Lichtsensor	mittel

Idee 1: Ton beim Oeffnen

Aendere in der Funktion rueckmeldung(ok) die Zeile mit dem Haken so, dass bei ok auch ein Ton kommt:

    else:
        display.show(Image.YES if ok else Image.NO)
        if ok:
            music.pitch(880, 150, pin=None)

Wichtig: immer pin=None. Ohne diesen Zusatz gibt der micro:bit den Ton auch an P0 aus - dort haengt der Servo, er wuerde zucken.

Idee 2: Schuetteln schliesst die Box

    if accelerometer.was_gesture("shake"):
        rueckmeldung(box_zu())

Idee 3: Kippen oeffnet und schliesst

    if accelerometer.was_gesture("left"):
        rueckmeldung(box_auf())
    if accelerometer.was_gesture("right"):
        rueckmeldung(box_zu())

Kippt es in die falsche Richtung, "left" und "right" tauschen. Andere Gesten: "up", "down", "face up", "face down". Die Neigung als Zahl: wasserwaage.

Idee 4: Logo als zweite Sicherung

Die Box oeffnet nur, wenn du A drueckst und gleichzeitig das Logo beruehrst. Ersetze in der Hauptschleife die Zeile elif button_a.was_pressed(): durch:

    elif button_a.was_pressed() and pin_logo.is_touched():

Mehr zum Logo: logo-schalter.

Idee 5: Klatschen oeffnet

    if microphone.sound_level() > 150 and box_zustand() == "zu":
        rueckmeldung(box_auf())
        sleep(1000)

Die Schwelle 150 musst du an deinen Raum anpassen: mit lautstaerke-balken siehst du, wie laut ein Klatschen ist. Die Pause sleep(1000) verhindert, dass das Servo-Geraeusch selbst wieder als Klatschen zaehlt.

Idee 6: Dunkel schliesst die Box

    if display.read_light_level() < 20 and box_zustand() == "auf":
        rueckmeldung(box_zu())

Die Schwelle 20 anpassen. Mehr zum Lichtsensor: nachtlicht.

Und dann?

• Zwei Ideen kombinieren, z. B. Logo halten und schuetteln.
• Eine Folge von Neigungen als Code merken. Der Weg dorthin steht im Workflow, Station 11.
• Eine Zahl auf der 4-Digit-Anzeige als Code eingeben (Workflow, Station 10).