Arduino Praxis Blog

PGLU ist eine prozessorgesteuerte Lernumgebung für das Klassenzimmer. Mit dieser graphischen Entwicklungsumgebung können die Schüler einer Schulklasse im Gruppenverband an einem Werk-und Programmier-Projekt (beispielsweise einem Roboter) arbeiten.

Diese Lernumgebung wurde von Rolf Beck aus Wettingen (Schweiz)  entwickelt und wird von etlichen Firmen unterstützt. Das Zielpublikum dieser Lernumgebung sind Schulklassen mit Schüler der 6. bis 9. Klasse, die im Werkunterricht die Programmierung und das Zusammenspiel mit Hardware erlernen möchten.

Der Projektleiter Rolf Beck hat mir freundlicherweise ein Set mit der Hardware der PGLU zum Test und Review zur Verfügung gestellt.

Elemente der PGLU

Die Entwicklungsumgebung PGLU besteht aus aus einer Prozessorplatine, PGLU-Platine genannt, und einer sogenannten App.

PGLU-Platine:
Die PGLU-Platine ist eine Schnittstellen-Platine mit Eingängen und Ausgängen, an die man Schalter, Sensoren, Motoren und Leuchtdioden anschliessen kann. Über einen USB-Anschluss wird die Platine mit der Teacher’s Box oder einem PC verbunden.

Das „Gehirn“ der Platine ist ein Arduino Nano. 4 Analoge Eingänge und 6 Ausgänge des Arduino Nano sind auf stabile Schraubklemmen herausgeführt und ermöglichen den stabilen Anschluss von Aktoren und Sensoren.

Wie die Sensoren an der PGLU-Platine angeschlossen werden und welche Pins des Arduino Nano verwendet werden, sind in der Anleitung in farbigen Bildern gut verständlich erklärt.

Das Programm im Arduino-Board auf der PGLU-Platine wird im Normalfall über die App erstellt und via der Teacher’s Box auf die PGLU-Platine verteilt.

App:
Die graphische Oberfläche, die PGLU-App, läuft auf jedem Computer oder Tablet und erfordert keine Installation. Die App ist in 2 Versionen verfügbar, Der Teacher’s Box-Version und einer eingeschränkten Webversion.

Teacher’s Box:

Als Zentrale der Lernumgebung und zur Projektverwaltung-und Überwachung steht der Lernperson eine Teacher’s Box zur Verfügung. Die Teacher’s Box ist ein Minicomputer in Form eines Raspberry Pi auf dem die einzelnen Programme während der Entwicklung gespeichert werden.

Mit der Teacher’s Box sind verschiedene Arbeitsweisen im Klassenzimmer möglich, je nachdem wieviele Teilnehmer und Platinen vorhanden sind. Die einzelnen Szenarien sind auf der Website beschrieben.

Inbetriebnahme

Das Vorgehen beim Anschluss und der Inbetriebnahme der Teacher’s Box ist ausführlich und gut verständlich beschrieben. Nach dem Verbinden mit dem WLAN von PGLU und der Eingabe der Startadresse im Browser auf dem Tablet wird die Startseite der PGLU IDE dargestellt.

Nun kann ein neues Projekt erstellt oder ein bestehendes Projekt geladen werden.

Falls es mal nicht funktionieren sollte, findet man auf der Support-Seite Unterstützung bei der Problembeseitigung.

Programmierung

Mit Teacher’s Box:
Die Programmierung erfolgt über den graphischen Editor, die PGLU-IDE. Alle Programme werden über die Teacher’s Box verwaltet und zentral gespeichert. Über die Programme-Liste werden alle Programme aufgelistet.

Mittels einer Status-Anzeige in Form eines farbigen Punktes sieht man jeweils wie der Stand des Programmes ist.

Der blaue Punkt gibt an, dass das Programm Blink geladen ist.

Nachdem das geladen Programm verändert wurde, zeigt ein roter Punkt an, dass das Programm noch gespeichert werden muss.

Die Programmierung selbst, erfolgt im graphischen Editor. Dazu können die verfügbaren Blöcke aus der linken Spalte in die Arbeitsfläche gezogen werden.

Im Beispiel wird im Hauptprogramm die LED 1 eingeschaltet, danach erfolgt eine Pause von 1000 Millisekunden. Anschliessend wird die LED 1 ausgeschaltet und nach einer weiteren Pause beginnt das Hauptprogramm wieder am Anfang.

Die Testfunktion Simulator erlaubt das Testen und prüfen eines erstellten Programmes und hilft im Falle eines Logikfehlers.

Nach dem Aufbau des Programmes und dem Test wurde das erstellte Blinkprogramm auf das angeschlossene Gerät hochgeladen und das Programm wurde durch Ein-und Ausschalten der LED 1 (auf der Platine mit L1 bezeichnet) ausgeführt.

Neben der graphischen Ansicht des Programmes kann der eigentliche Programmcode über die Codeansicht betrachtet werden. Das ist der bekannte Arduino-Code, der in der PGLU-IDE aber nur angeschaut und nicht verändert werden kann.

Eigene Codeschnippsel oder neue Funktionen können nicht importiert werden. Bestehende Beispiele aus dem Internet, die Bibliotheken verwenden, können mit der aktuellen Version der PGLU-IDE nicht eingesetzt werden.

Nach dem Programmupload kann die PGLU-Platine von der Teacher’s Box entfernt und durch eine eigene Stromversorgung über eine Batterie oder ein USB-Netzteil versorgt werden.

Ohne Teacher’s Box:
Schüler können auch Zuhause am Projekt arbeiten. Da dann keine Teacher’s Box vorhanden ist, muss die webbasierte Programmierumgebung unter http://mach.pglu.ch aufgerufen werden. Über die graphische Oberfläche kann nun wie gewohnt der Programmcode erstellt werden. Der Upload des Programmes auf die Prozessorplatine erfolgt in diesem Fall über die Arduino IDE, die lokal installiert sein muss. Mit copy/paste kann der Code aus der PGLU-IDE in die Arduino-IDE kopiert werden. Die PGLU-Platine wird dabei direkt mit dem PC verbunden.

Zu beachten ist, dass zwischen der Teacher’s Box und der webbasierten PGLU-IDE keine Verbindung besteht. Bereits erstellte Programme müssen manuell transferiert werden.

Programmierung ohne Teacher’s Box (Quelle pglu.ch)

Projekte und Einsatz im Klassenzimmer

Auf der Website von PGLU stehen der Lehrperson einige Projekte, Arbeitsblätter und Aufgabenbeispiele zur Verfügung. Diese können im Klassenzimmer direkt eingesetzt werden und sind eine gute Startbasis für weitere Projekte.

Zwischenfazit

Ich habe einen guten Eindruck von der PGLU-Lernumgebung. Die Entwickler haben sich viel Gedanken gemacht und ein lauffähiges Projekt mit einer sehr ausführlichen Dokumentation realisiert.

Die Inbetriebnahme ist sehr einfach und es müssen keine Programme oder Treiber installiert werden. Das WLAN der Teacher’s Box wurde von meinem PC, wie auch einem Tablet und einem Smartphone, sofort erkannt.

Dank dem verwendeten Arduino Nano kann die Lernumgebung auch ohne Teacher’s Box.

In Teil 2 dieses Testberichtes werde ich den selbstfahrenden Roboter mit dem Kit aus dem Shop aufbauen und austesten.