Morse2

Übertragen von Geheimcode II

Hallo, wir sind Robi-x01 und Robi-x02 - wir werden uns in diesem Abschnitt einige erweiterte Programmabschnitte ansehen, wie wir beide noch besser und bequemer kommunizieren können.

• Du solltest auf jeden Fall im Zweier-Team arbeiten.

• Unsere Begrüßung an dich ist nun schon etwas länger:

Aufgabenstellung

Versucht an "fremden" Programmen neue Funktionen selber zu entdecken. Am meisten lernt man dadurch, dass man Systeme, die etwas über dem eigenen Niveau liegen, analysiert, sie verändert und ausbaut. In diesem Beispiel werden Einzelfunktionen nicht mehr detailliert erklärt, sondern nur mehr in der Wirkung dargestellt.

• Zerlegt die folgenden Programme in Einzelbereiche und versucht durch kleine Änderungen die Wirkung oder den Aufgabenbereich zu erkunden.
• Diskutiert den Sinn der einzelnen Programme und schlagt Änderungen vor.
• Ein Programm ist dann gelungen,
  • wenn es mit möglichst wenig Programmcode auskommt.
  • wenn es keine Wiederholungen im Programmcode enthält.
  • wenn es gut lesbar ist.
  • wenn es ohne große Erklärungen seine Aufgaben erledigt.

Materialien

Morsetabelle

• zwei BBC micro:bit (Version V2 oder V1 mit Lautsprecher oder Kopfhörer)
• Papier und Stift
• das Morsealphabet in ausgedruckter Form (ausdruckbar mit einem Klick der rechten Maustaste auf die Morsetabelle, "Grafik kopieren" wählen, in eine Textverarbeitung einfügen und drucken)

Zeitaufwand

• ca. 2 bis 4 Unterrichtseinheiten pro Programm - je nach Funktionsumfang

Schwierigkeitsgrad

Kompetenzen

Du solltest bereits

• wissen, wie man Daten mit dem BBC micro:bit anzeigen kann
• die Tastenfunktionen (A und B, A+B) verwenden können
• wissen, wie man 2 BBC micro:bit verbindet
• wissen, wie man zwischen BBC micro:bit Daten sendet und empfängt
• wissen, wie man Sound ausgibt

Beim Programmieren lernst bzw. übst du

• Array zu verwenden
• Operatoren einzusetzen
• Bedingungen aufzustellen

Unterrichtsfächer

• Werken
• Informatik
• Deutsch
• Physik

Programmsammlung

Öffnet die folgenden Programme in Makecode und spielt diese auf euren jeweiligen BBC micro:bit. Ihr braucht den Link Programmaufruf nur anzuklicken und man kann den jeweiligen Programmcode sehen, verändern und neu speichern. Die meisten Programme sollte man gleich auf zwei Computern aufrufen und schon geht es los: Diese Beispiele sind so gestaltet, dass Sender und Empfänger dasselbe Programm benutzen können. Im Einsatz in der Industrie werden Sender und Empfänger meist verschiedene Aufgaben und somit verschiedene Programme haben.

Programm 1: "Der Morsecode-Beamer"

Programmaufruf

• Ein Spiel zu zweit:
• Ihr braucht den Link "Programmaufruf" nur auf zwei Computern aufrufen und testet dann die Verbindung.
• Einer ist der Sender, der andere Empfänger.
• Sender: Drücke Taste A für die Aufgabe
• Empfänger: Suche den empfangenen und angezeigten Buchstaben in der Morsetabelle
• Führt 10 Versuche durch und tauscht die Rollen: Ändert die gesendete Nachricht.
• Wie gut bist du im Erkennen von Nachrichten?
• Schreibt auch die erhaltenen Nachrichten auf!
• Führt dieses Spiel auch in getrennten Räumen durch.

Programm 2: "Kommunikation mit Antwortbestätigung"

Programmaufruf

Marsrover (Modell) - Signaldauer Erde <-> Mars 8 Minuten

Versucht nun folgende Bedingungen einzuhalten:

• Nur ein BBC micro:bit ist der Sender - der andere ist der Empfänger.
• Gesendet wird mit der Taste A - geantwortet (bestätigt) wird mit Taste B (man sendet ein “ok”).
• Möchte man als Empfänger die Nachricht noch einmal erhalten - dann antwortet man mit der Tastenkombination A+B (man sendet ein “no”).
• Diese Gesetzmäßigkeiten sind in diesem Programm enthalten:
• Ganz besonders schwierig und realitätsnah wird es, wenn ihr in verschiedene Räume geht.
• Man sieht an diesem einfachen Beispiel, dass es extrem schwierig ist, eine Kommunikation aufzubauen, wenn Sender und Empfänger nicht in Sprech- und Sichtweite sind.
• Oft entstehen Probleme bei der Datenübertragung, die manchmal Katastrophen auslösen können, wenn die Regeln nicht ganz genau vereinbart wurden.
• Du kennst das auch aus Filmen, dass Leute angefordert werden: "Bitte Nachricht bestätigen!
• Der Fachbegriff für das Erstellen dieser Regeln heißt Handshake.

Eine aktuelle Anwendung aus der Wissenschaft, wo das extrem wichtig ist:

• Amerikanische Weltraummission:
• Derzeit befindet sich ein Roboter auf dem Mars, dieser wird mit Befehlen von der Erde gesteuert.
• Ein Befehl dauert vom Absenden auf der Erde bis zum Empfänger auf dem Mars acht Minuten.
• Man kann sich vorstellen, dass hier sehr exakte Abmachungen getroffen werden müssen, wann sendet wer, wie ist die Bestätigung oder die Antwort.
• Auch alle Fotos vom Mars werden mit genauen Regeln Zeichen-für-Zeichen zur Erde geschickt.
• Es können über diese Funksignale nur Zahlen zwischen Systemen geschickt werden. Wie beim BBC micro:bit muss die Gegenstelle die gesendete Nachricht dann entschlüsseln, auswerten und in Befehle oder Bilder umwandeln.

Programm 3: "Senden einer Nachrichtenzeile"

Programmaufruf

Verwende diesen einfachen Programmcode und ändere die Übertragungsnachricht.

• Eine ganze Zeile lesen (hier sind die Wortgrenzen mit einem # markiert) - normalerweise ist das eine längere Pause von etwa 1-3 Sekunden.
• Was könnte man beim Empfänger noch gestalten, damit dieser mehr Zeit zum Lesen hat oder die Nachricht noch einmal ansehen kann?
• Diskutiert: Was hat noch nicht gut funktioniert, was ist zu verbessern?

Programm 4: "Zeigen eines Zufallsbuchstaben einer Liste"

Programmaufruf

• Wir werden in diesem Programm 26 Buchstaben verwenden - also brauchen wir eine Zufallszahl zwischen 0 und 25.
• Dabei greifen wir mit dem Befehl liste_buchstaben[zufall] auf ein Element der Buchstaben-Liste zu und zeigen den gefundenen Buchstaben an.
• Experimentiert mit diesem Befehl - hier kommen bereits Listen (Arrays) zum Einsatz, diese sind eine der wichtigsten Variablentypen in der Programmierung.

Programmaufruf

• Ein zufälliges Morsezeichen zum Empfänger versenden:
• zwei Listen mit 26 Listenelementen

Programm 6: "Senden mit Handshake"

Programmaufruf

• Rollen tauschen** (immer auf die genaue Abstimmung mit der Partnerin oder dem Partner achten)
• Merke: Die Taste A gehört immer dem Sender.
• Erfindet selbst neue Spielregeln.

Programm 7: "Senden mit Tonausgabe"

Programmaufruf

• Einbau einer Zusatzfunktion zur Tonausgabe (BBC micro:bit V2 erforderlich oder ein angeschlossener Kopfhörer):
• Sobald ein Buchstabe den Empfänger erreicht, soll ein Ton gespielt werden, ebenso, wenn die Antwort beim Sender ankommt.

Programm 8: "Senden von akustischen Morse-Signalen"

Programmaufruf

• Hierzu muss das empfangene Morsezeichen (receiveString) zerlegt und untersucht werden.
• Es wird eine Schleife durch alle übertragenen Morsezeichen gestartet und analysiert,
  • ob ein "." vorkommt: dann wird ein kurzer Ton gespielt
  • ob ein "-" vorkommt: dann wird ein langer Ton gespielt
  • ob ein Leerzeichen (Wortende) vorkommt -> Pause

Programm 9: "Senden von Lichtsignalen"

Programmaufruf

• Statt den optischen Signalen werden jetzt kurze und lange Lichtsignale gesendet.
• Sobald ein Morsecode gewählt ist, sollte das Zeichen **Punkt** ein kurzes Lichtsignal erzeugen und der **Strich** ein langes Lichtsignal.
• Erreichen kann man diesen Effekt, indem man alle 25 Lichtpunkte des BBC micro:bit verschieden lange aufleuchten lässt.

Programm 10: "Eine Tastatur zum Auswählen der Buchstaben"

Programmaufruf

• Statt dem zufälligen Auswählen eines Morsezeichens, wollen wir mithilfe einer "Tastatur" die Sende-Buchstaben auswählen können.
• Dabei wird zwar keine richtige Tastatur ersetzt, aber eine Möglichkeit zur Auswahl eines Buchstabens gegeben: durch Kippen des BBC micro:bit.
• Kippt man den BBC micro:bit nach links, laufen die Buchstaben im Alphabet herunter, nach rechts hinauf. Im waagrechten Zustand bleibt die Tastatur "stehen" - dann kann man den Buchstaben senden - testet dies.
• Überlegt: Wie kann man mit der Sensorik des BBC micro:bit eine andere Auswahl schaffen: mit Licht, mit Sound, Neigung, Zufall, ... ?
• Welche Werte liefern die einzelnen Sensoren des BBC Micro:bit - untersuche?

Präsentation und Reflexion

• Was könnte man bei jedem gezeigten Programm verändern oder verbessern?
• Was war zu schwierig zu verstehen, ersucht die Lehrperson um Unterstützung.

Weiterentwicklung

• Überlegt, wie man eine Bestätigung vom Empfänger programmieren könnte, damit der Sender immer weiß, dass das Zeichen richtig vom Empfänger gelesen werden konnte oder ob es wiederholt werden sollte und auch, ob das nächste gesendet werden kann.
• Könnte man dieses "Handshake" auch automatisieren?
• Wie könnte man auf dem Sender-BBC micro:bit nicht nur einen Buchstaben, sondern einen ganzen Satz auswählen lassen? Er wird dann als Morsecode versendet, anstatt als Programmiererin oder Programmierer das Programm jedes Mal zu ändern.
• Überlege andere Symbole für eine Geheimsprache zur Übertragung - probiert diese auch auf dem BBC micro:bit aus.
• Der Profibegriff zu diesem Thema heißt "Elektronische Datenkommunikation" und stellt einen enorm wichtigen Bereich der Computerwissenschaft dar - es würde kein Handy und keine Automaten ohne dieses Arbeitsgebiet geben.

Erweiterungsaufgabe

• Schreibt zu zweit ein Programm mit einer eigenen Aufgabenstellung, wo die Kommunikation zwischen mehreren BBC micro:bit ein Rolle spielt.
• Ein ganz besonderes Programm von Makecode ermöglichst sogar das Simulieren von Kommunikation mit 2 BBC micro:bit auf dem Bildschirm.
  • [Multi Micro:bit]