Übersicht Physical Computing

Das folgende Schema zeigt verschiedene Technologien des Physical Computings mit denen an unserer Einrichtung gearbeitet wurde oder gearbeitet wird. Begonnen hat es zunächst mit dem Programmieren von parallelen und seriellen Standardschnittstellen. Mit der Einführung der USB Schnittstelle war es für den Entwickler notwendig, sich mit dem FTDI-Controller zu beschäftigen. Fertige Module mit USB-Schnittstelle, wie zum Beispiel Produkte von Meilhaus, bieten zahlreiche interessante Anwendungsmöglichkeiten.
Für Privatanwender wurde es richtig spannend, als Microcontroller mit Upload (Arduino, FEZ Cerberus u.ä.) zur Verfügung standen. Große Begeisterung löste dann das Erscheinen von Microcomputern (Raspberry Pi u.ä.) aus. Internet of Things (IoT) ist das aktuelle Schlagwort des Physical Computings.
Alte und neue Technologien verfolgen aber den gleichen Ansatz. Sie benutzen geeignete Ein- und Ausgänge zur Kommunikation mit der Umwelt.


 

Die am meisten verwendeten Betriebssysteme des Raspberry Pi benutzen Python zum Erstellen von Programmen. Aber es gibt auch ein Windows Betriebssystem für den Raspberry Pi. Zur Programmierung kommt dann Visual Studio zum Einsatz. Damit lassen sich effektiv ansprechende Applikationen erstellen.

Microsoft stellt für seine Entwicklungsumgebung Visual Studio das .NET Micro Framework bereit. Für geeignete  Mikrocontroller ist das eine interessante Variante.
Beispiele dafür sind Mikrocontroller der Firma GHI Electronics (FEZ Cerberus, FEZ Spider II,
BrainPad. NET) und Netduino.

Auch am Einstein-Gymnasium Angermünde arbeiten die Schüler im Rahmen des Informatikunterrichtes mit dem bekannten Mikrocontroller-System Arduino. Robuste Module auf der Basis des kompakten Arduino Micro kommen dabei bevorzugt zum Einsatz.

 

Meilhaus bietet mit seinen Modellen der Redlab Serie auch ein umfangreiches Klassensystem für die Programmierung mit Microsoft Visual Studio an. Damit erschließen sich viele technische und physikalische Anwendungsmöglichkeiten.

FTDI-Controller ermöglichen Physical Computing über die USB-Schnittstelle. Einfache digitale Ein- und Ausgaben können damit schnell realisiert werden.
FTDI-Controller sind oft Bestandteil anderer Mikrocontroller-Systeme.

Parallele und serielle Schnittstellen boten die ersten Möglichkeiten für Physical Computing. Heute sind diese Schnittstellen kaum noch anzutreffen. Grundlegendes Wissen (Bitmaskierung, Bitmanipulation, Taktdiagramme) musste aber auch schon hier angewendet werden.

Bestimmte Aufgaben der Informatik (z.B. Ampelsteuerungen, Motorsteuerungen, Porterweiterungen) können mit verschiedenen Technologien umgesetzt werden. Vorteilhaft ist hier die Arbeit mit Universalmodulen.

Auch viele Aufgaben der Physik (z.B. Messungen physikalischer Größen, Kennlinienaufnahme, Arbeit mit Sensoren) können ebenfalls mit verschiedenen Technologien umgesetzt werden. Auch dafür bietet sich der Einsatz von Modulen an.