Tinkercad Übung 1 - Tinkercad Einführung

Lerne die Simulationsumgebung kennen

In dieser Übung lernst du den grundlegenden Umgang mit Tinkercad Circuits kennen.

• Empfohlenes Vorwissen: elektrische Spannung
• Neue Inhalte: Schaltung öffnen, Simulation starten, Simulation manipulieren, kommentieren, Schaltung bearbeiten, Arduino-Programmcode anzeigen, Arduino Konsole anzeigen. Kopie der Schaltung speichern und umbenennen.

Abbildung 1

Tinkercad ist eine kostenlose Sammlung von CAD und EDA Anwendungen.

• CAD: Computer Aided Design
• EDA: Electronic Design Automation

Das "Circuits"-Modul erlaubt die Erstellung und Simulation von elektronischen Schaltungen genau so, als würde man die Schaltung daheim aufbauen. Besonders interessant ist die Möglichkeit einen virtuellen Arduino Uno mit der Schaltung zu verbinden und zu programmieren.

Im Laufe dieses Kurses wirst du mit Tinkercad Circuits einfache Schaltungen erstellen, z.B. eine LED oder einen Motor ansteuern sowie Sensoren auslesen. Du wirst einen oder mehrere virtuelle Arduinos programmieren und so kleine interaktive Projekte verwirklichen.

Die einzelnen Übungen sind durchnummeriert und Einsteiger sollten sie in der richtigen Reihenfolge durcharbeiten. Fortgeschrittene können gern direkt mit einem komplizierteren Projekt einsteigen.

Schritt 1: Bei Tinkercad registrieren

1. Rufe die Tinkercad-Startseite (https://www.tinkercad.com) auf und erstelle ein Konto für dich. Dafür wird eine Email-Adresse benötigt.
2. Du erhälst eine Email von Tinkercad mit einem Bestätigungslink. Besuche diesen.
3. Falls nicht schon geschehen, stelle die Sprache der Seite auf deutsch um.

Schritt 2: Demo-Entwurf öffnen und inspizieren

Nun kannst du den Demo-Entwurf öffnen:
https://www.tinkercad.com/things/j4uvrTCDW9L-kkg-robotik-ubung-1-tinkercad-einfuhrung

Dieser ist einer der Entwürfe aus meinem Konto, das heißt der ist erstmal nicht in deinem Konto gespeichert. Du wirst aber gleich eine Kopie davon in deinem Konto ablegen.

Hinweis: Der gesamte Verlauf dieser Übung ist in Abbildung 1 oben dargestellt. Falls du nicht weiter kommst, muss du also ein wenig scrollen und dort nachschauen.

Öffne den Entwurf mit der blauen Schaltfläche "Kopieren und Bearbeiten". Ab jetzt ist der Entwurf auch in deinem Konto gespeichert und deine Änderungen daran werden automatisch gespeichert.

In dem Entwurf sind ein Arduino, ein Potentiometer und ein Servomotor miteinander verschaltet:

Der Arduino ist der programmierbare Baustein. Er wird aus einem USB-Kabel mit Spannung versorgt.

Abbildung 2 - Vergleich simulierter und echter Arduino

Das Potentiometer ist ein veränderbarer Widerstand, in der Simulation mit einem Drehknopf dran.

Abbildung 3: Vergleich simuliertes und echtes Potentiometer

Der Servomotor ein ein Spezial-Motor, dem man vorgeben kann, dass er eine bestimmte Position anfahren soll. Der Servomotor wird vom Arduino mit Spannung versorgt.

Abbildung 4: Vergleich simulierter und echter Servomotor

Das Potentiometer und der Servomotor sind mit Jumper-Kabeln mit dem Arduino verbunden:

Abbildung 5: Vergleich simulierte und echte Jumperkabel

Damit diese nicht alle in der Luft zusammengehalten werden müssen, werden die Verbindungen zwischen den Kabeln auf einem Steckbrett realisiert. Dieses Steckbrett heißt auf englisch "Breadboard" (wortwörtlich Brotschneidebrett).

Abbildung 6: Vergleich simuliertes und echtes Steckbrett (Breadboard)

Schritt 3: Simulation starten

Momentan macht das ganze noch nichts.

Starte die Simulation mit dem Play-Knopf oben rechts "Simulation starten". Der Servomotor fährt erstmal in die Startposition. Links neben dem Play-Knopf läuft die Simulationszeit hoch, d.h. die Dauer der Simulation bisher.

Was passiert, wenn du am Drehknopf (Potentiometer) drehst? (Maustaste gedrückt halten und ziehen)

Schritt 4: Kommentare erstellen

Sehr vergessliche können in der Schaltung jederzeit Kommentare hinterlassen. Drücke dazu auf die Sprechblase oben in der Befehlsleiste, platziere das Kommentarsymbol auf dem Servo und gebe das Kommentar "Servomotor" ein. Das geht jederzeit, also sowohl im Bearbeitungsmodus als auch im Simulationsmodus.

Schritt 5: Schaltung bearbeiten

Stoppe die Simulation mit der grünen "Simulation stoppen" Schaltfläche oben rechts. Nun bist du in den Bearbeitungsmodus zurückgekehrt.

Markiere den Servomotor, indem du darauf klickst. Nun kann der Servo umbenannt (momentan heißt er "1") oder verschoben werden (Maustaste gedrückt halten und ziehen).

Um den Servo zu rotieren, benutze die Taste "R" auf deiner Tastatur oder die Rotieren-Schaltfläche oben links.

Schritt 6: Arduino-Programmcode anzeigen

Die Zielposition des Servos wird vom Arduino vorgegeben. Der stellt die Position danach ein, was er vom Potentiometer für einen Widerstand misst. Der Widerstand ändert sich beim Drehen am Drehknopf. Das Nachstellen des Servomotors passiert natürlich nicht von allein, sondern muss programmiert werden.

Man kann in Tinkercad graphisch und in C++ (textbasiert) programmieren. Wir werden in diesem Kurs ausschließlich textbasiert programmieren.

Öffne den Programmcode-Editor durch Klick auf die "Code"-Schaltfläche rechts oben. Wir werden den Programmcode nicht gemeinsam durchgehen. Dies ist nur eine Demo.

Wer schon mit echten Arduinos gearbeitet hat, kennt vielleicht schon den "Serial Monitor", ein Konsolen-Fenster, in dem das Arduino-Programm Text an den PC senden kann oder man Text eingeben kann, der dann an den Arduino gesendet wird. Damit kann man also mit dem Arduino kommunizieren.

Den "Serial Monitor" gibt es ganz unten rechts - auch wenn die Schaltfläche lustigerweise als "Serien-Monitor" ins Deutsche übersetzt wurde.

Schritt 7: Entwurf schließen, wieder öffnen und umbenennen

Das war's schon! Schließe nun den Entwurf durch Klick auf das bunte "Tinkercad"-Logo oben links, was dich zu deinen Entwürfen zurückführt.

Wenn du links im Menü "Circuits" öffnest, sollte der Entwurf "KKG-Robotik: Übung 1 - Tinkercad Einführung" vorhanden sein. Deine Änderungen wurden automatisch gespeichert.

Öffne nun den Entwurf erneut, indem du ihn anklickst und mit "Das bearbeiten" fortfährst.

Rechts neben dem Tinkercad-Symbol steht der Titel des Entwurfs. Wenn du dort draufklickst, kannst du den Titel ändern, zum Beispiel in "Mein erstes Projekt".

Wenn du den Entwurf schließt und in die Entwurfsübersicht zurückkehrst, wirst du feststellen, dass der Entwurf erfolgreich umbenannt wurde.

Man kann Entwürfe auch kopieren, löschen, in Projekte gruppieren oder veröffentlich (Zahnradsymbol am Entwurf). Normalerweise sind deine Entwürfe privat, d.h. nur du kannst sie sehen, wenn du dich einloggst.

Ich habe einige meiner Entwürfe veröffentlicht, um sie für diesen Kurs zugänglich zu machen.

Zusammenfassung

Du hast in dieser Übung alle wesentlichen Funktionen des Tinkercad Circuits Moduls kennen gelernt.

Du weißt wie du einen veröffentlichten Entwurf öffnest, kopierst, bearbeitest und umbenennst. Du kannst zwischen dem Bearbeitungsmodus und dem Simulationsmodus wechseln, die Simulation interaktiv manipulieren und kommentieren, den Arduino-Programmcode und den Serial Monitor (die Arduino Konsole) öffnen.

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