Lernziele

• Zustandsmaschine implementieren: Sie können verschiedene Betriebsmodi in einem Programm implementieren und zwischen ihnen wechseln.
• Konzepte kombinieren: Sie können Radio-Steuerung, Helligkeitssensoren und Event-Loop zu einem komplexen Programm verbinden.
• Code-Organisation: Sie strukturieren ein grösseres Projekt mit Funktionen und klaren Zuständen.
• Fehlersuche: Sie können ein komplexes System schrittweise testen und Fehler systematisch eingrenzen.

Challenge 1: Das Grundgerüst

Erstellen Sie zuerst die Grundstruktur für den Roboter (nicht die Fernsteuerung!):

Aufgaben:

1. Importieren Sie die nötigen Module (microbit, maqueen, radio)
2. Definieren Sie die drei Modus-Konstanten
3. Setzen Sie die Radio-Gruppe (z.B. radio.config(group=42))
4. Erstellen Sie einen Event-Loop mit while mode != MODE_OFF
5. Bauen Sie die if/elif-Struktur für die Modi (nur Fernsteuerung und Tracker, OFF ist ja die Loop-Bedingung!)
6. Zeigen Sie auf dem Display an, in welchem Modus Sie sich befinden (z.B. “F” für Fernsteuerung, “T” für Tracker)
7. Nach der Loop stoppen Sie alle Motoren und zeigen “0” auf dem Display

Tipps:

• Starten Sie testweise im MODE_FERNSTEUERUNG - die Loop sollte laufen und “F” anzeigen
• Ändern Sie testweise zu mode = MODE_OFF - die Loop sollte gar nicht starten
• Vergessen Sie nicht radio.on() am Anfang!

Mögliche Lösung Challenge 1

from microbit import *
import maqueen
import radio
 
# Modi definieren
MODE_OFF = 0
MODE_FERNSTEUERUNG = 1
MODE_TRACKER = 2
 
# Radio konfigurieren
radio.config(group=42)
radio.on()
 
# Startzustand
mode = MODE_FERNSTEUERUNG
 
while mode != MODE_OFF:
 
    if mode == MODE_FERNSTEUERUNG:
        display.show("F")
        # Hier kommt die Fernsteuerung hin
 
    elif mode == MODE_TRACKER:
        display.show("T")
        # Hier kommt der Tracker hin
 
# Programm wird beendet
maqueen.motor_stop_all()
display.show("0")

Challenge 2: Die Fernsteuerung programmieren

Jetzt programmieren Sie die Fernsteuerung auf dem zweiten Microbit. Auch sie braucht Modi!

Die Modi der Fernsteuerung:

• Modus “Fernsteuerung”: Tasten steuern die Bewegung des Roboters
• Modus “Tracker”: Taste A sendet den Richtungswechsel-Befehl
• Moduswechsel: Schütteln wechselt zwischen den Modi
• Ausschalten: Fernsteuerung umdrehen (face down) schaltet beide aus

Aufgaben:

1. Erstellen Sie Modi für die Fernsteuerung (gleiche Konstanten wie beim Roboter)
2. Schütteln (accelerometer.was_gesture('shake')) wechselt zwischen MODE_FERNSTEUERUNG und MODE_TRACKER:
   • Ändert den Modus der Fernsteuerung selbst
   • Sendet “MODE:1” oder “MODE:2” an den Roboter, um ihn zu synchronisieren
3. Umdrehen (accelerometer.was_gesture('face down')) sendet “MODE:0” und beendet beide Loops
4. Zeigen Sie den aktuellen Modus auf dem Display an (F oder T)

Im Fernsteuerungsmodus:

• button_a.is_pressed() and button_b.is_pressed(): Sende “MOVE:FF” (vorwärts)
• button_a.is_pressed(): Sende “MOVE:LT” (left turn - nach links drehen)
• button_b.is_pressed(): Sende “MOVE:RT” (right turn - nach rechts drehen)
• Keine Taste gedrückt: Sende “MOVE:00” (stopp)

Im Tracker-Modus:

• Wenn Taste A was_pressed() wird: Sende “TRACKER:REVERSE”

Tipps:

• Beim Moduswechsel: Erst den eigenen Modus ändern, dann den Befehl senden
• Nutzen Sie is_pressed() für kontinuierliche Bewegung (Taste gedrückt halten)
• Nutzen Sie was_pressed() für einmalige Aktionen
• Testen Sie zuerst nur den Moduswechsel mit Schütteln

Mögliche Lösung Challenge 2

from microbit import *
import radio
 
# Modi definieren (gleich wie beim Roboter!)
MODE_OFF = 0
MODE_FERNSTEUERUNG = 1
MODE_TRACKER = 2
 
# Radio konfigurieren
radio.config(group=42)
radio.on()
 
# Startzustand
mode = MODE_FERNSTEUERUNG
 
while mode != MODE_OFF:
 
    # Moduswechsel mit Schütteln
    if accelerometer.was_gesture('shake'):
        # Zwischen den Modi wechseln
        if mode == MODE_FERNSTEUERUNG:
            mode = MODE_TRACKER
        else:
            mode = MODE_FERNSTEUERUNG
        # Roboter synchronisieren
        radio.send("MODE:" + str(mode))
        sleep(500)  # Kurz warten, damit nicht mehrfach gewechselt wird
 
    # Ausschalten durch Umdrehen
    if accelerometer.was_gesture('face down'):
        mode = MODE_OFF
        radio.send("MODE:" + str(mode))
 
    # Fernsteuerungsmodus: Tasten steuern Bewegung
    if mode == MODE_FERNSTEUERUNG:
	    # Display aktualisieren
        display.show("F")
        # Befehle senden
        if button_a.is_pressed() and button_b.is_pressed():
            radio.send("MOVE:FF")
        elif button_a.is_pressed():
            radio.send("MOVE:LT")
        elif button_b.is_pressed():
            radio.send("MOVE:RT")
        else:
            radio.send("MOVE:00")
 
    # Tracker-Modus: Taste A für Richtungswechsel
    elif mode == MODE_TRACKER:
	    # Display aktualisieren
		display.show("T")
		# Befehl senden
        if button_a.was_pressed():
            radio.send("TRACKER:REVERSE")
 
    sleep(100)
 
# Fernsteuerung beendet
display.show("0")

Challenge 3: Fernsteuerung im Roboter empfangen

Jetzt muss der Roboter die Funknachrichten empfangen und verarbeiten.

Aufgaben:

1. Empfangen Sie Funknachrichten mit radio.receive()
2. Prüfen Sie, ob eine Nachricht empfangen wurde (nicht None)
3. Vergleichen Sie die Nachricht direkt mit den möglichen Befehlen:
   • “MODE:0”, “MODE:1”, “MODE:2” → Modus wechseln
   • “MOVE:FF”, “MOVE:LT”, “MOVE:RT”, “MOVE:00” → Motoren steuern (nur im Fernsteuerungsmodus)
   • “TRACKER:REVERSE” → Richtung umkehren (nur im Tracker-Modus)

Tipps:

• “MOVE:FF” bedeutet beide Motoren Full vorwärts (beide Tasten gedrückt)
• “MOVE:LT” (left turn) bedeutet auf der Stelle nach links drehen (linker Motor rückwärts, rechter vorwärts)
• “MOVE:RT” (right turn) bedeutet auf der Stelle nach rechts drehen (linker Motor vorwärts, rechter rückwärts)
• “MOVE:00” bedeutet Stopp (keine Taste gedrückt)
• Nutzen Sie if nachricht == "MODE:1": statt kompliziertem String-Splitting!

Mögliche Lösung Challenge 3

from microbit import *
import maqueen
import radio
 
# Modi definieren
MODE_OFF = 0
MODE_FERNSTEUERUNG = 1
MODE_TRACKER = 2
 
# Geschwindigkeiten
FULL = 100
SLOW = 50
 
# Radio konfigurieren
radio.config(group=42)
radio.on()
 
# Startzustand
mode = MODE_FERNSTEUERUNG
tracker_direction = 1  # 1 = vorwärts, -1 = rückwärts
 
while mode != MODE_OFF:
 
    # Funknachrichten empfangen
    nachricht = radio.receive()
 
    # Moduswechsel
    if nachricht == "MODE:0":
        mode = MODE_OFF
    elif nachricht == "MODE:1":
        mode = MODE_FERNSTEUERUNG
    elif nachricht == "MODE:2":
        mode = MODE_TRACKER
 
    # Je nach Modus handeln
    if mode == MODE_FERNSTEUERUNG:
        display.show("F")
 
        # Bewegungsbefehle verarbeiten
        if nachricht == "MOVE:FF":
            # Beide Motoren vorwärts
            maqueen.set_motor(0, FULL)
            maqueen.set_motor(1, FULL)
        elif nachricht == "MOVE:LT":
            # Links drehen: linker Motor rückwärts, rechter vorwärts
            maqueen.set_motor(0, -FULL)
            maqueen.set_motor(1, FULL)
        elif nachricht == "MOVE:RT":
            # Rechts drehen: linker Motor vorwärts, rechter rückwärts
            maqueen.set_motor(0, FULL)
            maqueen.set_motor(1, -FULL)
        elif nachricht == "MOVE:00":
            # Stopp
            maqueen.motor_stop_all()
 
    elif mode == MODE_TRACKER:
        display.show("T")
        # Hier kommt der Tracker hin
 
# Programm wird beendet
maqueen.motor_stop_all()
display.show("0")

Challenge 4: Tracker-Modus implementieren

Jetzt implementieren Sie den automatischen Tracker-Modus. Der Roboter soll einem schwarzen Fleck am Boden folgen - er fährt am Rand des Flecks entlang.

Aufgaben:

1. Lesen Sie die Helligkeitssensoren aus: maqueen.read_patrol(0) und maqueen.read_patrol(1)
2. Implementieren Sie die Tracker-Logik für einen schwarzen Fleck:
   • left == 0 and right == 1 (linker Sensor auf schwarz): Perfekt! Geradeaus fahren
   • left == 1 and right == 1 (beide auf hell): Zu weit rechts! Nach links drehen
   • left == 0 and right == 0 (beide auf schwarz): Zu weit links! Nach rechts drehen
   • Den Fall left == 1 and right == 0 ignorieren wir - der Roboter fährt einfach weiter
3. Nutzen Sie die Variable tracker_direction um die Drehrichtung zu wechseln (links herum oder rechts herum)
4. Wenn auf der Fernsteuerung Taste A gedrückt wird, senden Sie “TRACKER:REVERSE”
5. Beim Empfang von “TRACKER:REVERSE” multiplizieren Sie tracker_direction mit -1

Tipps:

• Der Roboter folgt dem Fleck “links herum” - der linke Sensor ist auf dem Fleck
• Bei tracker_direction = -1 müssen SLOW und FULL vertauscht werden (nicht die Motoren rückwärts fahren!)
• SLOW können Sie auf 0 setzen für schärfere Kurven (Drehen auf der Stelle)
• Den Fall left == 1 and right == 0 ignorieren wir - der Roboter fährt einfach weiter (kein else: maqueen.motor_stop_all())
• Testen Sie zuerst mit tracker_direction = 1, dann fügen Sie die Umkehrung hinzu

Mögliche Lösung Challenge 4

Roboter-Code erweitern:

# Im Tracker-Modus diesen Code einfügen:
elif mode == MODE_TRACKER:
    display.show("T")
 
    # Richtungsumkehr empfangen
    if nachricht == "TRACKER:REVERSE":
        tracker_direction = tracker_direction * -1
 
    # Helligkeitssensoren auslesen
    left = maqueen.read_patrol(0)
    right = maqueen.read_patrol(1)
 
    # Geschwindigkeiten je nach Richtung bestimmen
    if tracker_direction == 1:
        # Links herum: bei Kurven links langsam, rechts schnell
        rad_links = SLOW
        rad_rechts = FULL
    else:
        # Rechts herum: bei Kurven links schnell, rechts langsam (vertauscht!)
        rad_links = FULL
        rad_rechts = SLOW
 
    # Tracker-Logik (0 = dunkel/schwarz, 1 = hell/weiss)
    if left == 0 and right == 1:
        # Linker Sensor auf schwarz → perfekt! Geradeaus
        maqueen.set_motor(0, FULL)
        maqueen.set_motor(1, FULL)
    elif left == 1 and right == 1:
        # Beide auf hell → zu weit rechts! Nach links drehen
        maqueen.set_motor(0, rad_links)
        maqueen.set_motor(1, rad_rechts)
    elif left == 0 and right == 0:
        # Beide auf schwarz → zu weit links! Nach rechts drehen
        maqueen.set_motor(0, rad_rechts)
        maqueen.set_motor(1, rad_links)
    # left == 1 and right == 0 → ignorieren, einfach weiterfahren

Fernsteuerungs-Code erweitern:

# In der Fernsteuerung, zusätzliche Funktionalität:
# Wenn im Tracker-Modus Taste A gedrückt wird
if button_a.was_pressed() and not button_b.was_pressed():
    radio.send("TRACKER:REVERSE")

Challenge 5: Alles zusammenfügen und testen

Jetzt haben Sie alle Teile! Zeit für den Systemtest.

Test-Checkliste:

1. ✅ Roboter und Fernsteuerung starten beide im Fernsteuerungsmodus (F angezeigt)
2. ✅ Beide Tasten zusammen: Roboter fährt vorwärts (FF)
3. ✅ Taste A alleine: Roboter dreht nach links (LT)
4. ✅ Taste B alleine: Roboter dreht nach rechts (RT)
5. ✅ Keine Taste: Roboter stoppt (00)
6. ✅ Fernsteuerung schütteln: Beide wechseln synchron zum Tracker-Modus (T angezeigt)
7. ✅ Im Tracker-Modus folgt der Roboter automatisch dem schwarzen Fleck (links herum)
8. ✅ Taste A im Tracker-Modus: Fahrtrichtung wechselt (jetzt rechts herum)
9. ✅ Nochmal schütteln: Beide wechseln zurück zum Fernsteuerungsmodus
10. ✅ Fernsteuerung umdrehen (face down): Beide beenden ihre Loops, Display zeigt “0”, alle Motoren stoppen

Fehlersuche:

• Funktioniert die Fernsteuerung nicht? → Prüfen Sie die Radio-Gruppe auf beiden Geräten
• Modi werden nicht synchronisiert? → Prüfen Sie, ob radio.send("MODE:" + str(mode)) korrekt ist
• Roboter dreht in falsche Richtung? → Prüfen Sie die Motor-Nummern (0 = links, 1 = rechts) und Vorzeichen
• Schütteln wechselt mehrfach? → Das sleep(500) nach dem Moduswechsel verhindert Doppel-Wechsel
• Roboter reagiert nicht auf Tracker? → Testen Sie die Helligkeitssensoren einzeln (display.show(left) und display.show(right))
• Roboter fährt vom Fleck weg? → Prüfen Sie die Logik: left == 0 bedeutet “linker Sensor auf schwarz”
• Richtungsumkehr funktioniert nicht? → Prüfen Sie, ob SLOW und FULL korrekt getauscht werden
• Umdrehen schaltet nicht aus? → Prüfen Sie die Schreibweise: 'face down' (mit Leerzeichen!)

Bonus-Challenge: Verbesserungen

Ihr Roboter funktioniert? Perfekt! Jetzt können Sie ihn noch verbessern:

1. Rückwärtsfahren hinzufügen: Wenn man im Fernsteuerungsmodus beide Tasten gedrückt hält UND den Microbit nach unten neigt, fährt der Roboter rückwärts
2. Geschwindigkeitsregelung: Im Tracker-Modus können Sie mit Taste B die Geschwindigkeit zwischen SLOW, MEDIUM und FULL wechseln
3. Statusanzeige auf Fernsteuerung: Zeigen Sie im Tracker-Modus an, ob der Roboter vorwärts oder rückwärts trackt (↑ oder ↓ statt nur T)
4. LED-Feedback auf Roboter: Nutzen Sie die LEDs des Maqueen (maqueen.set_led()) um den aktuellen Modus anzuzeigen
5. Automatischer Moduswechsel: Wenn im Tracker-Modus lange keine Linie gefunden wird (beide Sensoren = 1), wechseln Sie automatisch zur Fernsteuerung
6. Sanfteres Drehen: Statt auf der Stelle zu drehen (LT/RT), könnten Sie mit verschiedenen Geschwindigkeiten sanftere Kurven fahren
7. Code aufräumen: Lagern Sie die Tracker-Logik in eine eigene Funktion folge_linie() aus (siehe Linienfinder-Lektion)
8. Notfall-Stop: Fügen Sie einen Notfall-Stop hinzu - wenn man die Fernsteuerung stark schüttelt (3x hintereinander), stoppen sofort alle Motoren

Vollständiges Beispiel: Roboter-Code

from microbit import *
import maqueen
import radio
 
# Modi definieren
MODE_OFF = 0
MODE_FERNSTEUERUNG = 1
MODE_TRACKER = 2
 
# Geschwindigkeiten
FULL = 100
SLOW = 50
 
# Radio konfigurieren
radio.config(group=42)
radio.on()
 
# Startzustand
mode = MODE_FERNSTEUERUNG
tracker_direction = 1
 
while mode != MODE_OFF:
 
    # Funknachrichten empfangen
    nachricht = radio.receive()
 
    # Moduswechsel
    if nachricht == "MODE:0":
        mode = MODE_OFF
    elif nachricht == "MODE:1":
        mode = MODE_FERNSTEUERUNG
    elif nachricht == "MODE:2":
        mode = MODE_TRACKER
 
    # Je nach Modus handeln
    if mode == MODE_FERNSTEUERUNG:
        display.show("F")
 
        # Bewegungsbefehle verarbeiten
        if nachricht == "MOVE:FF":
            maqueen.set_motor(0, FULL)
            maqueen.set_motor(1, FULL)
        elif nachricht == "MOVE:LT":
            maqueen.set_motor(0, -FULL)
            maqueen.set_motor(1, FULL)
        elif nachricht == "MOVE:RT":
            maqueen.set_motor(0, FULL)
            maqueen.set_motor(1, -FULL)
        elif nachricht == "MOVE:00":
            maqueen.motor_stop_all()
 
    elif mode == MODE_TRACKER:
        display.show("T")
 
        # Richtungsumkehr empfangen
        if nachricht == "TRACKER:REVERSE":
            tracker_direction = tracker_direction * -1
 
        # Helligkeitssensoren auslesen
        left = maqueen.read_patrol(0)
        right = maqueen.read_patrol(1)
 
        # Geschwindigkeiten je nach Richtung bestimmen
        if tracker_direction == 1:
            rad_links = SLOW
            rad_rechts = FULL
        else:
            rad_links = FULL
            rad_rechts = SLOW
 
        # Tracker-Logik
        if left == 0 and right == 1:
            maqueen.set_motor(0, FULL)
            maqueen.set_motor(1, FULL)
        elif left == 1 and right == 1:
            maqueen.set_motor(0, rad_links)
            maqueen.set_motor(1, rad_rechts)
        elif left == 0 and right == 0:
            maqueen.set_motor(0, rad_rechts)
            maqueen.set_motor(1, rad_links)
        # left == 1 and right == 0 → ignorieren, einfach weiterfahren
 
# Programm wird beendet
maqueen.motor_stop_all()
display.show("0")

Vollständiges Beispiel: Fernsteuerungs-Code

from microbit import *
import radio
 
# Modi definieren
MODE_OFF = 0
MODE_FERNSTEUERUNG = 1
MODE_TRACKER = 2
 
# Radio konfigurieren
radio.config(group=42)
radio.on()
 
# Startzustand
mode = MODE_FERNSTEUERUNG
 
while mode != MODE_OFF:
 
    # Moduswechsel mit Schütteln
    if accelerometer.was_gesture('shake'):
        if mode == MODE_FERNSTEUERUNG:
            mode = MODE_TRACKER
        else:
            mode = MODE_FERNSTEUERUNG
        radio.send("MODE:" + str(mode))
        sleep(500)
 
    # Ausschalten durch Umdrehen
    if accelerometer.was_gesture('face down'):
        mode = MODE_OFF
        radio.send("MODE:0")
 
    # Display aktualisieren
    if mode == MODE_FERNSTEUERUNG:
        display.show("F")
    elif mode == MODE_TRACKER:
        display.show("T")
 
    # Fernsteuerungsmodus: Tasten steuern Bewegung
    if mode == MODE_FERNSTEUERUNG:
        if button_a.is_pressed() and button_b.is_pressed():
            radio.send("MOVE:FF")
        elif button_a.is_pressed():
            radio.send("MOVE:LT")
        elif button_b.is_pressed():
            radio.send("MOVE:RT")
        else:
            radio.send("MOVE:00")
 
    # Tracker-Modus: Taste A für Richtungswechsel
    elif mode == MODE_TRACKER:
        if button_a.was_pressed():
            radio.send("TRACKER:REVERSE")
 
    sleep(100)
 
# Fernsteuerung beendet
display.show("0")

Mehr dazu

In der Linienfinder-Lektion finden Sie weitere Details zum Code-Refactoring und wie man Code in mehrere Dateien aufteilt.