Entscheidungen mit mehreren Kriterien
Bisher waren die zu treffenden Entscheidungen immer nur von einem Kriterium abhängig. Das sind jedoch Ausnahmen. Nun geht es darum, wie man mehrere Kriterien miteinander kombinieren kann.
Frage: Wie lassen sich Entscheidungen mit mehreren Kriterien programmieren?
Carport-Lampe
Baue und programmiere eine Carport-Lampe, die für einige Zeit leuchtet, wenn sie eine Bewegung registriert und es draußen gerade dunkel ist. In allen anderen Fällen bleibt die Lampe dunkel. Experimentiere mit den Drehreglern, um die Empfindlichkeit und Dauer des Signals richtig einzustellen.
Information zu Bewegungsmeldern: Bewegungsmelder verfügen über drei Pins, deren Beschriftung man lesen kann, wenn man die Kunststofflinse vorsichtig abzieht (Vorsicht: Nach Abziehen der Linse nicht den Sensor berühren!). Vcc und GND dienen der Stromversorgung der elektronischen Komponenten und müssen mit 5V und GND am Arduino verbunden werden.
Der mittlere OUT-Pin ist der Signal-Pin: Wenn eine Bewegung registriert wurde, wird der Wert wahr zurückgegeben, ansonsten falsch. Zum Einlesen des Signals wird dieser Pin mit einem Digitalpin des Arduino verbunden.
Hinten befinden sich zwei Drehregler (“Potentiometer”), mit denen sich die Dauer des Bewegungssignals (links) und die Empfindlichkeit (rechts) einstellen lassen. Zusätzlich befindet sich auf der rechten Seite ein sogenannter Jumper, mit dem auf einfache Weise eine Steckverbindung zwischen benachbarten Pins hergestellt werden kann. Wenn sich der Jumper ganz außen befindet, dann bleibt das Bewegungssignal nach dem Erkennen einer Bewegung eine Weile aktiv und wird dann auf jeden Fall deaktiviert. Eine neue Bewegung kann erst nach einer gewissen Zeit wieder registriert werden. Wenn der Jumper hingegen leicht nach innen versetzt ist, bleibt das Bewegungssignal so lange erhalten, wie eine Bewegung erkannt wird (siehe Funduino).
Wahrheitswerttabellen
-
Experimentiere mit der Carport-Lampe, um die folgende Wahrheitswert-Tabelle für die Operation UND auszufüllen.
A: Bewegung registriert.
B: Es ist dunkel.
A B A UND B wahr wahr falsch wahr ... ... -
Ändere das UND zu einem ODER und experimentiere wieder mit der Carport-Lampe, um die folgende Wahrheitswert-Tabelle für die Operation ODER auszufüllen.
A: Bewegung registriert.
B: Es ist dunkel.
A B A ODER B wahr wahr ... ... -
Ergänze die Wahrheitswerttabelle für die logische Operation NICHT.
A NICHT A wahr falsch
Logische Operationen und Wahrheitswerttabellen
Logische Operationen dienen zum Verknüpfen von Wahrheitswerten - ganz so wie Rechenoperationen zum Verknüpfen von Zahlen dienen. Wir betrachten die logischen Operationen UND (AND), ODER (OR) sowie NICHT (NOT). Das Ergebnis dieser Operationen lässt sich anhand von Wahrheitswerttabellen übersichtlich festhalten. Darin wird festgehalten, ob zwei Aussagen bzw. Bedingungen A und B wahr (w) oder falsch (f) sind. In der rechten Spalte steht dann, ob die logische Operation wahr (w) oder falsch (f) ergibt.
| A | B | A UND B |
|---|---|---|
| w | w | w |
| w | f | f |
| f | w | f |
| f | f | f |
| A | B | A ODER B |
|---|---|---|
| w | w | w |
| w | f | w |
| f | w | w |
| f | f | f |
| A | NICHT A |
|---|---|
| w | f |
| f | w |
Achtung: Die ODER-Operation ergibt auch dann “wahr”, wenn beide Aussagen wahr sind. Das aus dem Alltag bekannte “ENTWEDER-ODER” (XOR) ist eine weitere logische Operation, die “falsch” ergibt, wenn beide Aussagen wahr sind. Diese Operation ist aber nicht in Nepo enthalten.
Operation durch Verschachteln?!
Am Arduino werden zwei Taster T1 und T2 sowie eine LED L angeschlossen. Die LED soll nur dann leuchten, wenn beide Taster gleichzeitig gedrückt werden, sonst soll sie (wieder) ausgeschaltet werden.
- Nenne die logische Operation, mit der sich dieses Verhalten bewirken lässt.
- Lukas möchte das Verhalten nicht durch eine logische Operation, sondern durch eine Verschachtelung von Bedingungen erreichen wie sie unten abgebildet ist. Erkläre, welchen Fehler Lukas dabei gemacht hat und beschreibe, wie er ihn beheben könnte.
Verzweigungen mit "sonst wenn"
Am Arduino werden zwei Taster T1 und T2 sowie eine LED L angeschlossen. Das folgende Programm wird auf den Arduino gespielt.
-
Erkläre, welche logische Operation das gleiche Verhalten wie die abgebildete Verzweigung bewirken würde. Stelle dies auch mit Hilfe einer Wahrheitswerttabelle dar.
T1 gedrückt T2 gedrückt Ergebnis an LED ... ... ... - Erkläre, welche Kombination von Wahrheitswerten vom Programm nicht unterschieden wird. Hast du eine Idee, wie man das Programm ändern müsste, damit es nicht mehr das gleiche Verhalten wie die logische Operation aus (1) bewirken würde?
Entweder-Oder (XOR)
Aus dem Alltag kennen wir häufig ein "entweder-oder", also ein exklusives Oder (daher die englische Abkürzung "XOR"). Als Beispiel soll eine LED L am Arduino so programmiert werden, dass sie leuchtet, wenn entweder Taster T1 oder Taster T2 (aber nicht beide gleichzeitig) gedrückt werden.
- Erstelle eine Wahrheitswerttabelle für das "Entweder-Oder".
- Erstelle ein Programm, das das beschriebene Verhalten umsetzt, und probiere es aus.
Verschachtelte Entscheidungen?!
Leo und Lara möchten ihre Carport-Lampe so umprogrammieren, dass sie nachts immer leuchtet und tagsüber nicht. Zusätzlich soll ein Alarm ertönen, wenn es Nacht ist und eine Bewegung registriert wird.
Unten sind ihre Programme abgebildet. Entscheide jeweils (begründet!), ob das Programm für das geforderte Verhalten geeignet ist. Mache gegebenenfalls Verbesserungsvorschläge.
