Lego Mindstorms Robot Inventor/Spike Prime (51515/45678) Adapterplatine für den Ultraschallsensor

Gastbeitrag von brickobotik:

Der SPIKETM Prime von LEGO Education ist inzwischen seit über einem Jahr auf dem Markt. Wir haben ihn euch in unserem großen Test ausführlich vorgestellt. Inzwischen ist auch der Inventor 51515 also die Home-Variante des SPIKETM Prime erhältlich. Bei beiden ist die Software nun auf einem adäquaten Level angekommen. Inzwischen haben wir auch unser E-Book zur SPIKETM Prime Classroom-Software veröffentlicht, das für alle, die noch Fragen zur Programmierung der Roboters haben, definitiv einen Blick wert ist.

Für uns bei brickobotik geht die Arbeit mit dem SPIKETM Prime aber trotzdem weiter. Zum einen natürlich in unseren Workshops und Fortbildungen, die wir zu diesem Roboter durchführen. Aber auch die Elektrotechnik des SPIKETM beschäftigt uns. Deshalb geben wir euch in diesem Artikel einen kleinen Einblick in unsere „brickobotik-Bastelstube” und stellen ein Projekt vor, an dem wir gerade arbeiten.


Viele von euch ist sicher aufgefallen, dass der Ultraschallsensor von SPIKETM Prime und Mindstorms Inventor im Gegensatz zu den anderen Sensoren auf seiner Rückseite zwei Torx-Schrauben zeigt. Wenn man diese herausschraubt, kann man die weiße Sensoreinheit des Ultraschallsensors entfernen und hält dann nur die schwarze Schale in der Hand. Darin kommt das Kabel des LEGO Powered-Up-Steckers an und wird auf eine Buchsenleiste verteilt.

Diese Buchsenleiste (es handelt sich um einen 8-Pin Female Header) ist mit einem Rastermaß von 1,27 mm sehr klein und es kann deshalb ziemlich fummelig werden, sie mit herkömmlichen Arduino-Kabeln zu nutzen. Darum haben wir eine passende Adapterplatine entwickelt, welche die kleine Buchsenleiste auf das typische Rastermaß von 2,54 mm übersetzt, wie man es vom Arduino, Steckbrettern, Lochrasterplatinen, etc. kennt.

Technische Details zur Platine

Die Power-Funotions-2.O-Verbindung führt sechs Kontakte:

1X 3,3 V Spannungsversorgung
1X GND
2 digitale Ein-/Ausgänge (GPIO), welche auch für UART (115200 Baud, 8N1) verwendet werden können.
Achtung! Die GPlOs liefern nicht genug Strom, um LEDs direkt zu betreiben! Es wird eine Transistorschaltung benötigt, um eine LED aus der 3,3 V Spannungsversorgung zu speisen.

2x PWM für Motoren

Achtung! Die Spannung dieser Signale kommt direkt vom Akku des SPIKETM Prime! Diese liegt nach unseren Messungen zwischen 8,4 V und 6,3 V.

Für die GPlO-Kontakte ist auf der Platine je ein Widerstand vorgesehen, welcher einen minimalen Schutz gegen falsche GPlO-Konfigurationen darstellt. Sie können aber auch einfach überbrückt werden.

Nach links und rechts sind die gleichen Kontakte noch einmal ausgeführt. So sind auf der einen Seite der Platine die GPlO-Kontakte mit Spannungsversorgung ausgeführt und auf der anderen Seite die PWM-Kontakte mit Spannungsversorgung – und zwar sowohl im Rastermaß 2,54 mm als auch im Rastermaß 2,00 mm für das Grove-Stecksystem. Für die Kontakte links und rechts ist die Spannungsversorgung von 3,3 V durch eine offene Lötbrücke unterbrochen, damit zum Beispiel bei Verwendung eines Calliope mini die unabhängigen Spannungsversorgungen beider Geräte nicht zerstörerisch konkurrieren. Die offene Lötbrücke kann bei Bedarf mit etwas Lötzinn geschlossen werden.

Neue Möglichkeiten durch die Platine

Mit der Platine ist es deutlich einfacher, weitere Sensoren oder Motoren anzuschließen und mit dem SPIKETM Prime zu nutzen. Auch eine Verbindung zu Mikrocontrollern wie dem Calliope mini ist möglich. Aber es gibt eine wichtige Einschränkung: Solche Projekte sind eher für fortgeschrittene Nutzer*innen geeignet. Sowohl die Verdrahtung als auch das Programmieren erfordern Erfahrung mit der Elektronik und den entsprechenden Sensorprotokollen.

Technische Details zur Ansteuerung

Das direkte Ansteuern der Kontakte funktioniert über die SPIKETM-Prime-App, allerdings nur in Python-Projekten und auf eigene Faust. Es gibt kein von LEGO gestelltes “UltrasonicBreakout” Python-Modul o.ä. Beschreibungen und Anleitungen zur den entsprechenden Micropython-Klassen und -Methoden kursieren jedoch im Internet. Wer Erfahrung mit anderen Micropython-Geräten, speziell der Bedienung der Micropython-REPL, mitbringt, kann hier schnell Fuß fassen.

Bestellt eure eigene Adapterplatine!

Wir werden bei brickobotik mit der Platine weiterarbeiten, um die Verbindung mit verschiedenen Sensoren zu testen. Allen Bastler*innen, die jetzt Lust bekommen haben, ebenfalls mit Verbindungen zum SPIKETM Prime zu experimentieren, möchten wir die Möglichkeit geben, unsere Adapterplatine dafür zu nutzen. Wenn ihr also Interesse an der beschriebenen Platine habt und sie über uns erwerben wollte, dann schreibt uns eine E-Mail an [email protected] Wir sammeln die Anfragen und wenn genügend Interessent*innen zusammenkommen, geben wir euch per Mail Bescheid, sobald die Platine vorbestellbar ist. Du willst nicht selbst basteln, bist aber interessiert an einem bestimmten Sensor, den man mit dem SPIKETM Prime verbinden könnte? Dann besuch uns auf www.brickobotik.de und lass uns einen Kommentar oder eine Nachricht mit deinen Wünschen da. Wir werden versuchen, sie für kommende Projekte zu berücksichtigen

LEGO® EDUCATION SPIKE™ PRIME, a new hands-on learning approach for classrooms

Adding to the LEGO®  Education portfolio of combined physical and digital learning experiences, SPIKE Prime has been unveiled today, along with new insights on students’ confidence in learning STEAM subjects.

Billund, Denmark (April 2, 2019) – Today, LEGO® Education announced LEGO® Education SPIKE™ Prime, the newest product in the LEGO Education hands-on STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, Math) learning portfolio. SPIKE Prime brings together LEGO bricks, a programmable, multi-port Hub, sensors and motors all powered by the engaging SPIKE app based on the Scratch coding language. The SPIKE app includes lessons aligned to certain standards and many being able to be completed within a 45-minute class, making it easy for teachers to take SPIKE Prime into the classroom.

SPIKE Prime is a completely new design from LEGO Education. It has been created to reach all levels of learners, to be an inclusive, intuitive and naturally adaptive physical and digital creative approach, and engage all middle schoolers in technology-enabled STEAM learning with confidence. According to results from a new Confidence in Learning Poll, fielded by Harris Insights & Analytics and released today, hands-on learning builds confidence. Eighty seven percent of students say they learn and remember topics more when the learning involved hands-on projects, and 93 percent of parents say hands-on learning helps children retain knowledge for the future. Additionally, while the importance of hands-on learning is clear, only 40 percent of teachers say their students usually or always get substantial time during the school day for hands-on lessons.

When it comes to STEAM learning specifically, teachers and parents agree that the number one way their students can build confidence in STEAM subjects is working on a hands-on project with others. The poll showed students who are confident in STEAM are more likely to be confident at school overall and enjoy learning new things. The entire LEGO Education portfolio, now including SPIKE Prime, was specifically designed to get students hands-on with lessons that challenge them to think critically and creatively, to problem solve and to communicate effectively with others.

To help build students’ confidence in learning and to support teachers who are interested in incorporating more STEAM learning into their classrooms, LEGO Education is providing a Confidence in Learning toolkit and workshops to schools around the world with its continuum of hands-on learning products, including SPIKE Prime. LEGO Education learning experts will help teachers incorporate hands-on STEAM learning into the classroom to engage all students and promote building their confidence in learning.    

Esben Stærk Jørgensen, president of LEGO Education, said: “We are seeing a challenge globally in middle school children, typically aged 11-14. At that age, children start losing their confidence in learning. The Confidence Poll data shows that most students say if they failed at something once, they don’t want to try again. With SPIKE Prime and the lessons featured in the SPIKE app, these children will be inspired to experiment with different solutions, try new things and ultimately become more confident learners. And for teachers, time is the ultimate barrier. The lesson plans, resources and models make it so easy for teachers to integrate SPIKE Prime into the classroom.”

“Our mission at LEGO Education is to inspire and develop the builders of tomorrow, enabling every student to succeed – and that’s exactly what SPIKE Prime offers,” added Jørgensen.

SPIKE Prime joins the nearly 40 years of LEGO Education’s legacy of product development by an international team of designers, dedicated educators and leading technology experts. Each SPIKE Prime set has 523 pieces which can be used to build many different creations including corresponding STEAM lesson plans that were created by and for educators to help them bring more hands-on STEAM learning into their curriculum and get students more engaged and excited about STEAM subjects.

LEGO Education and the LEGO Group have also created 11 new innovative elements for the LEGO System in Play, which will be first seen with SPIKE Prime. These new elements include an innovative integrator brick, which allows for building together with both the LEGO Technic and the LEGO system platforms, further expanding systematic creativity and the building possibilities.

The new product will be ready for purchase in all markets in August 2019. SPIKE Prime is available today for pre-order in the US at the LEGO Education website.

About LEGO Education

LEGO® Education offers hands-on, playful STEAM learning experiences based on the LEGO® system of bricks, hardware, software and content for students and their teachers in early learning, primary, and secondary education as well as through after-school programs and competitions. These solutions create an environment for active, collaborative learning where students build skills for their future, a lifelong love for learning and confidence in their ability to learn and solve problems, setting them up for lifelong success.

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Praxisorientiertes MINT-Lernen an weiterführenden Schulen – mit dem neuen Lernkonzept SPIKE™ Prime von LEGO® Education

SPIKE™ Prime ergänzt das LEGO® Education Lernkontinuum und wurde gestern zusammen mit einer neuen Studie zum Thema „Selbstvertrauen der Schüler aufbauen“ vorgestellt

BILLUND, Dänemark, 3. April 2019 – LEGO® Education stellte gestern SPIKE™ Prime vor, das neueste Lernkonzept im LEGO Education Portfolio für praxisorientiertes Lernen im MINT-Unterricht (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik). SPIKE Prime beinhaltet zahlreiche LEGO Elemente, verschiedene Sensoren und Motoren und einen programmierbaren Hub. Mit der SPIKE App, die auf der beliebten Programmiersprache Scratch basiert, kann der Hub gesteuert und so die selbstgebauten Modelle zum Leben erweckt werden. Zudem enthält die SPIKE App lehrplanbezogene Unterrichtseinheiten, die auf 45-minütige Schulstunden zugeschnitten sind. Die fertigen Einheiten machen es Lehrkräften leicht, SPIKE Prime in ihren Unterricht zu integrieren.

SPIKE Prime wurde für Schülerinnen und Schüler der 5. bis 8. Klasse entwickelt, unabhängig von deren individuellem Lernstand. Durch einen intuitiven, physischen, digitalen und kreativen Ansatz sollen Schüler motiviert werden, technologisch-basiertes Lernen in MINT-Fächern mit Selbstvertrauen anzugehen. Laut der Ergebnisse des aktuellen Confidence Reports, in dem das Thema Selbstvertrauen beim Lernen thematisiert wird, fördert praxisorientiertes Lernen von MINT-Themen das Selbstvertrauen von Schülern. Die internationale Umfrage wurde von dem Marktforschungsinstitut Harris Insights & Analytics durchgeführt und zeitgleich zum Produktlaunch veröffentlicht. Gemäß der Umfrage sagen 87 Prozent der Schüler, dass sie Themen eher lernen und sich besser merken können, wenn das Lernen praxisnahe Projekte einschließt. Auch 93 Prozent der Eltern geben an, dass praxisorientiertes Lernen Kindern hilft, das erlernte Wissen besser zu speichern. Lehrkräften ist die Relevanz interaktiver Lernmethoden bewusst, aber nur 40 Prozent geben an, dass ihre Schüler während des Schultages häufig oder immer Zeit für praxisnahe Übungen haben.

Lehrkräfte und Eltern sind sich einig, dass praxisorientierte Projekte und Gruppenarbeiten insbesondere im MINT-Bereich der beste Weg sind, um das Selbstvertrauen der Schüler zu stärken. Die Umfrage hat gezeigt, dass Schüler, die im MINT-Unterricht Selbstvertrauen zeigen, auch beim Erlernen neuer Themen selbstsicherer sind. Alle Lernkonzepte von LEGO Education wurden mit dem Ziel entwickelt, Schülern praxisnahe Unterrichtseinheiten zu bieten und sie dabei zu kritischem und kreativem Denken, zum Problemlösen und zur Zusammenarbeit anzuregen.

Um das Selbstvertrauen der Schüler zu stärken und Lehrkräfte bei der Integration praxisnaher Lernmethoden in ihren Unterricht zu unterstützen, bietet LEGO Education ein Toolkit sowie weltweite Fortbildungen für seine Lernkonzepte, einschließlich SPIKE Prime, an.

„Weltweit stehen Schüler in der 5. bis 8. Klasse vor einer Herausforderung: In diesem Alter verlieren sie häufig das Selbstvertrauen beim Lernen. Laut Umfrageergebnissen zum Thema Selbstvertrauen geben die meisten Schüler an, dass sie keinen erneuten Versuch machen möchten, wenn sie einmal versagt haben. Mit SPIKE Prime und den Lerneinheiten in der SPIKE App werden Kinder motiviert, neue Dinge auszuprobieren und solange zu experimentieren, bis sie die beste Lösung gefunden haben. Dadurch gewinnen sie Selbstvertrauen in ihre eigenen Fähigkeiten. Für Lehrer hingegen ist der Zeitaspekt eine große Hürde. Einfache Erste-Schritte-Übungen und die fertigen Unterrichtseinheiten ermöglichen es Lehrkräften, SPIKE Prime ohne große Vorbereitungszeit in ihren Unterricht zu integrieren“, sagt Esben Stærk Jørgensen, Präsident von LEGO Education.

„Unsere Mission bei LEGO Education ist es, die Entwickler, Ingenieure und Techniker von Morgen zu motivieren und auszubilden. SPIKE Prime unterstützt Schüler dabei, Erfolge zu erzielen“, ergänzt Jørgensen.

SPIKE Prime und die zugehörigen Lerneinheiten wurden in Zusammenarbeit mit Bildungsexperten und Pädagogen entwickelt – wie auch alle anderen Lernkonzepte in der fast 40-jährigen Erfolgsgeschichte von LEGO Education. So lässt sich praxisnahes Lernen in den Unterricht integrieren und hilft, Schüler stärker zu motivieren und sie für MINT-Themen zu begeistern.

LEGO Education und die LEGO Group haben zudem elf neue Elemente für das „LEGO System in Play“ kreiert, die zum ersten Mal mit SPIKE Prime vorgestellt werden. Zu diesen neuen Elementen gehört ein innovativer Baustein, der das Kombinieren der bekannten LEGO Bausteine mit den LEGO Technic Elementen noch einfacher macht und so grenzenlose Möglichkeiten für kreatives Bauen bietet.

SPIKE Prime wird im August 2019 in allen Märkten erhältlich sein.

Über LEGO Education

LEGO® Education bietet eine fortlaufende Reihe an praxisorientierten MINT-Lernkonzepten an – vom Kindergarten über die Grundschule bis hin zu den weiterführenden Schulen. Alle Lernkonzepte sind auf die jeweiligen Bildungs- bzw. Lehrpläne abgestimmt und individuell anpassbar, damit sie von Kindern jeden Alters unabhängig vom Lernfortschritt genutzt werden können. Die Lernkonzepte von LEGO Education fördern nicht nur die Kreativität, die Zusammenarbeit und das kritische Denken. Sie stärken das Selbstvertrauen und bereiten Kinder spielerisch auf ihre berufliche Zukunft vor.

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