Challenge 0: Der Funke

Bevor ihr etwas übertragen könnt, muss jedes Gerät an eurem eigenen Rechner laufen: Die LED leuchtet in einer Farbe, die ihr in eurem Programm wählt, und der Sensor meldet, was er sieht.

Ziel: Auf jedem Gerät leuchtet die LED in einer Farbe, die euer Programm festlegt, und der Sensor gibt fortlaufend seine vier Messwerte aus. Jede Person bringt dabei ihr eigenes Gerät an ihrem eigenen Laptop zum Laufen, und am Ende schaltet ihr die LED des einen Geräts um und seht, wie sich die Zahlen des Sensors gegenüber ändern.

Neu ist hier alles: Für die meisten ist es das erste eigene Programm, und zwei Werkzeuge kommen dazu, die euch durch das ganze Projekt begleiten, das Terminal, in dem ihr Programme startet, und der KI-Assistent, mit dem ihr arbeitet. Wer dafür länger braucht, ist nicht im Rückstand; die meisten vor euch hatten auch noch nie ein Terminal gesehen.

Sechs Aufgaben, je eine Datei: Die Programme bauen aufeinander auf, und die Dateien liegen fertig in eurer Vorlage; wo darin TODO steht, fehlt euer Code.

Mehr Bausteine gibt es nicht: Alles, was ihr im Projekt programmiert, besteht aus Anweisungen nacheinander, wiederholt und unter einer Bedingung. Jede Aufgabe startet ihr einzeln, etwa mit python task_3_color_cycle.py (auf dem Mac python3).

Unten hat jede Aufgabe ihren eigenen Abschnitt mit der Aufgabenstellung, der Datei, wie sie in eurer Vorlage aussieht, ein paar Tipps zum Aufklappen und einer Musterlösung, die ihr kopieren oder als Datei herunterladen könnt. Öffnet die Lösung erst, wenn eure eigene Fassung läuft oder ihr festhängt: Eine fertige Lösung zu lesen fällt leichter, als selbst eine zu schreiben, und geübt wird nur das Schreiben.

Aufgabe 1: Licht an

Die LED soll zwei Sekunden lang rot leuchten und dann wieder ausgehen.

Datei: task_1_light_on.py; so sieht sie in eurer Vorlage aus:

# Challenge 0, task 1: Light on
#
# You learn: calling a function and handing it values.
#
# The LED should shine red for two seconds and then go off.
#
# Run it with:  python task_1_light_on.py   (on a Mac: python3)

import time

from lifi_hardware import led

# TODO: set the LED to red
#       Hint: led.set_color(red, green, blue), each value from 0 to 255

time.sleep(2)

# TODO: switch the LED off again

# Challenge 0, task 1: Light on. A sample solution.
#
# The LED shines red for two seconds and then goes off.
#
# Run it with:  python task_1_light_on.py   (on a Mac: python3)

import time

from lifi_hardware import led

led.set_color(255, 0, 0)    # red: full red, no green, no blue

time.sleep(2)

led.off()                   # the same as led.set_color(0, 0, 0)

Aufgabe 2: Blinken

Die LED soll fünfmal blinken, jeweils eine halbe Sekunde an und eine halbe Sekunde aus, ohne dass ihr dieselben Zeilen fünfmal hinschreibt.

Datei: task_2_blink.py; so sieht sie in eurer Vorlage aus:

# Challenge 0, task 2: Blink
#
# You learn: a loop, which means doing something several times without
#            writing it several times.
#
# The LED should blink five times: half a second on, half a second off.
#
# Run it with:  python task_2_blink.py   (on a Mac: python3)

import time

from lifi_hardware import led

for i in range(5):
    # TODO: LED on, wait briefly, LED off, wait briefly
    pass

# Challenge 0, task 2: Blink. A sample solution.
#
# The LED blinks five times: half a second on, half a second off.
#
# Run it with:  python task_2_blink.py   (on a Mac: python3)

import time

from lifi_hardware import led

for i in range(5):
    led.set_color(255, 255, 255)    # on, here in white
    time.sleep(0.5)
    led.off()
    time.sleep(0.5)

Aufgabe 3: Farbwechsel

Die LED soll alle Farben aus der Liste colors nacheinander zeigen, jede eine Sekunde lang. Ergänzt die Liste vorher um mindestens zwei eigene Farben.

Datei: task_3_color_cycle.py; so sieht sie in eurer Vorlage aus:

# Challenge 0, task 3: Colour cycle
#
# You learn: a list, and how to go through it with a loop.
#
# The LED should show all colours from the list one after the other, each for
# one second. Add at least two colours of your own to the list.
#
# Run it with:  python task_3_color_cycle.py   (on a Mac: python3)

import time

from lifi_hardware import led

colors = [
    (255, 0, 0),      # red
    (0, 255, 0),      # green
    (0, 0, 255),      # blue
    # TODO: add at least two colours of your own
]

for color in colors:
    # TODO: set this colour and wait one second
    #       Hint: the three numbers are together in color
    pass

# Challenge 0, task 3: Colour cycle. A sample solution.
#
# The LED shows all colours from the list one after the other, each for one
# second.
#
# Run it with:  python task_3_color_cycle.py   (on a Mac: python3)

import time

from lifi_hardware import led

colors = [
    (255, 0, 0),      # red
    (0, 255, 0),      # green
    (0, 0, 255),      # blue
    (255, 255, 0),    # yellow: red and green together
    (255, 0, 255),    # magenta: red and blue together
]

for color in colors:
    r, g, b = color             # take the three numbers apart
    led.set_color(r, g, b)
    time.sleep(1)

led.off()

Aufgabe 4: Messen

Mit jedem Druck auf die Eingabetaste nimmt das Programm einen Messwert auf und gibt seine vier Werte aus; q und die Eingabetaste beenden es. Messt in mindestens vier Lagen und ändert zwischen zwei Messungen nur eine Sache: bei Raumlicht, mit der Hand über dem Sensor, mit der Taschenlampe des Handys von weit weg und von nah. Der Wert c ist die Helligkeit; schreibt ihn für jede Lage auf, denn in Aufgabe 5 braucht ihr ihn.

Datei: task_4_measure.py; so sieht sie in eurer Vorlage aus:

# Challenge 0, task 4: Measure
#
# You learn: a function that gives something back, and how to take several
#            returned values apart.
#
# Every time you press Enter, the program takes one reading; q and Enter
# stops it. Measure in at least four situations and change only one thing
# between two readings: room light, the sensor covered with your hand, the
# torch of your phone from far away, the torch close up. Write down the
# clear value c for each situation; you need these numbers in task 5.
#
# If a value sticks at 65535, the sensor is overloaded: hold the torch
# further away.
#
# Run it with:  python task_4_measure.py   (on a Mac: python3)

from lifi_hardware import sensor

print("Enter = take a reading, q and Enter = stop")
while True:
    answer = input()
    if answer == "q":
        break
    # TODO: read the sensor, take the result apart into r, g, b, c
    #       and print the four values
    #       Hint: sensor.read() gives back four numbers at once

# Challenge 0, task 4: Measure. A sample solution.
#
# Every time you press Enter, the program takes one reading; q and Enter
# stops it.
#
# Run it with:  python task_4_measure.py   (on a Mac: python3)

from lifi_hardware import sensor

print("Enter = take a reading, q and Enter = stop")
while True:
    answer = input()
    if answer == "q":
        break
    r, g, b, c = sensor.read()      # four numbers come back at once
    print("r =", r, " g =", g, " b =", b, " c =", c)

Aufgabe 5: Reagieren

Das Programm misst fortlaufend: Ist es hell, leuchtet die LED grün, ist es dunkel, leuchtet sie rot. Es ist euer erstes Programm, das eine Entscheidung trifft, und es läuft, bis ihr es mit Strg+C beendet.

Datei: task_5_react.py; so sieht sie in eurer Vorlage aus:

# Challenge 0, task 5: React
#
# You learn: a condition, which means doing something different depending on
#            the situation.
#
# The program measures all the time. When it is bright, the LED shines green.
# When it is dark, it shines red. Find the right threshold yourself: put it
# between the clear value with the sensor covered and the one with the torch
# from your notes of task 4.
#
# This is your first program that makes a decision. It keeps running until
# you stop it with Ctrl+C.
#
# Run it with:  python task_5_react.py   (on a Mac: python3)

import time

from lifi_hardware import led, sensor

threshold = 0   # TODO: a value between "covered" and "torch" from task 4

print("Stop with Ctrl+C")
while True:
    r, g, b, c = sensor.read()

    # TODO: if c is greater than threshold, LED green, otherwise red

    time.sleep(0.2)

# Challenge 0, task 5: React. A sample solution.
#
# The program measures all the time. When it is bright, the LED shines green.
# When it is dark, it shines red. Stop it with Ctrl+C.
#
# Run it with:  python task_5_react.py   (on a Mac: python3)

import time

from lifi_hardware import led, sensor

# Your own number goes here. Take it from your notes of task 4: somewhere
# between the clear value with the sensor covered and the one with the torch.
# 2000 is only an example and will not fit every room.
threshold = 2000

print("Stop with Ctrl+C")
while True:
    r, g, b, c = sensor.read()

    if c > threshold:
        led.set_color(0, 255, 0)    # bright: green
    else:
        led.set_color(255, 0, 0)    # dark: red

    time.sleep(0.2)

Aufgabe 6: Der Mensch als Empfänger

Euer Programm sendet eine zufällige Folge von Farben, und eine Person schreibt sie auf, ohne auf den Bildschirm zu schauen; danach vergleicht ihr. Beim ersten Mal klappt das mühelos. Interessant wird es, wenn ihr jedes Mal genau eine Sache ändert: schneller senden, mehr Farben verwenden, den Start nicht ankündigen, dieselbe Farbe zweimal hintereinander senden. Schreibt auf, woran es jedes Mal gescheitert ist. Diese Liste ist ziemlich genau die Liste der Probleme, die euer Programm in den nächsten Challenges lösen muss, und ihr habt sie selbst gefunden.

Datei: task_6_human_receiver.py; so sieht sie in eurer Vorlage aus:

# Challenge 0, task 6: The human as receiver
#
# You learn: what a receiver actually has to manage.
#
# The program sends a random sequence of colours. One of you watches and
# writes it down without looking at the screen. Afterwards you compare.
#
# Try it several times and change exactly one thing each time:
#   - send faster
#   - use more colours
#   - do not announce when it starts
#   - send the same colour twice in a row
#
# Write down what made it fail each time. This list is exactly the list of
# problems your program has to solve in the coming weeks.
#
# Run it with:  python task_6_human_receiver.py   (on a Mac: python3)

import random
import time

from lifi_hardware import led

colors = {
    "red":   (255, 0, 0),
    "green": (0, 255, 0),
    "blue":  (0, 0, 255),
    "white": (255, 255, 255),
}

names = list(colors.keys())
sequence = [random.choice(names) for _ in range(10)]

input("Receiver ready? Do not look at the screen. Press Enter. ")

for name in sequence:
    led.set_color(*colors[name])
    time.sleep(1.5)          # TODO: make this shorter and see when it breaks
    led.set_color(0, 0, 0)
    time.sleep(0.5)

print()
print("What was sent:")
print("  " + ", ".join(sequence))
print()
print("Compare this with what was written down.")

# Challenge 0, task 6: The human as receiver. A sample solution.
#
# The program sends a random sequence of colours. One of you watches and
# writes it down without looking at the screen. Afterwards you compare.
#
# The task has no single right answer: the point is to change one thing at a
# time and see when the human receiver fails. This version puts the things
# you can change at the top, so that each experiment is one changed number.
#
# Run it with:  python task_6_human_receiver.py   (on a Mac: python3)

import random
import time

from lifi_hardware import led

# What you change between two attempts, one thing at a time
ON_TIME = 1.5        # seconds a colour stays on; try 0.5, then 0.2
OFF_TIME = 0.5       # dark pause between two colours; try 0, then two equal colours meet
LENGTH = 10          # how many colours are sent
ANNOUNCE = True      # False: the sequence starts without warning

colors = {
    "red":   (255, 0, 0),
    "green": (0, 255, 0),
    "blue":  (0, 0, 255),
    "white": (255, 255, 255),
    # more colours make it harder, for example:
    # "yellow":  (255, 255, 0),
    # "magenta": (255, 0, 255),
}

names = list(colors.keys())
sequence = [random.choice(names) for _ in range(LENGTH)]

input("Receiver ready? Do not look at the screen. Press Enter. ")

if ANNOUNCE:
    print("Starting in 3 seconds ...")
time.sleep(3)

for name in sequence:
    r, g, b = colors[name]
    led.set_color(r, g, b)
    time.sleep(ON_TIME)
    led.off()
    time.sleep(OFF_TIME)

print()
print("What was sent:")
print("  " + ", ".join(sequence))
print()
print("Compare this with what was written down.")