13 tolle Raspberry Pi Projekte für Kinder und Jugendliche

Durch den Raspberry Pi ist der Einstieg in die Welt der Mikrokontroller spielend einfach geworden. Insbesondere Raspberry Pi Projekte für Kinder und Jugendliche bieten gute Lernmöglichkeiten und ein größeres Verständnis für (hardware-nahe) Programmierung. Und darüber hinaus machen solche Projekte nicht nur Erwachsenen, sondern eben auch Kids großen Spaß.

In diesem Artikel gibt es eine Übersicht an 13 tollen Projekten für Kinder, die sich perfekt für den Einstieg eignen.

 

Raspberry Pi Projekte für Kinder und Jugendliche – Übersicht

Die nachfolgenden Projekte bieten Kindern jeweils eine andere Erkenntnis zur Hardware und gibt einen Überblick über die Programmierung von bspw. Sensoren. Der Artikel ist in folgende Teile aufgeteilt, wovon alle entweder einzeln oder in Verbindung miteinander nachgebaut werden können.

Da vor allem Kinder bzw. Jugendliche oft wenig oder gar keine Erfahrung im Programmieren haben, sind die Tutorials möglichst einfach gehalten, wobei Grundlagen erklärt werden:

  1. Python Programmierung lernen – für Kinder verständlich erklärt
  2. Hardware Pins schalten – Was sind „GPIOs“?
  3. Ampelschaltung – gesammeltes Wissen praktisch anwenden
  4. Temperaturen messen und digital anzeigen
  5. Xbox Controller – Nicht nur zum zocken zu gebrauchen
  6. Pong & Snake selber programmieren
  7. Roboterarm aufbauen & steuern
  8. Alarmanlage – Bewegungssensor, Kamera und Co. nutzen
  9. Eigene Website erstellen und auf einem Raspberry Pi betreiben
  10. Exkurs: Andere Mikrocontroller
  11. Selbstfahrenden Roboter bauen – Spannendes Projekt für Kinder
  12. Abstände im Haus messen und Auswerten – per Ultraschall und Infrarot
  13. Raspberry Pi Küchenwaage

Ich würde mich über einen Kommentar freuen, was ggf. dieser Liste noch fehlt, bzw. welche Projekte (dir) beim Einstieg besonders geholfen haben.

 

Optimale Hardware um Projekte für Kids zu starten

Raspberry Pi für Kids Buch

„Raspberry Pi für Kids“ Buch

Obwohl jedes Tutorial eigene Komponenten verlangt, gibt es einige sehr nützliche bzw. quasi unentbehrliche Hardware, die vorhanden sein sollte. Darüber hinaus gibt es das Buch „Raspberry Pi für Kids“ (mitp Verlag, siehe rechts), in dem sehr viele kleine Raspberry Pi Projekte für Kinder und Jugendliche illustriert dargestellt sind.

Wer auf der Suche nach weiteren Komponenten ist, findet hier eine Übersicht an über 50 Sensoren inkl. zugehöriger Tutorials.

Für Eltern, die ihren Kindern einen Raspberry Pi schenken wollen, eignen sich diese Starterkits hervorragend:

Der Einstieg ist denkbar einfach. Nachdem die SD Karte bespielt wurde und Maus, Tastatur und Bildschirm angeschlossen wurden, kann es bereits los gehen.

Python Programmierung lernen – für Kinder verständlich erklärt

Der Trend der Digitalisierung ist nicht zu stoppen. Daher ist es umso wichtiger, dass Kinder und Jugendliche möglichst früh mit der Technik in Verbindung kommen. Dazu gehört nicht nur das Benutzen eines Smartphones oder Tablets, sondern eben auch das Verständnis, wie die Dinge funktionieren.

Dazu und um ein generelles Interesse zu wecken, eignet sich die Programmierung hervorragend: Mittels kleinen Schritten ist das Erfolgerlebnis hoch und das Verständnis für komplizierte Aufgaben nimmt schrittweise zu!

Eine sehr geeignete Programmiersprache für den Einstieg ist Python. Hierbei muss nicht viel kompiliert werden und auch keine komplizierte Konfiguration erstellt werden – es kann sofort losgehen! Den Einstieg in die Python Programmierung findest du hier:

Programmieren lernen am Raspberry Pi – Teil 1: Einführung

Darüber hinaus sind mit Python auch Projekte mit Scratch einfach umzusetzen, wie im Buch genauer beschrieben wurde.

 

Hardware Pins schalten – Was sind „GPIOs“?

Raspberry Pi GPIO PWM Programmieren Lernen Interrupt LEDAbgesehen von der reinen Programmierung (die auch mittels eines normalen PCs gelernt werden kann), hat der Raspberry Pi den großen Vorteil der „GPIOs“. Diese „general purpose input/output“ Pins sind ebenfalls über verschiedene Programmiersprachen anzusprechen und zu programmieren. Hier rückt die Programmierung der Hardware in den Vordergrund:

Raspberry Pi GPIO Erklärung für Beginner + Programmierung

Mittels der GPIOs können anschließend LEDs, Taster und viele Sensoren angesprochen und ausgelesen werden. Und was motiviert mehr, als wenn man sieht wie das eigene Programm wirklich etwas tut? Danach sind was Projektideen angeht keine Grenzen gesetzt!

 

Ampelschaltung – gesammeltes Wissen praktisch anwenden

Raspberry Pi Kids Projekt

Verschiedene Phasen einer Ampel.

Nachdem das generelle Wissen zu GPIOs aufgebaut und bereits erfolgreich angewandt wurde, möchten wir uns größeren Projekten widmen. Ein schönes und praxisnahes Beispiel ist hierbei die Ampelschaltung.

Dadurch, dass eine Ampel mehrere Zustände hat, müssen die GPIOs auch entsprechend angewiesen werden. Zunächst haben wir drei LEDs (rot, gelb, grün), die von jeweils einem Pin gesteuert werden.

Die Erweiterung der einfachen Ampelschaltung stellt dann die zusätzliche Fußgängerampel dar: Bei Knopfdruck (Schalter) wird die Auto-Ampel rot und kurz danach die Fußgängerampel grün. Hierbei gibt es wieder verschiedene Phasen, die wir alle modellieren und somit ein erster Eindruck von echten Anwendungen entsteht.

 

Temperaturen messen und digital anzeigen

Ein beliebtes Projekt und ebenfalls sehr gut für den Einstieg geeignet ist die Temperaturmessung: Hierbei gibt es mehrere Möglichkeiten und Sensoren. Die erste Möglichkeit umfasst einen sehr einfachen und günstigen Sensor, den DS18B20. Dieser Sensor kann mittels eines einzigen Pins ausgelesen werden und gibt Temperaturwerte zurück:

Raspberry Pi Temperatursensor (1-Wire): Temperatur messen

Diesen Sensor gibt es in der normalen Variante, als auch in der wasserdichten Version, die z.B: benutzt werden kann, um die Hitze des Wasserkochers festzustellen.
Eine weitere Möglichkeit bieten die Sensoren der DHT-Reihe. Diese haben den Vorteil, dass neben der Temperatur auch die Luftfeuchtigkeit gemessen und abgefragt werden kann. Hierfür gibt es ebenfalls kleine Python Pakete, die genutzt werden können:

Raspberry Pi: Luftfeuchtigkeit und Temperatur messen

Wetterstation Projekt – realisierbar mit dem Raspberry Pi, ein paar Sensoren und einem Display.

Das ganze können wir weiterhin auch dazu nutzen, um eine eigene Wetterstation zu bauen. Hierbei können wir weitere Sensoren, wie für Luftdruck, Luftfeuchte, usw. nutzen.

Darüber hinaus können wir die Anzeige der Daten auf Liquid Cristal Displays (LCD) projizieren: Die Verbindung dieser Displays ist ebenfalls nicht besonders schwierig und macht und unabhängiger von der Kommandozeile.

 

 

Raspberry Pi Projekte für Kinder: Xbox Controller

Raspberry Pi Xbox 360 Wireless Controller

Spielekonsolen sind inzwischen in fast allen Haushalten vorhanden, doch häufig wird nicht über weitere Einsatzmöglichkeiten nachgedacht. Ein solcher Xbox 360 Controller kann bspw. nicht nur zum Spielen, sondern auch zum Steuern von anderen Geräten (z.B. dem Raspberry Pi oder einem Roboter Arm) genutzt werden.

Dazu wollen wir einen solchen kabellosen Controller zunächst einmal mit dem Raspberry Pi verbinden und anschließend LEDs und sogar angeschlossene Servo-Motoren per Python steuern. Wie dies geht ist in diesem Tutorial beschrieben:

Raspberry Pi mittels Xbox 360 Controller steuern

Hier findest du außerdem einen kleinen Vorgeschmack auf die Verwendungsmöglichkeiten:

 

Pong & Snake auf LED Matrizen selber programmieren

Snake mit einem Joystick gegen den PC spielen

Zwei unbestrittene einfache Spiele-Klassiker sind Pong und Snake. Diese sind im Grunde sogar so einfach gestaltet, dass man diese selbst mit wenig Aufwand nachbauen kann. Da es sich jedoch um grafische Spiele handelt, benötigen wir ein Display – in diesem Fall wollen wir ein Oldschool Pixeldisplay. Genauer gesagt handelt es sich dabei um eine LED Matrix.

Diese gibt es als Bausätze und jede einzelne LED kann als Pixel gesteuert werden. Zusammengesetzt ergeben sich so Displays, auf denen auch Grafiken angezeigt werden können. In diesem Beispiel aber wollen wir zwei kleine Spiele dafür programmieren:

 

Roboterarm aufbauen & steuern

Raspberry Pi Robot Arm 6DOFIn Fertigungsanlagen in der Industrie werden sie massenweise eingesetzt – die Roboterarme. Zwar nicht in diesem Ausmaß, aber im kleinen Maßstab kann man einen solchen Roboterarm auch selber bauen. Dazu gibt es Startersets mit allen Teilen und Schrauben, sowie den passenden Servomotoren. Die allermeisten dieser Kits verfügen ebenfalls über einen Greifarm, sodass auch einfach Objekte bewegt werden können.

Nach dem Aufbau, der hier bebildert gezeigt wird, kann man den Roboterarm bereits nutzen! Darüber hinaus gibt es noch weitere, fortgeschrittene Projekte mit solch einem Roboterarm: Zunächst einmal ist die Steuerung über einen Controller (wie z.B. mit dem Xbox Controller) möglich. Dabei werden die unterschiedlichen Motoren mit den Joysticks geregelt, wodurch der Arm gelenkt werden kann.

Ein weiteres Projekt ist die Verwendung über eine Bildverarbeitung. Hierbei muss jedoch gesagt werden, dass dies etwas umfangreicher ist und mehr Vorwissen vorhanden sein sollte. Einen guten Start dazu bietet OpenCV, eine Computer Vision Software, womit z.B. Details in Bildern programmatisch erkannt werden können.

 

 

Alarmanlage – Bewegungssensor, Kamera und Co. nutzen

Raspberry Pi Überwachungskamera LivestreamDurch die Verbindung vieler unterschiedlicher Komponenten bringt eine selbstgebaute Alarmanlage einen sehr großen Lerneffekt mit sich. Hierbei kann das System unterschiedlich weit entwickelt werden. Dadurch ist es möglich verschiedene Szenarien abzudecken. Als Steuerung können entweder einfache Skripte oder weiterentwickelte Systeme wie OpenHAB dienen.

Als Start empfiehlt es sich eine einfache Schaltung mit Magnetschaltern für Fenster und Türen zu bauen. Hierbei kann man eine LED leuchten lassen, eine Mail versendet werden oder z.B. eine Benachrichtigung auf das Handy gesendet werden.

Erweitern lässt sich das System mittels eines Bewegungssensors, der z.B. beim Verlassen des Hauses aktiviert werden kann. Ebenfalls ist es hierbei möglich unterschiedliche Aktionen, wie Mailversand, Push-Benachrichtigung auf Handy, und viele weitere, folgen zu lassen.

Der Bewegungssensor kann zusätzlich mit einer Kamera kombiniert werden: Sobald aktiviert und eine Bewegung erkannt wurde, kann ein Bild aufgenommen und gespeichert oder versendet werden. Wer hingegen dauerhaft auch von außerhalb live auf seine Überwachungskamera zugreifen will und diese ggf. sogar per Knopfdruck rotieren will, kann dies anschließend über eine kleine Handyapp tun.

 

Eigene Website erstellen und auf einem Raspberry Pi betreiben

Das Internet gehört seit langem zum Alltag und dementsprechend gibt es auch so ziemlich alle Informationen im Netz. Täglich sprießen neue Webseiten hervor, ob kommerziell oder privat. Was man auf einer Website für Inhalte bereit stellt, ist einem selbst überlassen.
Allerdings bietet der Raspberry Pi auch die Möglichkeit eine eigene Homepage zu betreiben. Diese läuft, solange der Raspberry Pi angeschaltet und mit dem Internet verbunden ist. Dazu ist nicht einmal viel nötig:

Raspberry Pi FTP Server InstallationEs gibt verschiedene Möglichkeiten einen Webserver auf dem Raspberry Pi zu betreiben. Meine Empfehlung ist ein einfacher Node.JS Server. Mit Javascript und HTML können einfache Serveranwendungen und Homepages geschrieben werden. Darüber hinaus ist es auch möglich den Raspberry Pi zu steuern – so z.B. die GPIOs. Wie dies geht, habe ich in diesem Tutorial bebildert beschrieben:

Raspberry Pi Node.js Webserver installieren und GPIOs schalten

Eine andere Möglichkeit ist ein Apache2 Server inkl. MySQL, PHP und ggf. einem FTP Service, womit der Datentransfer auch sehr einfach ist.

Außerdem hat man das Problem, dass sich IP Adressen i.d.R. einmal am Tag ändern (sofern keine statische IP gebucht wurde). Nachdem der Webserver aktiv ist, kann man sich mittels der IP Adresse darauf verbinden. Da diese sich ändert, nutzen wir einen dynamischen DNS Service, wie z.B. No-IP. Dieser stellt einfach gesagt eine Subdomain zur Verfügung, die sich bei Änderung der heimischen IP Adresse, erneut auf die neue IP weiterleitet. Somit muss man nicht immer die temporäre IP Adresse kennen.
Schlussendlich müssen im heimischen Router noch entsprechende Ports (z.B. Port 80 für Webanwendungen) geöffnet werden. Dies alles wird im Tutorial beschrieben.

 

Exkurs: Andere beliebte Mikrocontroller vor und nach dem Raspberry Pi

Der Raspberry Pi ist unumstritten der beliebteste Einplatinencomputer der Welt – wenn auch nicht der erste Mikrocontroller und schon gar nicht der letzte. Seit dem rasanten Erfolg und Beliebtheit des Pi’s gibt es unzählige Nachahmer, die zwar meistens ihre Existenzberechtigung in einem bestimmtem Anwendungsgebiet haben, aber vom Support und der Größe der Community längst nicht an den Raspberry Pi herankommen.

Dennoch möchte ich zwei Mikrocontroller vorstellen, die aus dieser Reihe hervorstechen:

Raspberry Pi ArduinoVor dem Raspberry Pi war der Arduino lange Zeit die Anlaufstation für Bastler und wurde in sehr vielen Projekten verwendet. Der größte Unterschied zum Raspberry Pi ist, dass ein Arduino kein Betriebssystem oder grafische Oberfläche bietet. Ebenfalls sind viele Extras eines Raspberry Pi’s (Wlan, Soundausgabe, Netzwerkverbindung, uvm.) nur über Addons verfügbar.
Allerdings hat der Arduino ebenfalls Input-Output Pins und kann Sensoren auslesen, LEDs schalten, usw. Interessant machen ihn vor allem zwei Dinge: Im Verhältnis zu einem Pi ist ein kleiner Arduino viel günstiger (wenige Euro für China Klone). Außerdem, und das ist der Hauptgrund, kann man einen Arduino auch sehr einfach in Verbindung mit dem Raspberry Pi nutzen: Ich z.B. habe einen Arduino als Erweiterung der IO Pins genutzt.

ESP8266 Mikrocontroller Board

Der zweite Mikrocontroller, der sich ebenfalls immer größerer Beliebtheit erfreut, ist der ESP8266 NodeMCU. Dieser existiert seit ein paar Jahren und ist für wenige Euro (ebenfalls in verschiedenen Größen und Anzahl an Pins) vorhanden. Das Alleinstellungsmerkmal ist hierbei der integrierte Wlan Adapter! Da er außerdem sehr wenig Strom braucht, kann er überall im Haus platziert werden (mit Batterien/Akku) und Daten per Wifi an andere Geräte – wie den Raspberry Pi – senden. Somit kann man seine Alarmanlage erweitern oder einfach nur Daten sammeln. Die Einsatzmöglichkeiten sind hierbei quasi unbegrenzt!
Wie ein solcher ESP8266 angeschlossen und konfiguriert wird, ist in diesem Tutorial ausführlich beschrieben.

 

 

Selbstfahrenden Roboter bauen – Spannendes Projekt für Kinder

Raspberry Pi Roboter rundes FahrgestellFerngesteuerte Autos begeistern schon seit Jahren Klein und Groß – ebenso ist es mit Robotern. Mit einem kleinen Bausatz kann man einen komplett autonomen Roboter auf zwei oder vier Rädern bauen. Wahlweise kann dieser per Controller oder Fernbedienung gesteuert werden.

Damit der Roboter aber komplett alleine fährt, haben wir verschiedene Möglichkeiten. Zum einen können wir ihn einer aufgeklebten Linie folgen lassen, wie in diesem Video zu sehen ist.

Des weiteren können wir den Roboter auch auf Stimmen horchen lassen und in diese Richtung navigieren. Wer hingegen den Roboter (ähnlich zu Saugrobotern) überall im Haus herumfahren lassen will (und dabei bspw. Aufnahmen oder Abmessungen erstellt), der kann mittels Distanzerkennung einen autonomen Roboter selber bauen und ihn so Hindernissen automatisch ausweichen lassen.

Ein guter Einstieg dazu bietet dieses Tutorial, worin wir mit dem einfachen Aufbau des Roboterbausatzes beginnen:

Raspberry Pi Roboter selber bauen – Projektübersicht

 

Abstände im Haus messen und Auswerten – per Ultraschall und Infrarot

Ein Ultraschallsensor hat einen Sender und Empfänger.

Im vorherigen Roboter-Tutorial kam u.a. ein Distanzmesser per Ultraschall zum Einsatz. Dabei gibt es jedoch nicht nur die Methode per Ultraschall, sondern auch über Infrarot. Mit beiden Arten ist es möglich Distanzen zu Objekten zu messen.

Dabei funktioniert ein Ultraschallsensor wie folgt: Zunächst wird ein Signal (z.B. per Ultraschall) gesendet und anschließend die Zeit gemessen, bis das „Echo“ zurück kommt. Da die Schallgeschwindigkeit bekannt ist, können wir anhand der Zeit den Abstand berechnen.

Übrigens: Nicht nur Abstandsmesser können damit gebaut werden. Auch Lichtschranken sind ein Anwendungsgebiet. Durch dauerhaftes Messen erkennen wir, sobald der Abstand kleiner als ein festgelegter Wert ist. Danach wird ein Ereignis ausgelöst. Der Vorteil diese Methode ist, dass nur ein Sender benötigt wird.

Eine weitere Methode zum Erstellen einer Lichtschranke ist jene mit Laser. Dies eignet sich vorallen für größere Distanzen. Der Nachteil dabei ist jedoch, dass auf beiden Seiten etwas vorhanden sein muss (Laser und Empfänger).

 

Raspberry Pi Küchenwaage

Raspberry Pi Waage Wägezelle seitlich

Seitenansicht der Waage, nachdem beide Bretter montiert sind.

Welches Kind nascht nicht gerne am Kuchenteig? Darüber hinaus teilt der ein oder andere auch selbst eine Begeisterung fürs Backen – und was liegt da näher, als zwei Fliegen mit einer Klappe zu schlagen: Auch in der Küche ist einiges automatisierbar bzw. mit Elektronik nachzubauen. So auch die Raspberry Pi Küchenwaage. Mittels eines einfachen Sensors, einer Wägezelle, ein paar Schrauben und zwei Brettern ist die Waage sehr schnell gebaut. Nach dem einfachen Einstellen kann sie sehr präzise Gewichte messen und in verschiedenen Bereichen (Kuchenteig wiegen, etc.) zum Einsatz kommen.

Als Zusatz kann das Gewicht auch noch auf einem kleinen LCD angezeigt werden, wie im unteren Video zu sehen:

 

Weitere Raspberry Pi Projekte für Kids

Wie du siehst gibt es unzählige spannende und nützliche Projekte. Hier hast du eine kleine Liste an Ideen gefunden, die aber mit Sicherheit noch nicht vollständig ist. Zum Schluss möchte ich noch ein paar weitere Projektideen kurz vorstellen und würde mich auch über Kommentare zu weiteren Projekten freuen.

  • Spielend programmieren lernen mit Scratch: Durch das aneinander stecken von Modulen wird eine Logik aufgebaut – nach dem Baukastenprinzip. Dies ist ein super Einstieg in die visuelle Programmierung.
  • Pflanzen automatisch bewässern: Mit dem Raspberry Pi ist es möglich ein komplett autonomes Gewächshaus zu bauen, das je nach Notwendigkeit die Pflanzen bewässert. Lediglich das Ernten muss von Hand geschehen.
  • weitere schöne Projekte findest du im Buch Raspberry Pi für Kids.

Auch in diesem Blog findest du darüber hinaus schon sehr viele vorgefertigte Tutorials. Und falls nicht, so kannst du dir auch gerne eines wünschen 🙂

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