Physical computing/Inleiding

Physical computing: op de grens van de fysieke en de virtuele wereld

Physical computing gaat over het meten en sturen met kleine computers, microcontrollers, zoals je die bijvoorbeeld vindt in een Arduino, micro:bit of Raspberry Pi. Steeds meer dingen en apparaten in onze omgeving, van lampen en thermostaten tot auto's en hele gebouwen, worden als "slimme dingen" bestuurd door dergelijke microcontrollers.

Met kennis van Physical computing kun je meten en sturen in de fysieke wereld, bijvoorbeeld voor natuurkundige of biologische experimenten. Maar je kunt er ook allerlei leuke interactieve en creatieve dingen mee maken. En voor je eigen omgeving kun je allerlei nuttige toepassingen bedenken. Je kunt al snel aan de slag met micro:bits, Arduino's of Raspberry Pi's, maar de mogelijkheden zijn eindeloos.

Physical computing speelt zich af op het grensvlak van de fysieke wereld, van materie en energie, en de virtuele wereld, van informatie. Voor het omzetten van verschijnselen in de fysieke wereld naar informatie gebruik je sensoren. Met behulp van actuatoren zet je informatie om in een fysiek verschijnsel, bijvoorbeeld beweging of geluid.

Physical computing vormt ook de basis van het "Internet of Things". De microcontrollers voor het meten en sturen hebben steeds vaker een internetverbinding om ze te koppelen aan toepassingen en diensten "in the cloud". Er is dan niet alleen meer sprake van "slimme apparaten", maar steeds meer van "slimme oplossingen".

Onderdelen

Sensoren, actuatoren, controller, communicatie

Een physical computing systeem bestaat gewoonlijk uit de volgende onderdelen:

• sensoren
• controller
• communicatie
• actuatoren

Het physical computing systeem vormt een verbinding tussen de fysieke wereld en de wereld van informatie.

• Physical computing/Sensoren en actuatoren

Interfaces

De sensoren, actuatoren en communicatie-componenten worden via verschillende soorten aansluitingen (interfaces) aangesloten op de controller.

De belangrijkste interfaces zijn:

• digitaal-in
• digitaal-uit
• analoog-in
• PWM-uit
• I2C
• SPI
• bit-serieel (digitale LEDs; one-wire; e.d.)
• serieel (asynchroon: UART)

Signalen en events

De besturingssoftware verwerkt de signalen en events van de sensoren, en zet deze om in signalen en acties voor de besturing van de actuatoren.

Voorbeelden (microbit):

invoer-signalen	events	acties	uitvoer-signalen
temperatuursensor	schudden	tonen display-figuur	toon
versnellingsmeter	microbit rechtop	geluid afspelen	geluid

Signaal

Een signaal heeft op elk moment een waarde. De actuele waarde van een signaal lees je met de bijberende functie (blokje).

Bijvoorbeeld (microbit)

Makecode blocks	microPython
	microbit.temperature()

Events

Een event vindt plaats op een bepaald moment; een event heeft geen duur (is "ondeelbaar").

Voor het koppelen van een event aan een actie gebruik je in de microbit een blok van de vorm "wanneer..." (Engels: "on..."). Dit is een zelfstandig blok waar je de bijbehorende actie invoegt.

Voorbeelden:

Makecode blocks	microPython
	microbit.button_A.was_pressed()
	microbit.accelerometer.was_gesture("shake")

In microbit-microPython gebruik je hiervoor een andere aanpak:

• voor elke event is er een functie om op te vragen of deze event opgetreden is;
• in de event-loop ga je voor elke relevante event na of deze opgetreden is, en roep je in dat geval de bijbehorende event-handoer functie aan.

while True:
    if microbit.button_a.was_pressed(): 
        action_A()
    elif microbit.button_b.was_pressed():
        action_B()
    elif microbit.accelerometer.was_gesture("shake"):
        action_shake()
    elif ...