Pixelnetz

 
Pixelnetz in der Jubiläumsnacht (Foto: Eva Marinus)

Worum geht es?

Im grossen Fenster des 2. Stocks der Pädagogischen Hochschule Schwyz hängt ein LED-Netz, welches das gesamte Fenster von 7m x 3m ausfüllt. Es handelt sich um 140 x 60 einzeln steuerbare LEDs im Abstand von je 5cm, die als eine Art grosser Bildschirm verwendet werden können.

Warum machen wir das?

• 20 Jahre-Jubiläum der PHSZ: Am 27.09.2024 feiert die PHSZ ihr 20-jähriges Bestehen mit einem Tag der Abteilung Forschung & Entwicklung. Das Pixelnetz ist ein Projekt des Instituts für Medien und Schule im Bereich der Informatikdidaktik.

• Signaletik-Element der PHSZ: Das Pixelnetz könnte künftig dazu genutzt werden, zu besonderen Anlässen Besucherinnen und Besucher mit einer Botschaft zu begrüssen oder zu Interaktionen mit dem Pixelnetz einzuladen.

• Projektidee für den Informatikunterricht: Das Projekt wurde absichtlich so geplant und umgesetzt, dass es von den finanziellen und zeitlichen Aufwendungen auch im Freifach Informatik einer Sekundarschule umsetzbar ist. Es soll ein motivierendes Informatikprojekt sein, mit dem sich auch gewisse Grundprinzipien der Informatik erklären bzw. verstehen lassen. (Für die Primarschule ist eine reduzierte Version denkbar, bei welcher die Schülerinnen und Schüler primär die Scratch-Programme entwickeln, die danach das Pixelnetz steuern).

Was kann man damit machen?

• Bilder und Animationen anzeigen: ...

• Scratch-Programme anzeigen: Es ist möglich, die Bühne eines Scratch-Programmes (Auflösung 480 x 360) herunterzurechnen auf 140 x 60 und auf dem Pixelnetz anzuzeigen.

• Interaktionen mit der Umgebung integrieren: Scratch erlaubt es u.a. auf Bewegungen zu reagieren, die eine an den Computer angeschlossene Kamera erfasst. Damit wird es möglich, auf Aktivitäten in der Umgebung zu reagieren. So kann ein Scratch-Programm z.B. auf Personen im Blickfeld der Kamera reagieren - es ist auch möglich, einfache Computerspiele durch Bewegungen vor der Kamera zu steuern).

Wie viel Strom braucht das?

Die LEDs können sehr hell leuchten und brauchen dann auch recht Strom. Wenn alle LEDs 100% weiss leuchten, dann benötigt das Pixelnetz 840 Watt. Unsere ersten Praxistest haben aber gezeigt, dass abends die LEDS auf deutlich wenige als 100% eingestellt werden können. Da zudem üblicherweise nicht alle LEDS leuchten, dürfte der tatsächliche Stromverbrauch deutlich unter den maximal möglichen 840 Watt liegen.

Wir haben nun eine WLAN-Schaltsteckdose vor die Netzteile des Pixelnetzes gesteckt, das uns einerseits erlaubt, die Stromzufuhr aus der Ferne (und vor allem automatisiert) ein- und auszuschalten. Gleichzeitig lässt sich mit diesem Zwischenstecker auch ungefähr der Stromverbrauch messen:

(Man sieht, dass der Zwischenstecker schlecht kalibriert ist, da er statt den zu erwartenden 220V deutlich mehr misst.)

• Im Leerlauf scheint das Pixelnetz ca. 30-40 Watt zu verbrauchen (nicht wenig...)
• Bei der Anzeige des PHSZ-Logos verbraucht das Netz ca. 250 Watt.
• Bei der Anzeige eines violetten Psssst! sind es etwa 150 Watt.

Das Abschalten des Netzes zu Zeiten, in denen es nicht benötigt wird, lohnt sich somit deutlich.

Was kostet das?

In unserer Ausführung (3m x 7m bei einer Netzdichte von 5cm) hat das Material ca. CHF 1500.- gekostet:

• 7 Bahnen 1m x 3m à CHF 165.- = CHF 1155.-
• 7 Netzteile à CHF 35.- = CHF 245.-
• Kleinmaterial...

Wie funktioniert das hardware-technisch?

Detailliertere Infos folgen...

Wie funktioniert das software-technisch?

Auf einem Computer (z.B. einem Raspberry Pi läuft ein Python-Programm, das in einer Endlosschleufe einen Ausschnitt des Bildschirms nimmt, auf die Auflösung des Pixelnetzes (hier: 140 x 60 Pixel) herunterrechnet und dann als Bitfolge an das Pixelnetz ausgibt.

Was wurde konkret am Jubiläum dargestellt?

Für das Jubiläum haben wir ein Scratch-Programm erstellt, das verschiedene Animationen erlaubt:

1. Stellt das Logo in verschiedenen Farben dar
2. Zählt auf 20 und zeigt dann das drehende Logo der PHSZ

• c stellt die Kamera ein, die dann dem Vorplatz Bewegungen erkennt (geht aber nicht hier im Browser)
• d stellt die Kamera wieder ab.
• e macht das Kamerabild sichtbar (wieder abschalten mit c)

https://scratch.mit.edu/projects/1073687610/editor/

Scratch-Prozeduren

Hier die konkreten Scratch-Prozeduren, die wir am Jubiläumsanlass verwendet haben: