Calliope Mini 3: Ein großes Update für den kleinen Rechner
Kalliope, Tochter von Zeus und Mnemosyne, ist die Muse der epischen Dichtung, der Wissenschaft, der Philosophie und des Saitenspiels. Häufig wird sie mit einer Schreibtafel dargestellt. Eine moderne Version von ihr würde vermutlich ein Tablet bevorzugen, zumal sie als Namensgeberin für den Calliope Mini(öffnet im neuen Fenster) ausgewählt wurde. Das ist ein Einplatinencomputer für den Bildungsbereich, basierend auf den von der BBC entwickelten Micro Bit(öffnet im neuen Fenster) .
Der Calliope Mini soll insbesondere jüngeren Schülerinnen und Schülern einen spaßigen und kreativen Einstieg in die Welt der Computer und der Programmierung ermöglichen. Die Idee ist nicht neu: Raspberry Pi, Arduino und Micro Bit sind erfolgreiche Projekte für den Bildungsbereich und weit verbreitet; sie bieten eine große Auswahl an Hardware, Software, Literatur und Beispielprojekten.
Dazu kommen ständig neue Projekte wie die Oxocard Connect . Das Besondere am Calliope Mini ist, dass damit auch jüngere Schülerinnen und Schüler ab acht Jahren angesprochen werden sollen.
Golem.de hat schon mehrfach über das Board und das Projekt geschrieben, findet Calliope sehr sympathisch, hat aber auch Kritikpunkte: Technisch ist Board nur ein micro:bit-Klon mit kleinen Erweiterungen, es gibt relativ wenig Beispielprojekte und der Preis des in Deutschland hergestellten Boards ist relativ hoch.
Vor kurzem ist nun die neueste Hardware-Version erschienen, der Calliope Mini 3. Hat das Projekt Fortschritte gemacht?
Die neue Hardware
Was den Grundaufbau betrifft, hat Calliope zur aktuellen Version des Micro Bit aufgeschlossen. Das Rechnen übernimmt jetzt ein Nordic nRF52833 mit 64 MHz ARM Cortex-M4 und Gleitkommaeinheit (Floating Point Unit, kurz FPU), 128 kByte RAM, 512 kByte Flash und Bluetooth-Low-Energy-5.4-Funktionen. Das ist eine deutliche Steigerung zum bisher genutzten nRF51822 (16MHz ARM Cortex-M0, 32 kByte RAM, 256 kByte Flash).
Wie der Micro Bit hat der Calliope Mini zusätzlich auf dem Board zwei Taster, das charakteristische 5x5-LED-Display, einen Beschleunigungssensor/Magnetometer (STM LSM303AGR), ein MEMS-Mikrofon und einen Piezo-Lautsprecher. Die Temperatur kann über den internen Temperatursensor des Prozessors gelesen werden, über die LED-Matrix kann grob die Helligkeit ermittelt werden.
Eine Besonderheit sind die RGB-LEDs und der Motortreiber. Beide Erweiterungen sind aufgewertet worden: Statt einer RGB-LED sind nun drei auf dem Board, statt einer H-Brücke(öffnet im neuen Fenster) des bisher benutzten Motortreibers TI DRV8837 wird ein TI DRV8835 mit zwei H-Brücken verbaut.
Damit können jetzt einfache Robotik-Anwendungen komplett mit dem Calliope Mini realisiert werden, ohne dass zusätzliche Motortreiber gekauft werden müssen. Desweiteren gibt es einen Touch-Sensor auf der Rückseite des Boards.
Der 128-MByte-Flash-Speicher entfällt, er konnte nur zum Speichern mehrerer Anwendungen genutzt werden. Eine sinnvolle Entscheidung, denn der Calliope Mini dient eher zum Experimentieren und Ausprobieren; neue Programme können schnell über die USB-Schnittstelle auf das Board geladen werden.
Vorbildliche Vielfalt bei den Anschlüssen
Durch die üppige Bestückung des Boards kann man mit dem Calliope Mini schon solo viel machen. Richtig interessant wird ein Mikrocontroller aber erst mit zusätzlichen Sensoren oder Aktoren, deswegen sind die vorhandenen Anschlüsse wichtig. Was der Calliope Mini hier bietet, ist schlicht erstklassig.
Das beginnt mit der netten sternähnlichen Form und den insgesamt sechs großen Anschlüssen: zwei für die Stromversorgung, 4 GPIO-Pins. Diese Pins können mit Laborsteckern oder Krokodilklemmen genutzt werden, oder es wird ein Drahtende umwickelt. Die Pins sind leicht erreichbar und hinreichend voneinander und von den anderen Anschlüssen entfernt, so dass Kurzschlüsse und andere Fehler vermieden werden.
Außerdem gibt es wie bisher zwei Grove-Steckverbinder: einen mit I2C und einen weiteren mit seriellem Bus beziehungsweise Analog-Inputs. Mit diesen Steckern lassen sich nicht nur die vielen Grove-Komponenten von Seeedstudio(öffnet im neuen Fenster) verbinden, sondern auch über Adapterkabel viele Qwiic-Komponenten von Sparkfun(öffnet im neuen Fenster) und Stemma-Komponenten von Adafruit. Die Auswahl der Komponenten ist riesig und es gibt zahlreiche Erweiterungen für Makecode, um Grove-Komponenten nutzen zu können.
Ein weiterer Vorteil von Grove sind die farbenfrohen Wrapper, mit denen sich Grove-Komponenten auf Lego Boards stecken lassen. Neu beim Mini 3 sind die beiden Jacdac-Anschlüsse. Jacdac ist ein neues und noch nicht verbreitetes System, das von Microsoft entwickelt wurde. Zu den Vorteilen gehören:
- einfache und verpolungssichere Anschlüsse
- Die Komponenten können in Reihe angeschlossen werden.
- Services wie Temperaturmessen sind vordefiniert. Durch die normierten Services müssen keine Software-Erweiterungen entwickelt werden. In Makecode stehen alle Services bereit und der entsprechende Code wird automatisch generiert
- Die Komponenten können per WebUSB vom Host-Rechner live kontrolliert werden. Ist die Calliope an den PC angeschlossen und Makecode mit dem Board verbunden, wird zum Beispiel ein per Jacdac verbundener Temperatursensor von Makecode erkannt und die Temperatur wird live angezeigt.
Aktuell gibt es nur wenige Komponenten mit Jacdac-Anschluss. Kittenbot bietet zwei Sets an(öffnet im neuen Fenster) , aktuell bekommt man sie nur bei Kittenbot direkt (Stand: Januar 2024). Die Frage ist, wie viele andere Hersteller den von Microsoft entwickelten Anschluss software- oder hardwareseitig unterstützen werden und ob sich Jacdac langfristig bewährt.
Eine weitere Neuerung ist die Pin-Leiste für die übrigen GPIOs und die Anschlüsse des Motortreibers. Die letzten Versionen des Boards verwendeten für diese Anschlüsse einfache Buchsen, was eher eine wackelige Notlösung darstellte.
Last but not least: Die Verbindung zum Host-Rechner geschieht jetzt zeitgemäß über einen USB-C-Anschluss; das mitgelieferte Kabel hat eine vernünftige Länge. Bei Version v2 gab es noch einen Micro-USB Anschluss und das Kabel war ziemlich kurz.
Die große Anzahl und die Vielfalt der vorhandenen Anschlüsse des Calliope Boards haben einen riesigen Vorteil. Calliope bietet in der Grundausstattung Möglichkeiten, die andere Boards nur mit Zubehör erreichen.
Der Preis: nicht billig, aber angemessen
Der Calliope Mini 3 kostet derzeit knapp 40 Euro (Stand: Januar 2024). Das liegt zum einen an der umfangreichen Ausstattung, zum anderen an der Herstellung in Deutschland. Das scheint, verglichen mit anderen Lösungen, ein hoher Preis zu sein; aber bei genauerer Betrachtung relativiert sich das.
Der Micro Bit kostet zum Beispiel rund 19 Euro. Um die gleiche Ausstattung zu bekommen, braucht man zusätzlich ein Breakout-Board (rund 10 Euro), einen Motortreiber (sofern man ihn nutzen möchte, je nach Ausstattung noch einmal rund 10 Euro) und die RGB-LEDs (4 bis 10 Euro).
Beim Breakout-Board muss man sich sogar entscheiden. Es gibt zwar Breakout-Boards mit integriertem Breadboard, mit Grove- oder mit Jacdac-Steckern, keine Lösung bietet alles. Um die gleiche Vielfalt zu bekommen, muss man also mehrere Breakout-Boards kaufen.
Der Preis des Calliope Mini 3 ist aufgrund der vielen Verbesserungen der Hardware absolut gerechtfertigt und für eine Lösung im Bildungsbereich angemessen und konkurrenzfähig.
Für Bastler ist der Calliope allerdings zu teuer. Soll ein Board dauerhaft verbaut werden, machen 20 Euro mehr oder weniger schon einen Unterschied. Wie Golem.de über den Raspberry Pi 5 schrieb : "Für Maker und Bastler interessant wäre ein linuxfähiges Board für 15, maximal 20 Euro." Der hohe Preis erklärt auch die geringe Anzahl von Projekten aus der Maker-Szene.
Software-Entwicklung mit dem Calliope Mini
Um Programme für den Calliope zu entwickeln, wurden bislang hauptsächlich die Onlinedienste Open Roberta Lab(öffnet im neuen Fenster) genutzt, eine Zusammenarbeit des Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme und Google, sowie die Calliope-Version von Microsofts Makecode(öffnet im neuen Fenster) .
Das grundlegende Konzept ist bei beiden graphischen Editoren ähnlich. Kritisch betrachtet sind sie nicht sonderlich spektakulär: Ablaufdiagramme, wie sie seit den 1970er Jahren benutzt werden, für Kinder quietschbunt eingefärbt.
Die Adaptierung von Open Roberta Lab für den Mini 3 ist in Arbeit, daher ist Makecode momentan die wichtigste Plattform für die Software-Entwicklung für Calliope.
Makecode bietet zahlreiche Vorteile: Außer mit dem graphischen Blockeditor kann bei Makecode auch in Python oder Javascript programmiert werden, es sind viele Erweiterungen für externe Komponenten verfügbar, Modelle können auf Github gesichert und veröffentlicht werden, Jacdac-Komponenten werden automatisch erkannt.
Für den Calliope Mini 3 sind folgende Komponenten neu oder erweitert:
- Unterstützung des neuen Dual Motortreibers,
- Unterstützung der drei RGB-LEDs sowie eine Erweiterung für Neopixel LEDs
- Audio-Recording-Funktionen,
- serielles Logging über WebUSB,
- Data-Logging Funktionen mit der Möglichkeit, die geloggten Daten graphisch anzuzeigen und abzuspeichern,
- die Möglichkeit, den Calliope in einen Low-Power Modus zu versetzen.
Für die Python-Programmierung gibt es einen neuen Editor(öffnet im neuen Fenster) . Der Funktionsumfang ist allerdings nicht identisch mit dem Makecode-Editor. Zumindest in der Editor-Ansicht fehlen noch die Bluetooth-Funktionen, die in Makecode verfügbar sind. Anderseits gibt es beispielsweise Funktionen zur Sprachausgabe in Englisch, die wiederum nicht in Makecode vorhanden sind.
Für die Programmierung mit C++ hat Sandeep Mistry eine entsprechende Board-Erweiterung für die Arduino IDE erstellt(öffnet im neuen Fenster) . Da die Calliope-Mini-Hardware auf dem Micro Bit basiert, gibt es noch weitere Möglichkeiten. Ein Beispiel ist das Microbit Crate für Rust(öffnet im neuen Fenster) .
Calliope Mini 3: Projektbeispiele und Fazit
Da der Calliope für den Einsatz an Schulen gedacht ist, sind die vorhandenen Projektbeispiel und Lernmaterialien von großer Bedeutung. Grundsätzlich ist die Auswahl groß (aufgelistet auf der Calliope Webseite hier(öffnet im neuen Fenster) und hier(öffnet im neuen Fenster) ), jedoch mit kleinen Einschränkungen.
- Viele Beispiele sind für jüngere Kinder gedacht: Auf der Calliope-Website sind rund 76 Beispiele für Kinder ab acht Jahren gelistet, 24 Beispiele für Kinder ab zehn Jahren, 12 Beispiele für Kinder ab 12 und vier Beispiele für Jugendliche ab 16 Jahren. Wegen der vielen Funktionen und Anschlüsse lassen sich mit dem Calliope anspruchsvolle Projekte realisieren. Daher ist es unverständlich, warum der Fokus auf jüngere Schüler und Schülerinnen gelegt wird.
- Viele Projekte - zum Beispiel auf Hackster - sind älter als vier Jahre. Während der Coronapandemie und danach ist kaum noch etwas hinzugekommen. Ein typisches Beispiel ist die Webseite für Informatik und Technik in der Grundschule der Medienberatung des niedersächsischen Landesinstituts für schulische Qualitätsentwicklung(öffnet im neuen Fenster) : Die wurde seit 2019 nicht aktualisiert.
Insgesamt entsteht ein zwiespältiger Eindruck. Es ist zwar ausreichend Material vorhanden, nur wird es nicht kontinuierlich erweitert und verbessert.
Fazit
Der Calliope Mini hat ein großartiges Update bekommen. Zum einem hat man die technischen Änderungen des aktuellen Micro Bit übernommen und bleibt so in vielen Teilen kompatibel zum Original. Andererseits hat man die große Stärke des Boards weiter ausgebaut: die Anschlüsse.
Hier bietet der Calliope ein gut durchdachtes Konzept: große Kontakte für Krokodilklemmen, Grove- und Jacdac-Konnektoren, um viele Sensoren und Aktoren ohne Lötarbeiten anschließen zu können, sowie die neue Pin-Leiste, um beispielsweise mit einem Breadboard zu experimentieren.
Durch die besseren Anschlüsse, den verbesserten Motortreiber, den neuen Python-Editor und die Arduino-IDE-Unterstützung wirkt der Calliope Mini jetzt erwachsener.
Der Minirechner ist zwar für den Bildungsbereich konzipiert, wurde aber in der neuesten Version so umfangreich ausgestattet, dass er auch als Prototyp-Plattform eine gute Figur macht.
Umfang und Qualität der Unterrichtsmaterialien und Projektbeschreibungen sind nach wie vor verbesserungswürdig. Das, was vor vier bis sechs Jahren erstellt wurde, ist überwiegend gut, sollte aber nicht auf diesem Stand bleiben. Es ist zu hoffen, dass für die neue Version auch viele neue Projekte entstehen.