makerSpaceOS

Browserbasierte Blockly-IDE für CircuitPython auf dem Cytron MAKER-PI-RP2040

makerSpaceOS ermöglicht es Kindern und Einsteigern, physische Elektronikprojekte zu programmieren – ohne eine einzige Zeile Code zu tippen. Per Drag & Drop werden bunte Blöcke zu einem Programm zusammengesteckt, das makerSpaceOS direkt in lauffähigen CircuitPython-Code übersetzt und über eine serielle Verbindung auf den Mikrocontroller überträgt.

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Intention

Der Einstieg in Mikrocontroller-Programmierung scheitert oft an zwei Hürden: der Entwicklungsumgebung und der Syntax. makerSpaceOS beseitigt beides.

• Kein Setup: Die App läuft direkt im Browser – kein npm, kein Build-Schritt, keine Installation.
• Kein Tippen: Blöcke statt Syntax. Kinder im Grundschul- und Mittelschulalter können sofort loslegen.
• Echte Hardware: Der generierte Code läuft auf echtem CircuitPython, nicht auf einem Simulator. Was man baut, funktioniert wirklich.
• Deutsch: Alle Labels, Tooltips und Fehlermeldungen sind auf Deutsch – für den Einsatz im deutschsprachigen Unterricht oder Makerspaces.

Das Projekt entstand mit dem Ziel, ein Werkzeug zu schaffen, das in AGs, Schulstunden und Workshops ohne Vorkenntnisse sofort einsetzbar ist.

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Empfohlene Hardware

Mikrocontroller: Cytron MAKER-PI-RP2040

makerSpaceOS ist auf dieses Board zugeschnitten:

• RP2040-Chip (Dual-Core ARM Cortex-M0+, 264 KB RAM)
• Onboard: 2× Grove-kompatible I2C-Ports, 7× Grove-Ports (GPIO/ADC), 4× Motor-Treiber (DC + Servo), 2× RGB-NeoPixel, Piezo-Buzzer, programmierbare LEDs, USB-C
• CircuitPython-kompatibel: Wird als USB-Laufwerk (CIRCUITPY) erkannt, Code einfach kopieren
• Kinder-freundlich: Robuste Stecker, farbige Ports, kein Löten nötig

⚠️ Stromversorgung für die Motor-Treiber: maximal 6 Volt! Keine 9-V-Blöcke an den Versorgungseingang (VIN/Batterie-Anschluss) anschließen – das zerstört das Board. Geeignet sind z. B. 4× AA-Batterien (6 V) oder ein LiPo-Akku (3,7 V).

Bezugsquelle: Cytron oder gängige Elektronik-Distributoren (Mouser, Reichelt, …)

Sensoren & Aktoren (KY-Sensor-Set)

makerSpaceOS hat fertige Blöcke für folgende Komponenten:

Kategorie	Komponenten
Temperatur & Feuchte	DHT22, DHT11, BMP280
Abstand & Licht	HC-SR04 (Ultraschall), LDR (Fotowiderstand), BH1750 (Lux)
Digital-Sensoren	Taster, Hindernis, Liniensensor, Neigung, Magnetfeld, Flamme, Schall, Touch, Vibration
Analog (universell)	Analogeingang (0–65535), NTC-Temperaturfühler
Joystick & Encoder	Joystick (X/Y/Taster), Rotary Encoder
LED & Licht	Einzel-LED, Blink-LED, RGB-LED, 2-Farb-LED, NeoPixel
Ton	Passiver Buzzer (Frequenz), Aktiver Buzzer
Bewegung	Servo (Winkel), DC-Motor (vorwärts/rückwärts/stop)
Sonstiges	Relais

Ein günstiges 37-teiliges oder 45-teiliges KY-Sensor-Set (z. B. „Elegoo Sensor Kit" oder vergleichbare Sets) deckt den Großteil der Blöcke ab.

Browser

Web Serial API wird benötigt – unterstützt von:

• Google Chrome (empfohlen)
• Microsoft Edge

Firefox und Safari werden nicht unterstützt.

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Features

• Visueller Editor mit Blockly (Drag & Drop)
• Live-Codegenerierung – CircuitPython-Code wird in Echtzeit angezeigt
• Direkt ausführen – Code wird per Web Serial Raw REPL auf das Board geladen und gestartet
• Board-Libs-Button – prüft, ob die Bibliotheken auf dem Board aktuell sind (🟢 „Libs aktuell" / 🔴 „Jetzt aktualisieren") und installiert sie bei Bedarf automatisch, inkl. Neustart
• UF2-Firmware-Button – flasht die Firmware aus dem Browser ins BOOTSEL-Laufwerk des Boards (RP2040/RPI-RP2): Manifest-Check per SHA-256, chunkweises Schreiben mit Fortschritt, Schritt-für-Schritt-Fotos als Hilfe („So geht's") vor dem Flash, kein Brick-Risiko (der ROM-Bootloader ist über Mass Storage nicht überschreibbar)
• Parallele Aktionen (Ereignis-Blöcke) – mehrere Stapel laufen gleichzeitig (z. B. eine Dauer-Animation und eine Sensor-Reaktion), ähnlich wie bei Lego Spike. Umgesetzt über kooperatives Multitasking mit asyncio.
• Serieller Monitor – print()-Ausgaben des Boards live im Browser sehen
• REPL-Eingabe – manuelle Befehle direkt ins Board schicken
• Keine Installation – index.html im Browser öffnen, fertig

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Schnellstart

1. Editor per lokalem Web-Server ausliefern, z. B. python3 -m http.server 8001 im Editor-Verzeichnis, und http://localhost:8001 in Chrome oder Edge öffnen
2. Firmware installieren (nur bei leerem Pico): BOOTSEL gedrückt halten und per USB-C anstecken (das Laufwerk RP2040/RPI-RP2 erscheint) → „⚡ Firmware" im Header → Bootloader-Laufwerk wählen → Flashen. Der Bootloader verifiziert das UF2-Image (SHA-256-Prüfdaten aus dem generierten Manifest) und startet automatisch in die neue Firmware.
3. Board per USB-C anschließen (Normalbetrieb)
4. Board einrichten – Header-Button „📦 Libs prüfen": Beim ersten Mal das Board-Laufwerk CIRCUITPY wählen. Der Editor lädt danach alle benötigten Bibliotheken (makerspaceos.py, asyncio, adafruit_ticks, je nach Blöcken adafruit_dht, neopixel, …) per fetch() von dem Server herunter, der die Seite ausliefert, kopiert sie nach CIRCUITPY/lib/ und startet das Board per serieller Verbindung neu – kein lokaler Repo-Checkout nötig, ein leeres Board wird so komplett bespielt. Der Button wird grün („Libs aktuell") – fertig. Liegt das Board nicht aktuell, wird der Button rot („Jetzt aktualisieren").
5. Blöcke zusammenstecken
6. ▶ Ausführen klicken → Browser fragt nach Zugriff auf den seriellen Port → Board auswählen
7. Programm läuft auf dem Board; Ausgaben erscheinen im Seriellen Monitor

Ohne serialen Port / ohne File System Access API / Seite unter file:// geöffnet? lib/ manuell oder per scripts/sync_lib.sh auf CIRCUITPY/lib/ kopieren und danach das Board neu starten (USB trennen & neu stecken).

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Projektstruktur

index.html           – Einstiegspunkt (keine Build-Pipeline nötig)
css/style.css        – Dunkles Theme
js/
  boards.js          – Board-Profil & Pin-Konstanten
  toolbox.js         – Block-Kategorien & Toolbox-Definition
  blocks/
    control.js       – SETUP- und FÜR-IMMER-Blöcke
    events.js        – Ereignis-Hut-Blöcke (parallele Aktionen)
  blocks_db.js       – generiert aus components/*.md (Sensor-/Aktor-Blöcke)
  block_builder.js   – registriert Blöcke aus blocks_db.js
  generator.js       – Blockly → CircuitPython Transpiler (asyncio-Multitask)
  app.js             – Workspace-Init & UI-Events
  serial.js          – Web Serial API (Raw REPL)
  lib_manifest.js    – generiertes lib/-Manifest (libVersion für den Board-Libs-Button)
  board_setup.js     – Board-Libs-Button: Versions-Check + lib/-Installation + Auto-Reboot
  firmware_manifest.js – generierte UF2-Firmware-Liste (Name + Größe + SHA-256)
  firmware_flash.js  – UF2-Firmware-Dialog: BOOTSEL-Laufwerk wählen + verifiziertes Flashen
firmware/            – UF2-Images (Pico) + ESP32 .bin (nicht per UF2 flashbar)

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Roadmap

• Phase 2.5 – Code direkt als code.py auf CIRCUITPY speichern (File System Access API)
• Phase 3 – Projekte speichern/laden, Board-Auswahl
• Phase 4 – OLED-Display, weitere Sensoren, Notenblöcke, Lernmodus

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Lizenz

Dieses Projekt ist für den Einsatz in Bildung und Maker-Communities gedacht. Lizenz folgt.