Wetterstation

  Template, muss noch geändert werden

Raumtemperatur exakt messen? Ist doch eigentlich easy!

Detailansicht Schaltung

„Sag mal Petra, ist dir auch so heiß wie mir?“

„Äähhhm, … nein?! Aber wir könnten die Raumtemperatur mit dem microbit checken. Was meinst du, Marcel?“

„Naja, der hat ja so einen Sensor auf der CPU, glaube ich. Aber wie messen wir dann den Raum?“

„Marcel, das geht einfach mit einem externen Sensor, der weit genug von der CPU entfernt ist - z.B. mit Krokoklemmen-Kabeln. Lass uns das doch gleich ausprobieren, einverstanden?“

Aufgabenstellung

Der BBC micro:bit dient als Messgerät für die echte Raumtemperatur ohne dabei die CPU Abwärme mit zu messen.

Sobald der micro:bit mit Strom versorgt ist und sich an die Umgebungstemperatur angepasst hat, misst er dauerhaft und zeigt den Messwert als Graph.

Wird die Taste A gedrückt, zeigt er den Wert als Zahl.

<spoiler>

• Zur Ermittlung der Temperatur wird eine analoge Schaltung (vgl. Thermometer mit Quecksilber) aufgebaut

  

• Dazu wird ein Stromkreis mit Krokoklemmen und Sensoren aufgebaut
• Der Strom vom micro:bit gelangt über Kabel und Sensoren vom Stromausgang an einen Stromeingang des micro:bit
• Es kann nun temperaturabhängig gemessen werden, wie viel davon vom ursprünglichen Strom tatsächlich in den micro:bit zurück kommt
• Dieser Wert wird als Graph auf der LED Matrix angezeigt

</spoiler>

Materialien

Schaltungsaufbau analaog

• BBC micro:bit
• 3 Krokodilklemmen-Kabel (unterschiedliche Farben)
• 1 Thermistor 10 K <spoiler></spoiler>
• 1 Widerstand 10 kOhm (braun, schwarz, orange, gold) <spoiler>https://www.conrad.at/de/ratgeber/technik-einfach-erklaert/widerstands-farbcode.html#beispiel</spoiler>
• 1 Thermometer zum Kalibrieren der analogen Schaltung
• 2 unterschiedliche Temperaturmessungen (mind. 10 Grad Celsius Unterschied) z.B. Zimmer und Kühlschrank
• etwas Zeit bei plötzlichem Temperaturwechsel zur Akklimatisierung

Zeitaufwand

• ca. 2 Schulstunden zum Aufbau der Schaltung und Kailbrieren des Messaufbaus
• ca. 2 Schulstunden zum Entwickeln des Programmes und für erste Messungen

Schwierigkeitsgrad

Kompetenzen

Du lernst

• vernetztes und fachübergreifendes Denken
• das Formulieren und Kodieren von Abläufen in formalen Algorithmen
• das Arbeiten mit Pins und Krokoklemmen-Kabel
• Sensordaten zu lesen, zu interpretieren, und umzurechnen
• die Steigung einer Geraden mit 2-Punkt-Kalibrierung ausrechnen

<spoiler></spoiler>

Unterrichtsfächer

INF, BU, WE

Tipps und Hilfestellung

Ziel

Der micro:bit soll die Umgebungstemperatur messen und mit einem Graph und auf Knopfdruck darstellen.<spoiler>

• Zu Beginn wollen wir nur zwei Widerstandswerte und Temperaturen (innen/ außen) messen
• Dann berechnen wir die Steigung der Geraden und denn Nullpunkt, was durch diese zwei Messpunkte vordefiniert ist
• Nach Kalibrierung der Schaltung kann der micro:bit jede beliebige Temperatur messen und anzeigen
• Verschwende keine Energie und optimiere deinen Code, je weinger Zeilen desto besser

</spoiler>

Erforderliche Programmierblöcke

1. beim Start <spoiler text="Block *">

   leer

   
   
   * Der Block "leer" wird systembedingt mit angezeigt. </spoiler>
2. Variable <spoiler text="Block *">

   let TempWert = 0

   
   
   * Der Block "beim Start" wird systembedingt mit angezeigt. </spoiler>
3. pausiere <spoiler text="Block">

   basic.pause()

   
   
   * Der Block "beim Start" wird systembedingt mit angezeigt. </spoiler>
4. Wenn Knopf A gedrückt <spoiler text="Block">

   input.onButtonPressed(Button.A, function () {})

   </spoiler>
5. analoge Werte von Pin in Variable einlesen <spoiler text="Block *">

   TempWert = pins.analogReadPin(AnalogPin.P0)

   
   
   * Der Block "beim Start" wird systembedingt mit angezeigt. </spoiler>
6. zeige Zahl<spoiler text="Block *">

   basic.showNumber()

   
   
   * Der Block "beim Start" wird systembedingt mit angezeigt. </spoiler>
7. zeichne Balkendiagramm <spoiler text="Block *">

   led.plotBarGraph(0,0)

   
   
   * Der Block "beim Start" wird systembedingt mit angezeigt. </spoiler>

Eckpfeiler zur Programmierung

Durch Ansteuern eines Pins gibt dieser einen Strom aus.

Wir lesen die Spannung an einem weiteren Pin aus und bilden diesen Wert in einer Variable ab.

Variablen können auf der LED Matrix grafisch dargestellt werden.

Die Werte der Variablen können auch als Zahl auf der LED Matrix dargestellt werden. In unserem Fall nur dann, wenn der Knopf A gedrückt wird.

Schritt für Schritt zur Lösung

Hinweise zur Lösungsfindung und die Lösung findest du auf der Lösungsseite zu diesem Beispiel.

Präsentation und Reflexion

1. Stelle dein Ergebnis vor!
2. Was kann dein Messgerät? Messen andere micro:bits und deren elektronische Temperaturschaltung (Thermistor + Widerstand) gleiche Werte?
3. Vergleiche die Werte von unterschiedlichen Orten - innen, außen, Schatten, Sonne, Kühlschrank, etc.
4. Hast du aussagekräftige Werte bekommen? Stimmen die micro:bit Werte mit denen des externen Thermometers halbwegs überein?
5. Was hat dir bei der Entwicklung deines Produkts gefallen?
6. Welche Schwierigkeiten hattest du? Wie konntest du sie lösen?
7. Erläutere, wie dein Programm aussieht!
8. Was war bei dieser Aufgabe interessant für dich?

Weiterentwicklung

• Audioalarm bei Unter- bzw. Überschreiten eines Schwellenwertes (Komfortzone)
• Smileys bei angenehmen Temperaturen, Eiszapfen und Kochtopf bei Überschreiten der "angenehmen Zone".
• Temperaturwerte zu anderen micro:bits senden - Außentemperatur, Kühlschranktemperatur, etc.