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Informatik und Licht

Erste Projekte mit dem Arduino-Mikrocontroller
nähere Angaben
Klassen: 
9. bis 12.
Teilnehmerzahl: 
8 bis 16
Dauer: 
5 Stunden

Licht hat viele Facetten. Der Physiker würde sagen: Licht hat sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften.
Auch in der Informatik befassen wir uns mit verschiedenen Seiten des Lichtes, allerdings eher mit den praktischen Anwendungen von Licht. Denn Licht kann soviel: Licht erzeugt Energie, es überträgt Information, ob nun sichtbar oder unsichtbar begegnet es uns überall im Alltag.

Dieser Workshop kann auch als Lehrerfortbildung gebucht werden (für mindestens 8 Lehrkräfte der Klassen 8-11) und vermittelt grundlegende Kenntnisse in der Programmierung von Arduino-Mikrocontrollern.

Je nach Interesse können die Teilnehmer aus folgende Themen wählen:

 

Station 1 - Sonnenblume

Für eine Sonnenblume ist es überlebenswichtig, dass sie möglichst viel Sonnenlicht aufnehmen kann. Darum dreht sie sich mit dem Sonnenlauf mit, indem sie sich langsam zum hellsten Punkt am Himmel dreht. Genauso müssen sich Solarzellen eines Solarkraftwerks ausrichten, damit möglichst viel Sonneneinstrahlung in Strom umgewandelt werden kann.

Aber wie können sAusstellungsstück Sonnenblumeich die Solarzellen und die Sonnenblume so genau ausrichten? Woher wissen sie in welche Richtung sie sich wenden müssen?  Wie können sie überhaupt Lichtintensität wahrnehmen?

Um diese Fragen zu beantworten, werden in diesem Projekt ein Helligkeitssensor und ein Servomotor kombiniert, um eine Sonnenblume zu bauen, die einer Taschenlampe folgen kann.

Sollte eure heimische Zierpflanze also ihre Fähigkeit sich zu drehen verlieren, seid ihr nach diesem Projekt in der Lage bionisch nachzuhelfen. ^^

Station 2 - Einparkhilfe

Viele von euch, die in der Fahrschule waren oder demnächst dort ihre Runden drehen, kennen ein „Schreckensszenario“: rückwärts einparken!

Was für ein Glück, dass in immer mehr Fahrzeugen Einparkhilfen eingebaut sind, die durch ihr drängendes und immer schneller werdendes Piepen vor dem drohenden Zusammenstoß warnen.

Doch wie funktioniert so eine Einparkhilfe? Woher kennt das Fahrzeug den Abstand? Und wie wird aus dem Abstand ein Warnton?

Die Antwort liegt im Verborgenen: Infrarot-Licht! In diesem Projekt könnt ihr mit einem Infrarot-Sensor und einem Summer (ein Bauteil, das Töne von sich gibt) die Einparkhilfe eines Fahrzeugs nachbauen.

Mal sehen, ob ihr unseren InfoSphere-Test-LKW sicher rückwärts an seine Entladestation andocken lassen könnt… ;-)

Station 3 - Geschwindigkeitsmessung

Im Sport (z.B. beim 100-Meter-Lauf) müssen Zeiten auf Tausendstelsekunden genau gemessen werden. Bei einem Autorennen muss das Zielfoto genau im richtigen Moment geschossen werden, um den Sieger festzustellen. Lichtschranken stellen eine Lösung dafür dar. Diese begegnen euch auch im Alltag. Wenn man ein Kaufhaus betritt, geschehen allerlei wundersamer Dinge. Türen öffnen sich wie von Zauberhand, die Rolltreppe startet noch bevor mein ein Fuß darauf gesetzt hat und springt man in einen sich schließenden Aufzug, so öffnet er sich wieder, sodass man nicht in der Türe stecken bleibt.

Aber woran merken diese Geräte, wann sie reagieren sollen? Wieso funktioniert alles automatisch und warum sieht man nirgends einen Schalter oder ähnliches?

All diese Erfindungen benutzen unsichtbares Licht: das Infrarot-Licht. In dieser Station werden Infrarot-Dioden und Infrarot-Photodioden verwendet, um mit Hilfe zweier Lichtschranken Zeit und Geschwindigkeit zu messen.

Station 4 - Farbthermometer

Thermometer sind eine feine Sache, damit man sich nicht die Finger verbrennt oder weiß, ob das T-Shirt heute reicht oder doch eher der Pullover angesagt ist.

Oft ist es aber umständlich lange nachzudenken, was einem diese Angabe in °C denn jetzt sagen will. Viel besser wäre es doch, auf den ersten Blick zu sehen, ob etwas heiß oder kalt ist, schließlich verbinden wir schon intuitiv z.B blau mit kalt und rot mit warm. Das nutzen zum Beispiel auch die modernen LED-Wasserhähne.

Eine RGB-LED ist hier das Mittel der Wahl. Sie kann rot leuchten, blau leuchten, aber auch noch viel mehr.

In diesem Projekt lernt ihr, wie man aus drei Grundfarben jede beliebige Lichtfarbe mischen kann, ohne sich dabei die Finger schmutzig zu machen, und das alles mit nur einer LED!

Darüber hinaus lernt ihr natürlich die Temperatur mit einem elektronischen Bauteil zu messen, so dass ihr die Elektronik aus eurem Wasserhahn selbst nachbauen könnt!

 

Diese Angebote wurden entwickelt von unserem Partner-Schülerlabor

  

der RWTH Aachen, dem wir an dieser Stelle ganz herzlich danken.

Alle Materialien können hier heruntergeladen werden:

http://schuelerlabor.informatik.rwth-aachen.de/modulmaterialien/informatik-enlightened

Der Koffer zum Projekt ist zu beziehen über den Elektronikhandel Watterott unter http://www.watterott.com/de/Infosphere-Kit

 

 

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