NeoPixel-Klimamessgerät mit Temperatur- und Feuchtigkeitssensor
120 min
7.-9. Klasse
Fortgeschritten
Bringe deinen Schüler*innen bei, wie man ein Messgerät für das Innenraumklima baut und programmiert. In dieser Lektion lernen die Schüler*innen, wie sie ein Klimamessgerät aufbauen, das die von einem Temperatur- und Feuchtigkeitssensor erfassten Daten nutzt, um die Farbanzeigen von zwei NeoPixeln zu steuern. Das Programm dafür wird in MakeCode erstellt, und die Schüler*innen werden auch in die Programmierung eigener Funktionen eingeführt.
Diese Übung ist eine gute Mischung aus Inhalten der Fächer Mathematik, Technologiekompetenz und Naturwissenschaften.
Die Schüler*innen verwenden den Temperatur- und Feuchtigkeitssensor, um Daten über die Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Raum zu erfassen. Die Daten werden in den Funktionen verwendet, die sie schreiben sollen, und beeinflussen, in welchen Farben zwei angeschlossene NeoPixel leuchten. Die Farben, in denen die NeoPixel leuchten, zeigen an, ob es zu feucht ist und gelüftet werden muss, sowie ob es zu warm ist und man die Heizung herunterdrehen kann. Die Lektion ist ein konkretes Beispiel dafür, wie Technologie dazu beitragen kann, über das Innenraumklima in der eigenen Wohnung zu informieren und es zu optimieren.
Lernziele
Nach erfolgreich abgeschlossener Lektion:
Die Schüler*innen können einen micro:bit mit einem Dragontail verwenden.
Die Schüler*innen wissen, was ein NeoPixel ist und wie er funktioniert.
Die Schüler*innen wissen, was ein DHT11-Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor ist und wie er funktioniert.
Die Schüler*innen können Daten von einem Typ DHT11-Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor auslesen.
Die Schüler*innen können mehrere NeoPixel programmieren.
Die Schüler*innen können Funktionen programmieren.
Unterrichtsverlauf
Zu Beginn der Lektion erhalten die Schüler*innen eine Einführung in den DHT11-Temperatur- und Feuchtigkeitssensor und dessen Funktionsweise sowie in den NeoPixel und dessen Funktionsweise.
Dann wird den Schüler*innen gezeigt und erklärt, wie sie die Hardware für das Klimamessgerät einrichten müssen.
Anschließend erhalten die Schüler*innen eine Schritt-für-Schritt-Anleitung, die zeigt und erklärt, wie man den micro:bit einrichtet und sicherstellt, dass er funktioniert.
Nach Abschluss der vorbereitenden Tätigkeiten erhalten die Schüler*innen zunächst einen Überblick über das Programm, das zur Steuerung des Messgeräts benötigt wird. In der Folge werden sie Schritt für Schritt durch die Programmierung geführt. Dazu gehört auch die Erstellung eigener Funktionen.
Anschließend können die Schüler*innen ihre Klimamessgeräte an unterschiedlichen Stellen im Raum testen. Zum Schluss gibt es einige weitere Aufgaben, die die Schüler*innen ausführen können, um ihr Wissen über die verschiedenen elektronischen Bauteile und Programmelemente zu vertiefen, darunter auch die Funktionen, die sie selbst geschrieben haben.
Wir empfehlen, dass die Schüler*innen die Lektion chronologisch abarbeiten.
Programmcode: Basisbeispiel
Hier zeigen wir das fertige Blockprogramm, das für das Basisbeispiel verwendet wird.
Zu beachten ist, dass hier zwei zusätzliche Programmbibliotheken benötigt werden, eine für den Sensor und eine weitere für die NeoPixel. Diese Bibliotheken müssen über den Menüpunkt "Erweiterungen" heruntergeladen werden.
Tipps für den Unterricht
Achtet darauf, dass das Programm "Pausenblöcke" enthält, damit der Sensor Daten sammeln kann. Wenn der Sensor mit der angegebenen Pausenzeit nicht auskommt, wird auf dem micro:bit und in der Simulator-Konsole die Fehlermeldung "-999" ausgegeben.
Fehlersuche/Debugging
Stelle sicher, dass der micro:bit eine Stromversorgung über das USB-Kabel hat.
Anschließen von Geräten
Falls die Anleitung im Schülermaterial nicht funktioniert, kann das MakeCode-Programm manuell auf dem angeschlossenen micro:bit gespeichert werden. Dazu zieht man die Hex-Datei aus dem Downloads-Ordner auf das micro:bit-Laufwerk – genau wie bei einem USB-Speicherstick.
Es kann schwierig sein, Fehler im Programmcode zu erkennen. Eine gute Methode ist, den Code auf dem Bildschirm laut vorzulesen und gemeinsam mit den betroffenen Schüler*innen in normale Sprache zu übersetzen. Falls es dann immer noch Probleme bei der Programmausführung gibt, vergleiche den aktuellen Programmcode mit dem anderer Schüler*innen, bei denen das Programm funktioniert.
In einigen Fällen fehlt den Codeblöcken möglicherweise ein Textfeld, in das man etwas eingeben kann. Für solche Fälle gibt es im Menü "Fortgeschritten" unter dem Menüpunkt "Text" einige geeignete Codeblöcke.
Hardware
Wichtig: Wenn es nach heißem Plastik oder Gummi riecht, bitte sofort die Stromquelle von der Schaltung trennen! Dann ist etwas sehr schief gelaufen und sollte genau untersucht werden, bevor es weitergehen kann!
Ist das USB-Kabel an den Computer angeschlossen?
Ist der micro:bit richtig herum angeschlossen? (Die Vorderseite mit dem LED-Display sollte zum Steckbrett zeigen)
Falls Batterien/Akkus verwendet werden: Sind sie korrekt eingelegt?
Stelle sicher, dass alle Verbindungen korrekt sind und fest sitzen – auch am Computer und am micro:bit.
Erfolgt die Stromversorgung über einen Batterie- oder Akku-Pack?
Überprüfe den Sitz der Anschlusskabel und den Ladezustand von Batterie bzw. Akku.
120 min 
7.-9. Klasse 
