Oberschule „Clemens Winkler” Freiberg 

Projekt "Silber der Zukunft"

Projekt "Silber der Zukunft"

Einführung

In den Einführungsstunden erfuhren wir, wie man den Arduino über den Computer anspricht und die Software bedient. Den Grundaufbau des Arduino-Controllers lernten wir mit all seinen Anschlüssen kennen.

Wir lernten, dass Programme allgemein als "Sketch" bezeichnet werden und immer den gleichen Aufbau besitzen. Anschließend durften wir ein erstes vorgefertigtes Programm eingeben und zum Arduino übertragen. Eine LED blinkte. Nun ging es daran, das Programm so zu verändern, dass sich die Blinkfrequenz der LED ändert.

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Einsatz der Steckplatine

Heute kam die Steckplatine zum Einsatz. Mit ihr kann man auf einfache Art verschiedene Bauelemente und kleine Schaltungen an den Mikrocontroller anschließen. Über den Arduino ließen wir heute mehrere LEDs blinken. Auch die Reaktion des Sketches auf Tasteneingabe wurde ausprobiert.

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Analoge Eingaben

In dieser Stunde kam ein Potentiometer zur Steuerung der LED zum Einsatz. Zuerst blinkte die LED in Abhängigkeit der Potentiometerstellung. Danach wurde das Programm so variiert, dass ein Lichtband aus fünf LEDs die Stellung des Potentiometers anzeigte.
Zum Abschluss ersetzten wir das Potentiometer durch einen Fotowiderstand (Lichtsensor). Dazu musste natürlich wieder das Programm etwas angepasst werden.

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Schrittmotor

Heute stand der Schrittmotor auf dem Programm. Ein Steppermotor arbeitet durch seine Impulsansteuerung in exakten Schritten. Unser Motor teilt eine Umdrehung in 2048 Schritte. Damit lassen sich Winkel oder Umdrehungen genau positionieren. Solche Motoren kommen z.B. im CD-Laufwerk, in Druckern, Festplatten oder in Robotern bzw. Werkzeugmaschinen zum Einsatz.

Bei der Programmierung konnten wir die Kenntnisse aus den letzten Stunden anwenden. Am Anfang steuerten wir den Schrittmotor digitale über Taster an. Später ersetzten wir die Taster durch Fotowiderstände als analoge Eingabe. Damit haben wir jetzt schon die Vorstufe zu einem Solartracker aufgebaut und programmiert.

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Servomotor

Weiter ging es mit einem Servomotor. Im Gegensatz zum Schrittmotor, der seine Position über einen Schrittzähler ermittelt, bestimmt ein Servomotor seine Position über ein Potentiometer. Dadurch kann er auch nach mechanischen Blockaden seine Drehposition ermitteln. Ein Schrittmotor dagegen muss im Fehlerfall erst wieder auf die Nullstellung gefahren werden. 

Bei der Programmierung konnten wir die Kenntnisse vom Schrittmotor anwenden. Am Anfang steuerten wir den Schrittmotor wieder digitale über Taster an. Später ersetzten wir die Taster durch Fotowiderstände als analoge Eingabe. Ziel war es, dass sich der Servomotor dreht, wenn ein LDR abgedunkelt wird.

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LCD-Display mit I²C-Bus

Ein neues Bauelement - das LCD-Display. LCD steht für „Liquid Crystal Display“. Mit ihm können wir  in 2 Zeilen je 16 Zeichen darstellen. Über nur 4 Leitungen steuert man das Display an. Dies wird durch einen I²C-Chip ermöglicht.
Wir nutzten heute das LCD-Display um Messwerte  von zwei LDR anzuzeigen. Dazu war es notwendig, für die beiden Fotowiderstände an den Analogeingängen A0 und A1 mit analogRead(x)  die Messwerte ins Programm einzulesen. Die ermittelten Werte müssen in zwei Variable LDR1 und LDR2 zwischengespeichert werden. Mit dem Befehl lcd.print(LDRx) kann man dann die Inhalte der Variablen im Display anzeigen lassen.

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3D-Drucker in Aktion

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3D-Druck der Solar-Tracker-Modelle

Die ersten Solar-Tracker-Modelle sind gedruckt. Entworfen wurden diese mit FreeCAD. In ihnen sind zwei Motoren verbaut. Für die Licht geführte Steuerung können drei Fotowiderstände eingebaut werden.

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Tracker in Funktion I

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Solartracker in Aktion

Projekt "Silber der Zukunft"

Projektbeschreibung

Am 09.08.2017 begann an der Oberschule „Clemens Winkler“ im Rahmen des Projektes „Silber der Zukunft“ ein Neigungskurs zum Thema Mikrocontroller-Programmierung. Ziel ist die Untersuchungen zur Ertragsoptimierung an beweglichen Solarflächen. Dazu wird ein Funktionsmodell gebaut und mit einem Arduino gesteuert. Auch die Messwerterfassung soll automatisiert über den Mikroprozessor erfolgen.

An diesem Projekt beteiligen sich sechzehn Schüler der Klassenstufe 9, denen Schritt für Schritt die Grundlagen der Programmierung nahen gebracht werden.

Zur Vorbereitung und zum besseren Verständnis für das geplante Projekt war es wichtig, dass wir uns bereits im Vorfeld mit den geografischen Daten von Freiberg, dem Neigungswinkel der Sonne, dem Unterschied zwischen Servo- und Schrittmotoren und dem Aufbau und der Funktion von Solar-Trackern beschäftigt haben.

In den ersten Wochen lernten wir zum Beispiel die Programmierung einer Ampelschaltung oder wie man Leuchtdioden ansteuert und den entstandenen Stromkreislauf richtig in einem Schaltplan darstellt.

Wir werden an dieser Stelle ab sofort regelmäßigen über die weiteren Entwicklungen, unserer nächsten Aufgaben und Erfolge berichten und hoffen euer Interesse geweckt zu haben.