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Experiment durchführen

Am Anfang dieses Projektes hast du bereits ein Experiment zum Vergleich verschiedener Dämmmaterialien geplant. Mithilfe des Calliope und einem externen Temperatursensor wollen wie das Experiment nun automatisieren und die Messwerte mit Hilfe von phyphox darstellen. Wir schreiben dazu wie im letzten Abschnitt ein einfaches Programm, mit dem du Daten per Bluetooth übertragen hast.

Vorbereitung und Durchführung

Programm für den externen Temperatursensor schreiben

Häufig wird einer der folgenden Temperatursensoren eingesetzt: Grove-Temperatur-Sensor V1.2, Grove-Temperatur-Luftfeuchtigkeit-Sensor V2.0 (DHT20) , SCD40und AHT20. Je nachdem, welchen Sensor du verwendest, musst du eine andere Vorlage für deine Programmierung öffnen, da jeder Sensor andere Block-Erweiterungen benötigt.

  1. Öffne die zu deinem Sensor passende Vorlage.
  2. Grove-Temperatur-Sensor v1.2

    Öffne in deiner Calliope mini App den MakeCode-Editor und wähle "Importieren" aus (rechts in der Zeile "Meine Projekte"). Tippe auf "Importiere URL" und füge in dem Suchfeld folgende URL ein:

    						https://makecode.calliope.cc/_edhf2mfDP1V6
    					
    Falls du an einem PC/Laptop arbeitest, kannst du die Datei auch direkt im Browser öffnen.
    Grove-Temperatur-Erweiterung selbst installieren
    1. Tippe im MakeCode-Editor ganz unten im Blockmenü auf "Fortgeschritten" und wähle dann - wiederum ganz unten - „Erweiterungen“ aus.
    2. Es öffnet sich eine Suchleiste.
    3. Kopiere den folgenden Link und gib ihn in der Suchleiste ein: https://github.com/jergerd/pxt-GroveTemperatureSensor
    4. Es erscheint eine Kachel Grove Erweiterung. Wenn du sie anklickst, wird die Erweiterung installiert. Nun findest du einen Blockbereich TemperaturSensor, den du für deine Temperaturmessung verwenden musst.
    Grove-Temperatur-Luftfeuchtigkeit-Sensor v2.0 (DHT20)

    Öffne in deiner Calliope mini App den MakeCode-Editor und wähle "Importieren" aus (rechts in der Zeile "Meine Projekte"). Tippe auf "Importiere URL" und füge in dem Suchfeld folgende URL ein:

    						https://makecode.calliope.cc/_XWAcP9g54UMf
    					
    Falls du an einem PC/Laptop arbeitest, kannst du die Datei auch direkt im Browser öffnen.
    Grove-Temperatur-Luftfeuchtigkeit-Erweiterung selbst installieren
    1. Tippe im MakeCode-Editor ganz unten im Blockmenü auf "Fortgeschritten" und wähle dann - wiederum ganz unten - „Erweiterungen“ aus.
    2. Es öffnet sich eine Suchleiste.
    3. Kopiere den folgenden Link und gib ihn in der Suchleiste ein: https://github.com/MKleinSB/pxt-dht20
    4. Es erscheint eine Kachel dht20. Wenn du sie anklickst, wird die Erweiterung installiert. Nun findest du einen Blockbereich DHT20, den du für deine Temperaturmessung verwenden musst.
    SCD40-Sensor

    Öffne in deiner Calliope mini App den MakeCode-Editor und wähle "Importieren" aus (rechts in der Zeile "Meine Projekte"). Tippe auf "Importiere URL" und füge in dem Suchfeld folgende URL ein:

    						https://makecode.calliope.cc/_b5r6T4LVgdRh
    					
    Falls du an einem PC/Laptop arbeitest, kannst du die Datei auch direkt im Browser öffnen.
    SCD40-Erweiterung selbst installieren
    1. Tippe im MakeCode-Editor ganz unten im Blockmenü auf "Fortgeschritten" und wähle dann - wiederum ganz unten - „Erweiterungen“ aus.
    2. Es öffnet sich eine Suchleiste.
    3. Kopiere den folgenden Link und gib ihn in der Suchleiste ein: https://github.com/calliope-edu/CO2-Sensor-SCD40
    4. Es erscheint eine Kachel zum CO2-Sensor-SCD40. Wenn du sie anklickst, wird die Erweiterung installiert. Nun findest du einen Blockbereich "CO2-Sensor SCD40", den du für deine Temperaturmessung verwenden musst.
    AHT20-Sensor

    Öffne in deiner Calliope mini App den MakeCode-Editor und wähle "Importieren" aus (rechts in der Zeile "Meine Projekte"). Tippe auf "Importiere URL" und füge in dem Suchfeld folgende URL ein:

    						https://makecode.calliope.cc/_K0zhem83XHpi
    					
    Falls du an einem PC/Laptop arbeitest, kannst du die Datei auch direkt im Browser öffnen.
    AHT20-Erweiterung selbst installieren
    1. Tippe im MakeCode-Editor ganz unten im Blockmenü auf "Fortgeschritten" und wähle dann - wiederum ganz unten - „Erweiterungen“ aus.
    2. Es öffnet sich eine Suchleiste.
    3. Kopiere den folgenden Link und gib ihn in der Suchleiste ein: https://github.com/ud-edu/pxt-grove
    4. Es erscheint eine Kachel Grove . Wenn du sie anklickst, wird die Erweiterung installiert. Nun findest du einen Blockbereich Grove , den du für deine Temperaturmessung verwenden musst.

  3. Stelle ein Programm fertig, dass die Temperatur mit dem externen Sensor misst und dauerhaft per Bluetooth versendet.
Es genügt, wenn jede Sekunde ein Messwert gesendet wird. Du kannst dazu den Block pausiere verwenden, den du im Bereich Grundlagen findest.
Um anzeigen zu lassen, ob das Senden funktioniert, kannst du z.B. den Block zeige Symbol verwenden, den du ebenfalls im Bereich Grundlagen findest.
Material
  • 1 Calliope mit Batteriefach oder USB-Stromversorgung
  • 1 (Falt)-karton (oder ein anderes Modellhaus)
  • etwas Klebeband und eine Schere
  • 1 Set mit zugeschnittenem Dämmmaterial
  • 1 Temperatur-Sensor mit Grove-Kabel
  • 1 Tablet-PC
  • später: ein Flasche mit ca. 70°C heißem Wasser (am besten mit optionalen Schutzhandschuhen anfassen)
Material[1]
Aufbau
  1. Baut den Karton zusammen.
  2. Falls nötig, stabilisiert die hinteren Seiten des Hauses mit etwas Klebeband (siehe Abbildung).
  3. Dämmt die Wände des Modellhauses von innen mit eurem Dämmmaterial.
  4. Um das Grove-Kabel des Temperatursensors nach innen zu führen, müssen in der Mitte einer Seitenwand und in den Dämmmaterialien Löcher sein, durch die der Grove-Stecker hindurch passt. Die Löcher können z.B. (vorsichtig!) mit einer Schere gebohrt werden.
  5. Führt das Grove-Kabel von außen ins Innere des Modellhauses.
  6. Schließt den Temperatursensor an das Grove-Kabel an.
  7. Befestigt den Sensor mit etwas Klebeband direkt oberhalb des Loches.
  8. Schließt die andere Seite des Grove-Kabels am Calliope an! Achtung:
    • Anschluss A1 falls ihr den Grove-Temperatur-Sensor V1.2 verwendet
    • Anschluss A0 falls ihr den Grove-Temperatur-Luftfeuchtigkeit-Sensor V2.0 (DHT 20) verwendet
    • Anschluss A0 falls ihr den SCD40-Sensor verwendet
    • Anschluss A0 falls ihr den AHT20-Sensor verwendet
  9. Schließt das Batteriefach mit den richtig eingesetzten Batterien am Calliope an.
  10. Startet den Calliope und verbindet ihn mit der App „Calliope mini“ und übertragt
  11. (falls ihr das bisher noch nicht gemacht habt) euer selbstgeschriebenes Programm auf den Calliope.
  12. Startet die App „phyphox“ und darin das Experiment „Calliope Dämmung“.
  13. Verbindet euren Calliope mit phyphox.
  14. Nun ist alles bereit. Bevor ihr euch aber die heiße Wasserflasche bei der Lehrkraft holt (Vorsicht, beim Transport benutzt ihr am besten Schutzhandschuhe), macht einen kurzen Probelauf ohne Flasche: Startet in phyphox die Messung und schließt das Haus. Falls alles funktioniert: Stoppt die Messung und löscht die Daten.
Durchführung
  • Holt euch nun (am besten mit Schutzhandschuhen) die heiße Wasserflasche.
  • Startet den Versuch.
  • Legt die Flasche in das Haus und verschließt es gut.
  • Die Messung sollte nun für ca. 20-30 Minuten laufen, aber mindestens so lange, bis man im Diagramm ein deutliches Maximum erkennen kann.
  • Wenn die Messung lang genug gelaufen ist, stoppe die Messung in phyphox. Sichere deine Ergebnisse:
    • Tippe in phyphox auf die die drei Menüpunkte rechts oben und wähle "Daten exportieren".
    • Tippe in phyphox auf die die drei Menüpunkte rechts oben und wähle "Screenshot teilen".

Während der Versuch läuft

Versuchprotokoll und Hypothese

Bearbeite die ersten beiden Teile (Versuchsaufbau und Hypothese) dieses Versuchsprotokolls. Am Ende des Versuchs trägst du hier auch deine Ergebnisse ein.

Erweiterung deines Programms

Entwickle dein Programm zur Übertragung von Messdaten aus dem letzten Schritt weiter: Wie bisher soll immer wieder ein passender Messwert verschickt werden. Außerdem soll die LED des Calliope mit ihrer Farbe anzeigen, ob es im Haus gerade warm oder kalt ist. Wenn deine erste Versuchsdurchführung abgeschlossen ist und du noch Zeit hast, kannst du dein neues Programm ausprobieren.
Tipp: LED-Farbe für Wärme

Überlege dir einen geeigneten Schwellenwert für die Grenze zwischen heiß und kalt. Steuere die LED davon abhängig mit einer Fallunterscheidung an.

Auswertung

Versuchprotokoll vervollständigen

Wenn deine erste Versuchsdurchführung beendet ist, kannst du jetzt die Ergebnisse analysieren. Trage dazu die Antworten auf die folgenden Fragen in der Tabelle deines Versuchsprotokolls ein.

Beobachtungsfragen
  • Wie heiß wurde es in deinem Haus maximal?
  • Nach welcher Zeit war in deinem Haus die höchste Temperatur erreicht?
  • Wie warm war es im Haus 5 min nach Erreichen der höchsten Temperatur?
  • Wie warm war es im Haus 10 min nach Erreichen der höchsten Temperatur?

Ergebnisse vergleichen

Zum Abschluss wollen wir die Ergebnisse mit denen der anderen Gruppen vergleichen. Welches Material wurde für das Haus verwendet, das die höchste Temperatur erreicht hat? Wie stark hat sich die Dicke der Dämmung ausgewirkt? Ergänze die Ergebnisse in deinem Versuchprotokoll.

Quellen

Suche

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14.12.8
inf-schule.de/projekte/waermedaemmung/durchfuehrung
inf-schule.de/14.12.8
inf-schule.de/@/page/hcSmNwYlyinxqmdY

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