Mikrocontroller Arduino - Sensoren zur Wettermessung

Mikrocontroller Arduino

Gymnasium

Physik

8. | 9. | 10. Klasse

7 - 8 Unterrichtsstunden

Beschreibung

Der interdisziplinäre Beitrag zur Wettermessung mithilfe des Mikrocontrollers Arduino handelt von der Programmierung von Sensoren mit dem Ziel eine Wetterstation zu bauen. In verschiedenen Phasen erkunden Sie mit Ihrer Klasse zunächst die Grundlagen zum Thema Wetter und den wichtigsten Wetterelementen. Durch Differenzierungsangebote und die Programmierung des Mikrocontrollers sensibilisieren Sie die Lernenden auf die wachsende Bedeutung von geregelten, technischen Prozessen. Mit abwechslungsreichen Methoden sorgen Sie für eine hohe Medienkompetenz Ihrer Klasse.
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Kompetenzen

Klassenstufe:8–10
Dauer:7 bis 8 Unterrichtsstunden
Kompetenzen:naturwissenschaftliche Grundlagen zum Wetter kennenlernen; einzelne Sensoren programmieren und in einem Projekt zusammenführen; Schaltpläne erstellen und elektronische Schaltungen
Thematische Bereiche:Wetter, Klima, Temperatur, Luftdruck, Wettermessung, elektronische Schaltungen, Programmierung, Mikrocontroller
Medien:Programmcodes, Schaltpläne, Arduino-Boards und elektronische Bauelemente
Zusatzmaterialien:Lösungen und Erweiterungsmöglichkeiten zur Differenzierung

Inhaltsangabe

Ab = Arbeitsblatt, Fo = Folie, Sv = Schülerversuch

1. Stunde (Klassenraum) bzw. 1./2. Stunde (Computerraum)

Thema:Grundlagen zum Wetter
M 1 (Fo)Wie entsteht das Wetter?
M 2 (Ab)Vier wichtige Wetterelemente
M 3 (Ab)Luftdruck und Wetter / Wind und Wetter
M 4 (Ab)Luftfeuchtigkeit und Wetter / Wolken, Niederschlag und Wetter
Benötigt:
  • OH-Projektor / Beamer / Visualizer / Whiteboard
  • Spaltenschnipsel des Dokumentes „Wetterelemente_Sandwichfolien“ (CD)
  • Ausdruck des Dokumentes „Wetterelemente_Erwartungshorizont“ (CD)
  • „Wolkenbestimmungsschlüssel“ (CD) für die Gruppe Wolken

2./3. Stunde bzw. 3./4. Stunde (Computerraum)

Thema:Verwendung des seriellen Monitors und Displays
M 5 (Sv)Ausgabe von Informationen über den seriellen Monitor
M 6 (Sv)Angabe der Helligkeit über einen lichtabhängigen Widerstand
M 7 (Sv)Einbindung von Bibliotheken und Ausgabe von Informationen über das I2C-Display
Benötigt:
  • OH-Projektor bzw. Beamer / Whiteboard
  • Kopien der Arbeitsblätter M 5, M 6, M 7 und vom AB_Spannungsteiler (CD)
  • Arduino-Boxen (Arduino-Board, Steckbrett und USB-Kabel) und USB-Sticks
  • digitale Fassungen der Schaltpläne „00_Serieller Monitor“,
  • „01_Helligkeit_seriell“, „02_I2C_Scanner“ und „03_I2C_Display“,
  • digitale Fassung der Sketches „00_Serieller Monitor“,
  • „01_Helligkeit_seriell“, „02_I2C_Scanner“ und „03_I2C_Display“
  • Zip-Datei „Arduino-LiquidCrystal-I2C“
  • 1 rote LED und ein 10-kΩ-Widerstand
  • ein LDR
  • 2 kurze (male-male), 3 lange (male-male) und 4 lange (male-female) Jumperkabel
  • I2C-Display

4./5. bzw. 5./6. Stunde (Computerraum)

Thema:Einzelne Messgrößen programmieren
M 8 (Sv)Temperatur und Luftfeuchtigkeit programmieren
M 9 (Sv)Luftdruck programmieren
Benötigt:
  • OH-Projektor bzw. Beamer/Whiteboard
  • digitale Fassungen der Schaltpläne „04_Temp_LF_Display“ und „05_Luftdruck_Display“,
  • digitale Fassungen der Sketches „04a_Temp_LF_seriell“ und „05a_Luftdruck_seriell“
  • Arduino-Boxen (Arduino-Board, Steckbrett und USB-Kabel) und USB-Sticks
  • 3 lange (male-male) bzw. 6 lange (male-male; Verwendung beider Sensoren) und 4 lange (male-female) Jumperkabel
  • I2C-Display
  • Sensor DHT 11 und Sensor BMP 180

6./7. bzw. 7./8. Stunde (Computerraum)

Thema:Die Gesamtmessung programmieren
M 10 (Sv)Datum und Uhrzeit programmieren
M 11 (Sv)Wettermessung programmieren
Benötigt:
  • OH-Projektor bzw. Beamer/Whiteboard
  • digitale Fassungen der Schaltpläne „06_RTC_Display“
  • und „07_Wettermessung“
  • digitale Fassungen des Sketches „06a_RTC_seriell“
  • Arduino-Boxen (Arduino-Board, Steckbrett und USB-Kabel) und USB-Sticks
  • ein 10-kΩ-Widerstand, 11 kurze (male-male), 11 lange (male-male) und 4 lange (male-female) Jumperkabel
  • I2C-Display, Sensor DHT 11, Sensor BMP 180
  • RTC-Modul und LDR

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