Internet der Dinge Lernpaket zur Programmierung einer smarten Welt. ? Licht ging an. Internet der Dinge, Definition: Unter dem Internet der Dinge versteht man die Verbindung der realen Welt mit der digitalen Welt. Daten aus der realen Welt werden gesammelt und lösen ein Ereignis in der digitalen Welt aus. Ein Ereignis in der digitalen Welt kann auch zu einem Ereignis in der realen Welt führen.
Das Internet der Dinge WISSEN Geräte sprechen miteinander Gerätehersteller haben das Internet für ihre Geräte entdeckt, und viele neue Produkte werden mit Netzwerkanschluss ausgestattet. Dank IPv6 mangelt es nicht an verfügbaren IP-Adressen, denn hier stehen 128 Bit für die IP-Adresse zur Verfügung, statt der 32 Bit von IPv4. Geräte wie Smartphones, Autos, Lampen oder auch Kühlschränke kommunizieren, ganz ohne menschliches Eingreifen, miteinander.
Die FlowPaw-Platine Das FlowPaw-Board hat vier Claws für ein Click-Board, im Bild ist Claw 3 zu sehen. Das Gehirn der FlowPaw-Platine. Das FlowPaw-Board hat vier Taster (T1, T2, T3 und T4) und vier LEDs (LED1, LED2, LED3 und LED4) die in FlowStone genutzt werden können. Der USB-Anschluss des FlowPaw-Boards dient der Spannungsversorgung und wird zur Programmierung genutzt.
Click-Boards 7-Segment-Anzeige. Beschriftung: 7seg click Modulname in FlowStone: 7 Segment LED Claw Mit diesem Click-Board steht eine Sieben-SegmentAnzeige mit zwei Stellen zur Verfügung. 8x8-LED-Matrix. Beschriftung: 8x8 R click Modulname in FlowStone: 8x8 LED Claw Mit diesem Click-Board steht eine LED-Matrix mit 64 roten LEDs, aufgeteilt in 8 Spalten und 8 Zeilen, zur Verfügung. Beschleunigungssensor.
Summer. Beschriftung: BUZZ click Modulname in FlowStone: Buzzer Claw Mit diesem Click-Board steht ein Piezosummer zur Verfügung. Infrarottemperatursensor. Beschriftung: IrThermo click Modulname in FlowStone: IR-Thermo-Claw Mit diesem Click-Board steht ein Infrarotthermometer zur Verfügung. Das Modul kann Objekttemperaturen zwischen -70 °C und +380 °C messen und arbeitet zuverlässig bei einer Umgebungstemperatur zwischen -40 °C und +85 °C. Näherungssensor.
Die digitale Welt 4 Ablaufplanebenen 5 Menüzeile 3 Werkzeugkiste 2 Ablaufplan vergrößern und verkleinern 1 Arbeitsbereich Hintergrundwissen: 6 Statuszeile Abbildung 1: Die Bereiche der Entwicklungsumgebung FlowStone Um auf Ereignisse in der realen Welt zu reagieren, oder auch Ereignisse auszulösen, steht die grafische Entwicklungsumgebung FlowStone zur Verfügung. In FlowStone wird der Ablaufplan für das Programm erstellt.
Erstellung eines Ablaufplans Für die Erstellung des Ablaufplans stellt die Werkzeugkiste eine Reihe unterschiedlicher Funktionsblöcke zur Verfügung. Einfache Funktionsblöcke in einem Ablaufplan werden als Komponenten 1 bezeichnet. Einzelne Komponenten können zu einem Modul 2 zusammengefasst werden, diese Module werden über einen eigenen Ablaufplan erstellt 3 . Komponenten und Module besitzen Ein- und Ausgänge 4 .
Informationen speichern und verarbeiten 8 Wahrheitswerte
Aufbau für Buzzer-Projekt auf Seite 11. WISSEN Wahrheitswerte im täglichen Leben Im normalen Leben trifft man Wahrheitswerte an all den Stellen an, bei denen es um Ein- und Ausschaltvorgänge geht - etwa beim Licht, das durch den Lichtschalter eingeschaltet wird, bei der Spülmaschine, die durch den Einschaltknopf in Gang gesetzt wird, oder auch der Waschmaschine, die ebenfalls über einen Ein-/Ausschalter verfügt. Ein Computer verarbeitet Informationen in der Einheit Bit.
Rechnen mit Wahrheitswerten Für die Darstellung eines Wahrheitswerts existiert der Funktionsblock Wahrheitswert 1 , dieser befindet sich in der Kategorie Element. Per Klick in das weiße Feld schaltet der Wahrheitswert von False auf True oder von True auf False um 2 . 1 Wahrheitswert mit dem Wert False (Aus, Falsch). 2 Wahrheitswert mit dem Wert True (Ein, Richtig).
LEDs auf dem FlowPaw-Board zum Leuchten bringen Nun sollen die einzelnen Lichter, beschriftet mit LED1, LED2, LED3 und LED4, über Wahrheitswerte zum Leuchten gebracht werden. Dauer: 1/2 Unterrichtseinheit Schritt 5: Die LED wird über einen Wahrheitswert eingeschaltet und mit dem Eingang LED1 verbunden 3 . Nach Klick auf den Wahrheitswert schaltet dieser auf True um und die LED1 auf dem FlowPaw-Board leuchtet.
Zahlensysteme 11853 0113277 Zahlensysteme 2731 16 542 12 732598 326 769130
WISSEN WISSEN Zahlensysteme im täglichen Leben Das in unserem täglichen Leben am häufigsten verwendete Zahlensystem ist das Dezimalsystem. Um Mengen zu beschreiben, benötigen wir Zahlen. Das Gewicht von Lebensmitteln wird mit Zahlen in Verbindung mit der Maßeinheit Gramm verwendet, also z.B. 1000 Gramm = 1 Kilogramm Äpfel. Noch häufiger kommt das Dezimalsystem bei Geld zum Einsatz, z.B. 70 Euro. Aufbau für Zahlensystem-Projekt auf Seite 15.
16 2 10 Mathematik der Stellenwertsysteme Im Alltag ist man sich gar nicht darüber bewusst, dass unterschiedliche Zahlensysteme existieren – mit dem genutzten Dezimalsystem verwendet man aber bereits ein solches Zahlensystem. Dieses gehört zu den Stellenwertsystemen und ist dabei nur ein Zahlensystem unter vielen. Jedes Zahlensystem definiert Regeln dazu, welche Ziffern (Zahlen und Zeichen) verwendet werden dürfen. Die Anzahl der möglichen Ziffern wird dabei als Basis des Stellenwertsystems bezeichnet.
6 0 Zahlensysteme in FlowStone nutzen Dauer: 1/2 Unterrichtseinheit Datei: zahlensysteme.fsm In diesem Beispiel soll die Nutzung von Zahlensystemen in FlowStone gezeigt werden. Hierfür wird ein Programm erstellt, um Dezimalzahlen in Binärzahlen und in Hexadezimalzahlen umzurechnen. Schritt 1: Neues Programm in FlowStone über den Menüpunkt Datei/Neu erstellen. Schritt 2: In Ablaufplan werden die Funktionsblöcke Ganzzahl 1 und Zeichenkette 2 hinzugefügt.
Internet der Dinge 16 Sensoren und Aktoren
WISSEN Sensoren im täglichen Leben Beschleunigungssensoren werden in vielen Bereichen eingesetzt, wie z. B. bei Federungssystemen in Fahrzeugen, Steuerung von Videospielen (Nintendo Wii) oder auch bei der Messung von Vibrationen an Gebäuden. Bei einem Smartphone können mit einem Beschleunigungssensor Bewegungen des Handys erkannt und ausgewertet werden.
Bewegung im Raum messen Dauer: 2 Unterrichtseinheiten Schwierigkeit: Datei: accel_projekt.fsm In diesem Projekt wird die Nutzung des Beschleunigungssensors gezeigt und dessen Daten werden genutzt, um ein zweites Click-Board, den Summer, anzusteuern. WISSEN WISSEN Click-Boards in FlowStone Das Modul FlowPaw in FlowStone besitzt für jeden Click-BoardSteckplatz einen Eingang. Diese sind mit Zahlen beschriftet.
Schritt 4: Das Programm kann jetzt bereits getestet werden. Nach einem Klick auf Trigger werden die Beschleunigungswerte angezeigt. Sobald das Board bewegt wird, ändern sich die Werte. Schritt 5: Nun wird der Funktionsblock Buzzer Claw mit Eingang 4 von FlowPaw verbunden 2 . Schritt 7: WISSEN Mathematische Bedingungen in FlowStone Für die Berechnung von mathematischen Bedingungen stehen vier Funktionsblöcke zur Verfügung: Größer 5 , Größer-Gleich 6 , Kleiner 7 , KleinerGleich 8 und Gleich 9 .
Internet der Dinge Dauer: 1 Unterrichtseinheit Schwierigkeit: Datei: iot_projekt.fsm Das bisher erlernte Wissen wird nun zusammengebracht, um damit ein Beispielprojekt für das Internet der Dinge umzusetzen. Es werden Daten gelesen (Temperatur) und auf einem Display angezeigt. Über das Internet wird ein Temperaturwert als Schwellenwert vorgegeben und dazu genutzt, ein Relais anzusteuern.
Kein Internet Ist kein Internet vorhanden, ist statt des obigen Projekts das Projekt iot_ohne_internet.fsm zu laden 9 . Das Projekt hat den gleichen Hardwareaufbau wie obiges Projekt. Die Temperatur wird aber im Quellcode eingestellt, hier muss nur die Zahl entsprechend angepasst werden 10 . Standardmäßig steht der Wert auf 26. Schritt 5: Über den Ablaufplan kann direkt der Internetbrowser geöffnet werden. Hierfür muss auf den Trigger am rechten Rand des Ablaufplans geklickt werden 5 .
Lernerfolge messen 22 Lernkontrollsystem
Lernerfolge messen In FlowStone ist es möglich, Aufgaben mit einer Lernkontrolle direkt in den Ablaufplan zu integrieren. Damit kann kontrolliert werden, ob der Lehrstoff von den Schülern verstanden wurde und an welchen Stellen noch weitere Übungen erforderlich sind. Ablaufpläne mit Kontrollsystem Zwei der beiliegenden Ablaufpläne haben solch ein System direkt integriert: - wahrheitswert_code.fsm (Seite 9) - zahlensysteme_uebung.
Verzeichnis setzen Es muss erst noch das Verzeichnis für die Programmdateien der Schüler gesetzt werden. Über einen Doppelklick öffnet sich die Modulansicht. Hier stehen zwei Felder 13 für die Verzeichniseinstellung zur Verfügung. Das rechte Feld gibt die Einstellung an das Lernkontrollsystem weiter, deswegen muss das gewünschte Verzeichnis zuerst im linken Feld eingegeben werden. Eine Änderung im rechten Feld würde zur sofortigen Änderung führen und damit ungewollte Fehler hervorrufen.
