Stelle Dir eine Welt vor in der jeder frei MINT lernen kann.

Wir sind überzeugt davon, dass die Zukunft eigenständige und kreative Denker und Gestalter braucht. Dafür ist MI(N)Treißende Bildung ein wichtiger Baustein. Unsere Vision für ein MINT-Bildung 2030 wird durch drei Bausteine getragen:

Der MEXLE Ansatz soll den lernenden und den begleitenden Partner zur schöpferischen Mitarbeit aktivieren. Ein Baukasten aus Code, elektronischen und mechanischen Module, sowie Lern- und Basteleinheiten soll Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik begreifbar machen.

Die Module sind leicht über einen Modulträger miteinander verknüpfbar. Dieser ermöglicht Energieversorgung und Datenaustausch.

Module können direkt auf den Modulträger gesteckt werden oder als Hook-up auf andere Module. Module können verschiedene Funktionen beinhalten (Sensor, Aktor, Verarbeitung in einem Microcontroller).

Simulation am Rechner

In den letzten 5 Semestern wurde mit den Studierenden des Studiengangs „Mechatronik und Robotik“ die elektronische Umsetzung verfeinert. Die Studierenden konnten ein Projektziel frei definieren. Einzige Randbedingung war, dass das Projekt mit einem Microcontroller und Elektronik umgesetzt wird. Nach einer Einführung in Microcontrollertechnik und Platinen-Entwicklung wurden die Team nach Bedarf gecoacht.

Dadurch wurden diverse Konzepte und Komponenten entwickelt:

Der verwendete Microcontrollertyp, welcher als „digitales Gehirn“ verwendet wird, ist aus anderen Plattformen wie Android bekannt: Die ATMEL ATMega-Reihe. Diese ermöglicht einen einfachen Einstieg und Kompatibilität. MEXLE ist auch mit der bekannten Arduino-Software programmierbar.

Im Gegensatz zu den bisherigen Plattformen deckt MEXLE den Bereich von einfachen Widerständen bis zu komplexen Sensormodulen als steckbare Module ab. Das vereinfacht die Konzeptionierung, vermeidet Wackelkontakte und ermöglicht ein „One-Size-Fits-All“ System.

Sehr viel!

Aus den vorhandenen Modulen muss ein sinnvolles und getestetes Set erstellt werden. Dieses soll erschwinglich und kompakt sein. Außerdem soll es bereits verschiedene Experimente ermöglichen. Zusätzlich werden verschiedene Messgeräte benötigt. Aktuell ist ein Hand-„Universal“-Messgerät in Entwicklung. Ein Funktionsgenerator und diverse Sensoren sind prototypisch vorhanden. Eine Erweiterung für logische Schaltungen muss noch entwickelt werden. Für mechanische Systeme existiert eine Anbindung, aber auch hier bietet sich eine erneute Konzeptphase an.

Aktuell sind auf diesem Wiki alle Skripte der Kurse „Elektrotechnik“ bis „Elektronik“ offen zugänglich. Diese ermöglichen teilweise bereits ein Selbstlernen mit Quizzes und interaktiven Beispielen. Jedoch fehlen Lernprojekte und eine Verbindung zum Lab-in-a-Box Koffer. Es bietet sich eine engere Anbindung an diverse andere Projekte an (z.B. SimulIDE, Hackster.io, PhyPhox).

Bisher besteht MEXLE2020 aus vielen Einzelteilen, die durch 2 Professoren, einem Labormeister und einige Studierende zusammengehalten werden. Das System scheint aber inzwischen soweit gewachsen zu sein, dass weitere Interessierte es weiterbringen können.

Die Konzeption der Hardware trägt der Flexibilität des Einsatzortes Rechnung. Aus diesem Grund wird ein kleiner handlicher Koffer verwendet, der ganzflächig mit einem Modulträger bestückt ist. Der Modulträger dient dabei sowohl als mechanischer Träger, wie auch zur elektrischen Verbindung der Module untereinander. Im Bild ist ein großer Modulträger für bis zu 4×8 Module zu sehen. Stromversorgung und Steuerbus werden durch die 6-poligen Stecker verteilt, welche jeweils unten auf den Modulpositionen zu sehen sind. Ein weiterer Signalpfad steht mit den Buchsen an den Ecken der Modulpositionen zur Verfügung

Der Erstellung des Grundkonzepts liegen folgende Leitlinien zugrunde:

• Universelles System geeignet für alle Bereiche der Elektronik (Diskret, Analog, Digital, µC, DSP)
• Kombinationsmöglichkeit von diskreten (R, L, C) mit intelligenten Modulen auf einem Board
• Flexible Stromversorgung mit eigenständigen Modulen (nicht auf dem Grundboard integriert)
• System-Module für Steuerung und Messung (Oszilloskop, Funktionsgenerator, Multimeter, …)
• Basissysteme für unterschiedliche Anwendungen (Lab-in-a-Box, Handgerät, Mobiler Roboter, ..)
• Kostengünstige, mechanische stabile, haltbare Steckverbindungen
• Preisorientierung an studentischen Finanzen (Eigenerwerb erwünscht!)

Für die einzelnen Modulplatinen sind verschiedene Formate definiert. Im Bild links ist auf einem kleineren Modulträger eine 1×1 Platine in Modulposition 3 eingesetzt; diese hat die Abmaße 1,0 Zoll Breite und 1,0 Zoll Höhe. Die auf der 1×1 Platine angebrachten schwarzen Buchsen (links und rechts) ermöglichen es weitere Hook-up-Platinen darauf zu setzen. Weiterhin ist die Platine mit dem Modulträger über den 6-poligen Anschluss für Stromversorgung und Steuerbus verbunden; unten auf der Platine sind die Lötpunkte der 6 Stecker zu sehen. Eine einfachere 1×1 Platine ohne Hook-up Buchsen und ohne Anschluss an Stromversorgung und Steuerbus des Modulträgers ist rechts im Bild zu sehen.

Links im Bild ist eine 3×1 abgebildet. Diese nimmt mit den Maßen 3,2 Zoll Breite und 1 Zoll Höhe drei Modulpositionen auf dem Modulträger ein. Der 6-polige Anschluss an den Modulträger ist in diesem Fall rechts zu sehen.

Prinzipiell sind verschiedene Größen für Module vorgesehen. Kleine Module (0,25×1) können für einfache diskrete Elemente genutzt werden, z.B. Widerstände oder Dioden. Standard Module für Microcontroller-Platinen nehmen die Größe 1×1 ein. Für breitere Komponenten und Systeme, wie z.B. Displays oder Filterstufen können größere Module entwickelt werden.

Als Basis für Grundplatinen sollte stets das 1×1 Format und die Anschlüsse der Microcontroller-Platine MMC 1x1 328PB dienen. Die Belegung der Anschluss-PINs (ADC, I2C, SPI etc.) richtet sich nach dieser Platine.

Links sind verschiedene Platinen im Multi-Nutzen zu sehen, welche in einem Semester entwickelt worden sind. Die längeren Platinen unten und rechts sind Teil einer Forschungsarbeit und nicht im Mexle System entwickelt worden. Die folgende Slideshow zeigt zunächst eine Motortreiberplatine im 2×1 Format auf einem Modulträger mit einer 328PB-Platine und einem Board zur Spannungsversorgung (oben links).

Die notwendige Software für die Microcontroller-Module wurde und wird in Bibliotheken entwickelt. Damit fällt „Lab-in-a-Box“ Nutzern die ersten Schritte in Informatik und Technik leicht. Eine Anbindung an PCs oder Mobiltelefonen ist per USB oder WLAN möglich. Für den Test eigener Software wird das frei verfügbare Tool SimulIDE verwendet.

HUMUS (GHD) (Antrag, Projektabschlussbericht)

HUMUS (GHD)

Wirkung hoch 100 (Stifterverband)