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MEXLE?
MEXLE steht für Multimodale EXperimentier- und LErnumgebung.
MEXLE soll alle MINT-Interessierte im Lernen unterstützen.
Auf verschiedenen Wegen soll das selbstständige Lernen angeregt werden.
Ein Teil davon ist dieses Wiki.
In Kürze
Stelle Dir eine Welt vor in der jeder frei MINT lernen kann.
- frei nach Jimmy Wales (Wikipedia Gründer)
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:
Motivation und Förderung
Selbstbestimmung und Struktur
Offenheit und Diskretion
Der MEXLE Ansatz soll den lernenden und den begleitenden Partner zur schöpferischen Mitarbeit aktivieren. Ein Baukasten aus Code, elektronischen und mechanischen Komponenten, sowie Lern- und Basteleinheiten soll Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik begreifbar machen.
Verwendung von Boards
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:
- Pulsoximeter (Sauerstoffsättigungsmessgerät)
- verschiedene Motorsteuerungen für Kleinstfahrzeuge
- Gewächshausüberwachung mit „Gesundheitsanzeige“ der Pflanzen
- unterschiedliche Spielekonsolen-Klassiker
- Analyseboard für Muskel- und Gehirnströme
- ein Kartenbezahlsystem auf RFID-Basis
- verschiedene Akustik-Filter
- Ansteuerung von bionischen Händen
- Bluetooth und WLAN Anbindung
- und vieles mehr
Sehr viel!
Hardwarekonzept
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 (Abbildung ##). 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. In Abbildung ## 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 (Abbildung ##). 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 die Filterstufen in Abbildung ## 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.
Abbildung ## zeigt verschiedene Platinen im Multi-Nutzen, welche in einem Semester entwickelt worden sind. Die längeren Platinen unten und rechts sind Teil einer Forschungsarbeit und nicht im Mexle System entwickelt worden. In der Slideshow rechts ist zunächst eine Motortreiberplatine im 2×1 Format auf einem Modulträger mit einer 328PB-Platine und einem Board zur Spannungsversorgung (oben links) zu sehen.
Software-Konzept
Die für den Betrieb notwendige Software bezieht sich auf den Einsatz im Bereich Signalgenerierung und Messung. Zum einen wird ein für Ausbildung frei verfügbares Tool verwendet zum anderen wird das Benutzerinterface im Rahmen des Projekts selbst erstellt. Der Benutzer des „Lab-in-a-Box“ muss zur Verwendung keine Software selbst erstellen.
Lernmaterialien
Die grundlegenden Lernmaterialien werden in einem projektspezifischen Wiki zusammengefasst. Dieses Wiki dient auch als flexible Kommunikationsplattform zwischen Lehrenden und Studierenden sowie zum Austausch unter den Studierenden.
MEXLE Historie
MiniMEXLE
was bisher geschahIn der Fakultät T1 an der Hochschule Heilbronn wird seit über 15 Jahren ein Mikrocontroller-Lernsystem (MiniMEXLE) für die Lehre in Labor und Projekten im Bereich Informatik/Mikrocontroller mit großem Erfolg eingesetzt. Ein wichtiger Teil dieses Erfolgs war dem Umstand zu verdanken, dass die Studierenden das Lernsystem entweder selbst erwerben oder ausleihen konnten und damit auch am heimischen Schreibtisch arbeiten konnten. Neben dem MiniMEXLE-Board waren dazu nur eine kleine Stromversorgung und ein PC mit Entwicklungsumgebung notwendig. Die Entwicklung des MiniMEXLE und seine Verbreitung wurden mehrfach im Rahmen des Programms LARS unterstützt. Dem bisherigen Lernsystem fehlt aber eine breitgefächerte Modularisierung, um schnell und einfach elektronische Schaltungsbeispiele aufbauen zu können.
MEXLE2020
der nächste SchrittMEXLE 2020 soll aus dem bisherig gelerntem einen fächerübergreifenden Baukasten entwickeln. Dazu werden - von Elektronik beginnend - Teilsysteme aufgebaut. Ab 2021 ist hierzu eine Verbreiterung des Systems geplant. Damit werden Bereiche wie Regelungstechnik, Mechanik und Motorentechnik mit eingebunden.
Förderungen
Mexle-Modultypen
entwickelte MEXLE Module
Legende
📕 stark verbesserungswürdige Dokumentation
📒 ausreichende Dokumentation
📗 gute Dokumentation
🔴 stark verbesserungswürdige Komponentenentwicklung
🟡 ausreichende Komponentenentwicklung
🟢 gute Komponentenentwicklung
MC - MEXLE Circuits
- Mxx 1x1 Basis Hookup - Template für weitere Hookups
- Mxx 1x1 Basis Board - Template für weitere Boards
MM - MEXLE Microcontroller
- mmc_atmega328pb_mit_anschluss_fuer_display_und_ultraschallsensor (WS19/20, Prj09)
- MMD 1x1 8x8 Farb-LED Diplay (SS19)
- mmd_1x2_4x_7_segment_lcd (WS19/20, Prj06)
- MMD 1×2 I2C Display 2×8 mit 4 Tasten (WS18)
- MMM 1×1 Hookup Kapazitätsmessung (WS18)
- mms_1x1_hookup_lichtsensor (WS19/20, Prj01)
- mms_1x1_uv-sensor (WS19/20, Prj01)
- mms_1x1_hmc5833l_-_3-achs_kompass (WS19/20, Prj08)
- mms_1x1_mpu6050_-_3-achs_gyroskop (WS19/20, Prj08)
- mms_1x1_vl53l0cxv0dh_-_tof_entfernungssensor (WS19/20, Prj08)
- MMS 1×1 Lufttemperatur und -feuchtigkeit I2C (WS18)
- MMS xxx Bodenfeuchtekondensator (WS18)
- MMS 1×1 Stromsensor (WS18)
- MMS 1×1 Metalldetektor (WS18)
MS - MEXLE Signal
- msa_1x2_sound_analysator_-_mit_atmega328pb (WS19/20, Prj02)
- msw_1x1_hookup_wlan-adapter_modul_esp01 (WS19/20, Prj01)
MI - MEXLE Industrial
MP - MEXLE Power
- MPC xxx DCDC (SS19)
- mpd_2x1_drv8313_3-phasige_motersteuerung_und_atmega328pb (WS19/20, Prj09)
- MPD 1×1 Hookup DRV8833 Motortreiber, einphasig (WS18)
- MPD 1×1 Hookup DRV8833 Motortreiber, zweiphasig (WS18)
MR - MEXLE Robotic
nicht-MEXLE Module
- extern_touchsensor_mit_cap1203_slider (WS19/20, Prj06)
- extern_touchsensor_mit_cap1203_single_touch (WS19/20, Prj06)
Die studentischen Dokumentationen sind unter projekte_im_elektro_labor zu finden